支吊架设计手册

上海宝钢工程技术有限公司工程项目设计阶段管道支吊架设计手册第1版二○○七年十一月编审人员名单负责人：智西巍技术负责人：潘仲编写人：陆志毅、贺道红三维编写：华跃、滕彦审查人：王晓东、姜创业、张志义、张淑贵、顾德俊、周光升、庄国伟、徐支越、胡倩、瞿大元、葛生浩、薛炳才目录前言................................................................................................................................1第1章概要..............................................................................................................21.1管道支吊架分类..............................................................................................21.2管道系统分级..................................................................................................21.3管道支吊架的构成..........................................................................................31.4支吊架管部结构的公称尺寸系列表和管部结构最小内径表......................31.5支吊架间距......................................................................................................31.6管道支吊架工作荷载和设计荷载..................................................................61.7吊杆..................................................................................................................81.8辅助钢结构......................................................................................................91.9塑料管道支吊架..........................................................................................9第2章支吊架管部、连接件和根部图示............................................................12第3章管部、连接件和根部配合表....................................................................16第4章使用说明....................................................................................................184.1支吊架管部、连接件和根部编号说明........................................................18第5章支吊架管部、连接件和根部详细尺寸........................................................20管道支吊架设计手册第一版1前言为了使公司各项目中管道支吊架设计更加经济、快捷、统一、合理，特制定本手册。本手册适用于宝钢工程技术有限公司所承担项目中轧钢专业、公辅热力专业、给排水专业、化产专业的管道支吊架设计、采购、制作和安装全过程。本标准编写过程中主要参考宝钢工程技术有限公司内轧钢专业、公辅热力专业、给排水专业、化产专业，以及华东电力设计院支吊架设计手册（84年版）和国家标准GB/T17116-1997中支吊架设计的内容。本手册的设计原则是基于支吊架的特性将其分成三部分，包括管部、根部和中间连接件。该手册将为公司购买的支吊架三维设计软件PlantSpaceSupportModeler提供支吊架三维数据库建库依据。本手册编写过程中参考了大量设计手册及文献，能较好的保证手册的质量和实用性。但是由于引用标准以及资料有限，文中不足之处在所难免，还需各位设计同仁指正。管道支吊架设计手册第一版2第1章概要1.1管道支吊架分类管道支吊架（pipesupportsandhanger）包括用以承受管道荷载，限制管道位移，控制管道振动，并将荷载传递至承载结构上的各类组件或装置（以下简称“支吊架”）。支吊架包括从下面支承管道的“支架”，其构件主要受压；从上方悬吊管道的“吊架”，其构件主要受拉。在许多情况下，支架或吊架的构件同时受拉伸和压缩荷载。管道支吊架按其主要功能可分为：a)承受管道荷载1）恒力支吊架（constantsupportandhanger）:用以承受管道的自重荷载，且其承载力不随支吊点处管道垂直位移的变化而变化，即荷载保持基本恒定的支吊架。2）变力弹簧支吊架（variablespringsupportandhanger）:用以承受管道自重荷载，但其承载力随着支吊点处管道垂直位移的变化而变化的弹性支吊架。3）刚性吊架（rigidhanger）:用以承受管道自重荷载并约束管系在支吊点处垂直位移的吊架。