淺談化工廠鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)

鄒存宇

摘要：在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)過程中，如果沒有注意好鋼結(jié)構(gòu)管廊的布置形式、承受荷載、結(jié)構(gòu)構(gòu)件等工作的計(jì)算，就很容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)管廊出現(xiàn)質(zhì)量上的問題，引起整體工程質(zhì)量上的不良影響。本文將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊在建筑工程中的設(shè)計(jì)做出具體的分析和討論。

關(guān)鍵詞：化工廠管廊；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所謂管廊結(jié)構(gòu)，是指由橫向管架、縱向桁架或縱梁等結(jié)構(gòu)架構(gòu)出的空間體系，具有支撐管道的作用。目前，我國(guó)的化工廠中普遍采用的是鋼結(jié)構(gòu)管廊，這種管廊在施工、安裝等方面具有方便，可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此，管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在化工廠的安全生產(chǎn)中扮演著不可忽視的重要角色，加強(qiáng)對(duì)它的分析研究也是應(yīng)有之義。本文主要針對(duì)的就是化工廠鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)與分析。

一、化工廠管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置原則

保證管廊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠和高效，需要在管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置中遵循基本的原則，具體包括：

（一）管廊的布置原則。

管廊的布置中應(yīng)力求短而直，主干線應(yīng)通過用戶密集區(qū)，最好能連接盡可能多的工序和設(shè)備，管廊布置中要在眾多裝置中間取適當(dāng)?shù)奈恢茫c設(shè)備或裝置的較長(zhǎng)邊緣平行安裝管廊，這樣可以減小管廊與兩邊設(shè)備的距離，進(jìn)而減少管廊的長(zhǎng)度，不僅減小了管廊的占地面積，還節(jié)約了管廊的安裝費(fèi)用和材料支出。

管廊不應(yīng)穿越電石庫(kù)等易燃、易爆的場(chǎng)所，也不宜穿越建筑擴(kuò)建場(chǎng)地和物料堆場(chǎng)，并盡可能減少公路、鐵路、河流、溝谷的交叉，以減少交叉時(shí)必需采取的特殊措施，當(dāng)管道必須穿越鐵路時(shí)，管道與道路中心線交角不得小于45度。

（二）管廊的寬度。

管廊的寬度主要由管道的數(shù)量和管徑的大小確定。并考慮一定的預(yù)留的寬度，一般主管廊管架應(yīng)留有10%-20%的余量，并考慮其荷重。同時(shí)要考慮管廊下設(shè)備和通道以及管廊上空冷設(shè)備等結(jié)構(gòu)的影響。如果要求敷設(shè)儀表電纜槽架和電力電纜槽架，還應(yīng)考慮其所需的寬度。管廊上管道可以布置成單層或雙層，必要時(shí)也可布置三層。管廊的寬度一般不宜大于10m。

（三）管廊的跨度。

管廊的柱距是由敷設(shè)其上的管道因垂直荷載所產(chǎn)生的允許彎曲撓度決定的，通常為6—9m。如中小型裝置中，小直徑的管道較多時(shí)，可在兩根支柱之間設(shè)置副梁使管道的跨距縮小。另外，管廊立柱的間距，宜與設(shè)備構(gòu)架支柱的間距取得一致，以便管道通過。如果是混凝土管架，橫梁頂宜埋放一根φ20圓鋼或鋼板，以減少管道與橫梁間的摩擦力。

（四）鋼結(jié)構(gòu)管廊的伸縮縫間距。

鋼結(jié)構(gòu)管廊的伸縮縫間距要適宜，通常情況下要最大不超過120m，需要注意的是，在大中型管廊中符合計(jì)算縱向地震條件的管廊部分或管廊中應(yīng)力管線的水平力較大的情況下，要根據(jù)實(shí)際情況減小縮縫的間距，否則，就會(huì)由于固定管架的縱向水平力過大，導(dǎo)致管架柱斷面或是基礎(chǔ)尺寸不合理等問題。

（五）管廊柱間支撐的布置原則。

一方面，管廊柱間支撐位置和固定管架的位置要一致，二者相結(jié)合可以節(jié)約占地和投資；另一方面，固定管架的的柱間支撐要根據(jù)管道補(bǔ)償器平面整體布置相適應(yīng)，管道補(bǔ)償器平面整體布置整齊統(tǒng)一時(shí)，溫度區(qū)段的設(shè)置要與其相一致；管道補(bǔ)償器平面整體布置比較復(fù)雜時(shí)，需要按照固定管架的實(shí)際架設(shè)情況，對(duì)溫度區(qū)段進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐郑诓煌瑴囟葏^(qū)段的交接處周圍設(shè)置縱向柱間支撐。

二、化工廠管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體事項(xiàng)

管廊設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)標(biāo)高、管道荷載的選取和控制及防腐、防火要求等事項(xiàng)。具體如下：

