论大型管道门型支架施工技术

论大型管道门型支架施工技术

杨凯 ,白磊 ,代康

陕西建总安装工程有限公司

[摘要]西安高新医疗产业园项目西区综合医院采用集中冷源，由负二层的制冷机房提供，制冷机房内设备及管线规格大，数量多，最大规格管道DN700，制冷机房面积950m2,净高9m，机房上空为绿化回填层，同时机房还设计了消防喷淋，排烟兼排风风管，密集母线、电缆桥架等系统，因此针对机房内冷冻水及冷却水管道系统无法使用吊顶式综合支架。经过综合考虑选用落地式门型综合支架后，问题迎刃而解，在提高了净空高度的同时提高了施工质量，使机房布置的更加合理，美观。

关键词：制冷机房  落地式门型支架

一、工程概况

西安高新医疗产业项目位于西安高新区兴隆街道，堰渡大道以西，南横线以北，242乡道以东，318县道以南区域。总建筑面积27.6万平方米，是集医疗用房、医疗研究于一体的综合产业园。该项目冷源主要由西区制冷机房提供，机房内主要设备包括3台3340KW变频离心式冷水机组，2台1432KW变频螺杆式冷水机组，5台冷冻水循环泵，5台冷却水循环泵。同时设置两组板式换热器，在冬季为空调内区制取8℃/13℃冷冻水。机房内部还设置全自动水质管理机组、全自动真空脱气机、全自动软水器、容水机组、分集水器等设备。

二、机房实施难点

（1）根据项目施工节点要求，机房施工有效期不足60天，工期紧张，传统的施工方法不能满足项目工期要求；

（2）机房空间利用系数高。机房顶部为绿化回填层，净高9m，机房内设备管线密度高且设备较大，很考验机房空间的利用；

（3）管线密集，施工难度大。制冷机房作为空调系统的“心脏”，其机电管线密集，除常规水电风专业以外，还包括消防、弱电专业；

（4）关注度高，品质要求高。项目从开工就受到了社会各界的高度关注，制冷机房的施工质量不仅体现了施工方的整体管理水平，也直接关系到工程创优的成败。因此制冷机房的施工品质要求更高，需要注重施工细节，力求精益求精。

制冷机房是作为西安高新医疗产业园项目重要的设备机房之一，做好机房工程的品质建设是项目亟待解决的技术难题。开展对机房的分析，寻找新的技术和施工方法把施工难点演变成工程建设的亮点显的尤为重要。

三、落地式门型支架的设计原理

根据机房内各系统管线的设计、排布情况，净空标高及维修空间，并在能够满足管道最大跨度等技术要求的前提下对管道综合支架采用的形式、受力支撑点进行了初步分析，根据分析的结果得出用圆形钢管柱替代传统的型钢立柱，并通过增加肋板加强对圆钢立柱的斜撑，用来分散立柱底部受力，使支架的稳定性加强。图1所示

图1

三、施工技术

3.1 综合支架设计形式

3.1.1 在设计综合支架之前需掌握机房内系统管线构成、了解各管线允许的管道支架最大跨度要求、了解机房内允许的最低标高、了解各管线（尤其是主要循环系统管道）在满水状态下的平均重量；

3.1.2 在了解各项数据后，利用BIM软件进行三维管线排布，根据管线排布定位可安装的综合支架位置区域（图2）

图2制冷机房三维图

图3根据BIM排布后确定综合支架位置

3.1.3 由于圆柱型具有良好的稳定性，选用强度更好的无缝钢管做为支架立柱；

3.1.4 为了加强支架的整体及支撑点的强度，在立柱根部加设δ=10mm钢板制作的加强肋板，且立柱与顶撑钢板下面补加肋板。  

图4加强肋板现场图

3.2 支架安装间距

对大部分专业公用管道来说其支架安装的间距都小于或等于6m，还有3m或更小间距设置支架。针对本项目特点，由于立柱之间间距为8米，因此，落地式支架安装间距确定为4米；

3.3 支架制作与安装

3.3.1 支架构件除锈防腐。支架制作所需钢材进场报验并验收合格后，首先使用角磨机进行除锈，再进行一遍初步防腐，刷漆要求均匀、美观；

3.3.2要求支架制作人员严格按BIM排布后出具的支架图纸要求的尺寸和材料进行下料，确保下料符合要求；材料切断可用砂轮切割机或气焊切割，切割前钢材切割区域内的铁锈、污物应清理干净。切割后断口边缘飞溅物、毛刺应清除。剪切面不得有裂纹，并应清楚毛刺等。

3.3.3 综合落地支架根部加工制作。综合落地支架根部采用400*400*16钢板，采用机械钻孔的方式在钢板四周开四个20mm厚的圆形孔洞，在孔洞处选用M16*150膨胀螺栓将钢板与混凝土底板进行固定；

3.3.4 立柱加工制作。待支架根部制作完成后，将立柱与根部钢板进行满焊对接，要求立柱底部必须与钢板齐平，同时保证立柱的垂直度。

3.3.5 调平校正。每个落地支架安装完成后，均采用水准仪对支架立柱与横担进行校正调平，因管道较大，支架制作完成及立腿吊装后进行垂直度观测，对存在变化较大的需调整支架并采取可行的补救措施。