4）滑动支架(slidingsupport):将管道支承在滑动底板上，用以承受管道自重荷载并约束管系在支吊点处垂直位移的支架。5）滚动支吊架（rollingsupportandhanger）:将管道支承在滚动部件上，用以承受管道自重荷载并约束管系在支吊点处垂直位移的支吊架。b)限制管道位移1）导向装置（guide）：用以引导管道沿预定方向位移而限制其他方向位移的装置。用于水平管道的导向装置也可承受管道的自重荷载。2）限位装置（restraint）：用以约束或部分限制管系在支吊点处某一（几）个方向位移的装置。它通常不承受管道的自重荷载。3）固定支架（anchor）:将管系在支吊点处完全约束而不产生任何线位移和角位移的刚性装置。c)控制管道振动1）减振装置（swaybrace）：用以控制管道低频大振幅或高频微幅，但对管系的热胀或冷缩有一定约束的装置。2）阻尼装置(snubber):用以承受管道地震荷载或冲击荷载，控制管系高速振幅，同时允许管系自由地热胀冷缩的装置。1.2管道系统分级为设计和选用管道支吊架需要，将管道系统按运行（使用）温度分级如下：a)热管道A-1：50～250℃A-2：250～350℃A-3：350～425℃A-4：＞425℃b)常温管道管道支吊架设计手册第一版3B：15～50℃c)冷管道C-1：0～15℃C-2：-20～0℃C-3：-40～-20℃C-4：≤-40℃（低温范围）1.3管道支吊架的构成管道支吊架是由一个或几个零部件构成的组件。这些零部件通常是成批生产的，可称为标准产品。支吊架部件通常分为管道连接部分（简称“管部”）、功能件、中间连接部件（简称“连接件”）和承载结构生根部件（简称“根部”）三类。a)管部是与管道或其绝热层直接相连的部件，其典型结构的型式尺寸和荷载系列应符合GB/T17116.2的规定；b)功能件是实现各种类型支吊架功能的部（组）件，连接件是用以连接管部与功能件、管部与根部、功能件与根部以及自身相互连接的部件。这类连接件通常是刚性件，其典型结构的型式尺寸符合GB/T17116.3的规定；d)根部是与承载结构直接相连的部件，以及各种型式的辅助钢结构等，其典型结构的型式尺寸应符合GB/T17116.3的规定。1.4支吊架管部结构的公称尺寸系列表和管部结构最小内径表钢管外径以管道设计手册规定的外径系列为依据，200A以下管道采用国标A系列，200A及以上采用国标B系列，夹持式管道支吊架管部结构最小内径一般比对应的钢管外径大一点。表1-1钢管通径、外径以及夹持式支吊架管部最小内径对应表公称通径DN(mm)钢管外径(mm)管部最小内径(mm)公称通径DN(mm)钢管外径(mm)管部最小内径(mm)1017181501681711521222002192222027282502732772534353003253283242433503773824048494004264325060614504804856576775005305368089906006306371001141167007207281251401428008208291.5支吊架间距管道支吊架的允许跨距取决于管材的强度、管子截面积、外载荷大小、管道敷设的坡度以及管道允许的最大挠度。水平管道支吊架最大间距应同时满足管道强度和刚度两个条件，以保证管道不产生过大的挠度、弯曲应力和剪切应力，特别要考虑管道上诸如法兰、阀门等部件集中荷载的作用。垂直管道支吊架也应控制间距，防止管道由于各种载荷组合作用而产生过应力。管道支吊架设计手册第一版41.5.1支吊架间距计算依据水平直管道的支吊架间距应满足下列要求：a)强度条件：应控制管道自重产生的弯曲应力，使管道的持续外载当量应力在允许范围内。单跨简支梁跨中最大弯曲应力：max(2)8qLPLWσ+=三等跨连续梁跨中最大弯曲应力：max(2)10qLPLWσ+=对于连续敷设、均布载荷的水平直钢管，支吊架最大允许跨距按强度条件以下式计算：[]tmax12.24qLW=φσ式中：Lmax——支吊架的最大允许间距，m；q——管道单位计算荷载（包括管子自重和保温结构及附加重），N/m；W——管子的断面抗弯矩，cm3；［σ］t——钢管在设计温度下的许用应力，MPa；σmax－弯曲应力，Mpa；φ——管道焊缝系数，可取0.6-1.0之间；b)刚度条件：应控制管道自重产生的弯曲挠度，使管道在安全范围内使用并能正常疏、放水。管道的相对挠度应小于管道疏放水时实际坡度的1/4。单跨简支梁跨中最大弯曲绕度：35max51()1038448tLqLPEIδ=+×三等跨简支梁跨中最大弯曲绕度：34max137()1019248tLqLPEIδ=+×对于连续敷设、均布载荷的水平直管，支吊架最大允许跨距按刚度条件以下式计算：3maxt10.112EIqL=式中：Et——钢材在设计温度下的弹性模量，MPa；I——管子的断面惯性矩，cm4。maxδ－最大弯曲绕度，mm。c)水平直管的固有频率（不考虑支承系统刚度的影响），对于可能产生振动或有抗震要求的管道，还应控制管道的挠度，使管道的固有频率值在适当的范围管道支吊架设计手册第一版5内。水平直管的固有频率可按下式计算：单跨简支梁一阶固有频率：30.345(0.5)tnEIfqLPL=+三等跨连续梁一阶固有频率：30.413(0.366)tnEIfqLPL=+式中：nf－管道一阶固有频率，Hz；其余符号和单位同前。水平直管的支吊架间距宜取按刚度、强度和固有频率三个条件求得的支吊架间距的最小值。当控制固有频率要求的支吊架间距远小于控制弯曲应力和绕度的支吊架间距时，可在按后者间距设置支吊架的同时，按前者间距增设不承重的侧向约束装置。表1-2为根据设计手册钢管壁厚等级Sch40，保温层厚度50mm，保温层容重100kg/m3计算出来管道最大允许跨距表。其中钢的弹性模量取2.0×105Mpa，钢管许用应力取110Mpa。表1-2管道最大允许跨距表最大允许跨距(