（一）基礎(chǔ)標(biāo)高

基礎(chǔ)標(biāo)高是由廠區(qū)的實(shí)際地形決定的，地形地勢(shì)的高低、廠區(qū)坡度的大小，都會(huì)形成整個(gè)廠區(qū)地坪標(biāo)高的差異。然而在實(shí)際的化工廠建設(shè)中，在同一管廊結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段中，內(nèi)部地坪標(biāo)高差要保持在0.5-2 米以內(nèi)。這樣一來，就需要確定具體的地坪標(biāo)高，并對(duì)不符合要求的區(qū)域的管架架設(shè)進(jìn)行改造和調(diào)整。

通常情況下，首先要保證管架頂標(biāo)高的一致，使管道保持水平，基礎(chǔ)頂部控制與自然地面相對(duì)高度一致，不然會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)墩過高的情況，非常不美觀，最后調(diào)整底層管架柱的高度，使其與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一致。

（二）管道荷載

1.垂直荷載

管廊垂直荷載的計(jì)算結(jié)果直接關(guān)系到管廊主梁、次梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸。小管徑管道均勻分布時(shí)，可按均布荷載考慮。通常在荷載大于10KN時(shí)，要考慮集中荷載布置。同時(shí)要充分考慮到管道材質(zhì)、管徑、介質(zhì)及壓力的差異，會(huì)導(dǎo)致管道跨距不同這一問題。永久荷載包括：1）管道、內(nèi)襯、保溫層、管道附件重2）管道內(nèi)介質(zhì)重3）管架自重。可變荷載包括：1）平臺(tái)上活荷載2）管內(nèi)沉積物、試壓水重3）積灰荷載4）冰雪荷載。

2.水平荷載

管廊水平荷載包括縱向和橫向兩個(gè)方面，水平荷載通過橫梁、縱梁、柱再傳遞到基礎(chǔ)，在計(jì)算時(shí)也要考慮到不同管道間的相互作用力。縱向荷載包括：1）管道補(bǔ)償器反彈力2）管道的不平衡內(nèi)壓力3）活動(dòng)管架的管道摩擦力4）活動(dòng)管架的位移反彈力。橫向荷載包括：1）風(fēng)荷載2）拐彎管道或支管傳來的水平推力3）管道橫向位移的摩擦力。

3.荷載分項(xiàng)系數(shù)

管道內(nèi)輸送的物質(zhì)主要是氣體和液體，在設(shè)計(jì)過程中，載荷分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算仍然有一個(gè)大體的范圍，具體如下： 計(jì)算液體管道內(nèi)的介質(zhì)重量需要依據(jù)恒荷載輸入，操作合理的情況下，荷載分項(xiàng)系數(shù)分別是： 恒荷載為1.2；活荷載為1.3；橫向風(fēng)荷載為 1.4。氣體管道需要額外考慮到管線的試壓，在充水試驗(yàn)中荷載的分項(xiàng)系數(shù)：恒荷載為1.2；試壓沖水荷載為1.1；橫向風(fēng)荷載為1.4。

（三）防腐、防火

1.防腐

管廊一般采用涂層法防腐蝕。涂層法的施工第一步是除銹，一般多用噴砂除銹， 露出金屬的光澤， 除去所有的銹跡和油污， 現(xiàn)場(chǎng)施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環(huán)境， 不同的涂層對(duì)不同的腐蝕條件有不同的耐受性； 涂層一般有底漆（ 層） 和面漆（ 層）之分， 底漆含粉料多， 基料少， 成膜粗糙， 與鋼材粘附力強(qiáng)， 與面漆結(jié)合性好； 面漆則基料多， 成膜有光澤， 能保護(hù)底漆不受大氣腐蝕， 并能抗風(fēng)化。

2.防火

底層主管廊的梁、柱，且不低于4.5m的部位要噴涂防火保護(hù)材料。防火材料不應(yīng)含有石棉和甲醛，不宜采用苯類溶劑。在施工干燥后不應(yīng)有刺激性氣味，燃燒時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生濃煙和有害人身健康的氣味。應(yīng)選用絕熱性好，具有一定抗沖擊能力，能牢固附著在構(gòu)件上，不腐蝕鋼材，且經(jīng)國(guó)家檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格的產(chǎn)品。

結(jié)語：

綜上所述，可以看出在化工廠的日常生產(chǎn)中，管廊結(jié)構(gòu)基本串聯(lián)著每一臺(tái)設(shè)備、每一道工序，因此，必須要保證管廊結(jié)構(gòu)專業(yè)合理的設(shè)計(jì)、穩(wěn)定可靠的安裝。同時(shí)，相關(guān)從業(yè)者和研究人員也要始終關(guān)注和研究這一領(lǐng)域，優(yōu)化管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，提高化工廠安全生產(chǎn)的工作效率，增加化工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]石油化工管架設(shè)計(jì)規(guī)范，SHT 3055-2007

[2]國(guó)振喜.管道支架設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社

[3]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB50017-2003