3.3.6 承重试验。待落地支架安装完成后，对其进行承重试验，一般情况下试验质量为支架所需承担重量的1.2倍，考虑管道有动荷载，因此，试验质量为支架所需承担重量的1.5倍，留有一定余量。承重点需落在支架受力节点位置，待试验合格后，方可进行管道安装。

四、 门型支架深化设计建模及参数分析

4.1设计参数

根据管道承担范围对机房内共架区域支架进行编号，选用支架ZJ-04进行深化设计分析，支架分布情况见图4。荷载分项系数数为1.35DL，水管水平推力系数为0.3；安全系数为1；强度折减系数1；净截面系数0.85；钢材铭牌号Q235B；钢材连接方式焊接、

图5 支架设计平面图

4.2 荷载参数

支架荷载（此处是指静荷载）主要包括：管道荷载、保温层荷载以及介质荷载。由于ZJ-04管道均为保温管道，因此管道重量按保温管计算（见表1）

表1 管道荷载计算表

各种管架间距管重均未计入阀门重量（弯管托座管重包括阀门重量），当管架中有阀门时，在阀门段应采取加强措施

4.3 支架受力性校核

取支架ZJ-04中单个支架依次对构件受力、焊缝强度、膨胀螺栓强度进行校核计算，对支架各受力点及管道进行编号（见图5）

图6 支架受力点编号图

4.3.1构件受力校核

构件是指两个焊缝间的连接部分。以构件（1）详细阐述构件（1）、（2）受力计算过程，构件（3）受力计算过程。

构件（1）受力计算过程

截面参数见表2，跨度3.469m。

表2 截面参数表

表3各种支撑约束条件下等截面细长压杆临界力的欧拉公式

因此立腿φ219无缝管的临界力为π2EI/l2=3.14*3.14*200*2278.738/800*800

=7.02MPA,最大抗压力为临界力*截面面积=7.02MPA*4015mm2=28.19t；

管道重7.56t,用2个柱子支撑，单个立柱受力14.095t；

因此无缝钢管φ219*6，L=4m,满足要求；

构件（3）受力计算过程

截面参数见表4

表4 截面参数表

临界压力计算公式：P=（4*n*π2*E*I）/[(L/2)2],n为立柱数量，E为弹性模量，I为惯性矩，L为立柱长度。

因此方钢管200*200*8临界压力P=4*2*3.14*3.14*200*2145.993/200*200=846.35MPA；

最大抗压力为P/截面面积=846.35/61.44=13.77t；

方钢上的管道重7.56t，因此方钢管200*200*8满足要求；

各构件受力计算通过BIM校验计算也均满足要求。

4.3.2焊缝验算

表7 焊缝编号图

以焊缝编号（2）阐述焊缝强度的计算过程：

焊缝强度设计值：

= 215

= 215  

根据《GB 50017-2017》公式11.2.1-2：

其中：=30.45 ；=18.18

43.8＜236.5

强度满足要求

4.3.3膨胀螺栓验算

表8 膨胀螺栓编号图

膨胀螺栓受力性能：

编号(1)

根据《混凝土结构后锚固技术规程J1595-2013》中公式5.2.1：

其中： 1.1； 78598.718N； 6个；螺栓规格为M16

14409＜19012（这个19012哪来的）

强度满足要求

编号(2)

根据《混凝土结构后锚固技术规程J1595-2013》中公式5.2.1：

其中： 1.1； 75510.745N； 6个；螺栓规格为M16

13843.64＜19012

强度满足要求

五、支架安装需要注意的问题

1、支架安装后要进行复核支架的安装标高和距柱距离。

2、成品保护：

安装好的支架不得用做吊拉负荷及做支撑，也不得踩踏。安装后，抹灰前应采取保护措施，防止污染。使用固定片安装的支架，要特别注意防腐到位和埋设的深度，同时在修复墙面时，不要使用土建使用的抗裂砂浆，应该用水泥砂浆抹面，防止返锈污染墙面。

3、注意事项

由于测量不准，使管道安装时，发现倒坡或管道与支架不能紧密接触，或管道距墙距离不统一，发生纵横方向弯曲，这是安装支架时，没有拉线或拉线没有绷紧造成。

在安装支架时，由于没有湿润洞口，或使用小石头，小砖头进行支架固定，致使支架固定不牢。支架安装没有使用水平尺，使支架栽头和抬头，管道与支架接触没有形成线，而是接触在一个点上，支架不平整。卡环与管道接触不紧密，在支架制作时，没有计算好管外径和U型环的直径，致使U型环两孔间距偏大。

六、结语

支吊架断裂将引起的管线坍塌等事故，造成人员伤亡和经济损失，通过BIM技术对支架进行深化设计，可对支架进行强度校核、管线排布优化，增加了管线排布的美观性，进一步减少了危险发生的可能性。目前现有的国家图集及设计规范，并没有大规格管道落地综合支架的形式，本次我们提出的落地式综合支架安全可靠，所有数据都与现场试验相结合，安装简便，大大降低了施工时间，同时通过精确的计算，节约型钢的使用量，达到节省材料、紧凑美观和系统畅通的效果。

参考文献：

[1]03S402 室内管道支架及吊架

[2]工程力学  西北工业大学出版社

[3]杨殿华.门型支架在管道安装中的应用[J].建材与装饰,2016(29):222-223.

[4]材料力学-第九章 压杆稳定

[5]矩形钢管截面特性表

[6]焊缝强度计算 YZB 250-89