淺談鋼結構管廊的設計

孫凱

武漢市燃氣熱力規劃設計院有限公司 湖北武漢 430074

鋼結構管廊在設計時首先要在結構布設上有明確參照，這樣才能夠讓設計結果具備更好的經濟性與實用性。鋼結構管廊設計中存在各種典型問題，設計的總體質量不高，設計人員專業化程度不足，缺乏細致深入的方案設計。在提升設計質量的過程中首先應當形成一套完善的設計思路與步驟，加強鋼結構管廊設計中方案的布設，建立完善鋼結構管廊設計監督機制[1]。

1 結構設計中鋼結構管廊設計存在的問題分析

1.1 總體設計質量不高

鋼結構管廊在設計中存在各種典型問題，首先值得關注的一點就是設計的總體質量不高。很多鋼結構管廊的設計在展開和實施中并沒有充分考察各方面條件和環境，對于項目真正的需求和項目的實際情況，設計人員了解的并不深入。往往是大致進行了項目背景和相關信息的獲取后，就比較粗略的結合各種軟件和工具展開設計，最后產生的設計結果針對性并不強，綜合質量也不夠高，這些都是在實際項目施行展開中經常會產生的問題。

1.2 缺乏細致深入的方案設計

鋼結構管廊設計中經常會存在無法看到細致深入的設計方案的問題。一般來說，承接單位和設計單位的分包，在很大程度上降低了設計的深度，甚至有些設計方案不能滿足原設計的要求，例如柱腳設計的錯誤。埋入式、外包式、外露式是柱腳設計的主要類型，外露式主要在民宅中應用，底板的彈性和塑性變形決定了柱腳的剛度，所以底板出現變形就會造成鋼結構管廊的變形，設計人員如果不充分考慮這些問題，不進行內力分析，預留位移角限度值，一旦出現地震災害時，就很容易破壞柱腳節點，損壞建筑物。

2 管廊的布置原則

（1）管廊在裝置中的布置以能聯系盡量多的工段、設備為宜。管廊應布置在長方形裝置占地的適中位置且平行于裝置長邊，其兩側布置設備，可以縮短裝置的占地長度，節約占地面積，節約投資。

（2）縱向設置通常的縱梁或桁架，橫向應根據管道支撐跨距的要求設置框架橫梁及中間橫梁。

（3）鋼結構管廊的伸縮縫間距不宜大于120m。對于大中型管廊，特別是符合計算縱向地震條件的管廊或應力管線的水平力較大時，會導致固定管架的縱向水平力很大，使得管架柱斷面、基樁抗剪數量或基礎尺寸不合理，這時應減少伸縮縫的間距。

（4）管廊柱間支撐的布置原則。在管廊的一個計算單元內的垂直支撐布置時，應將其布置在管道專業設置的主要管道固定管架處，同時還應盡量將垂直支撐布置在管廊中部保持對稱，可盡量減小支承受到的不平衡力，節省構件投資。

管道Π形補償器平面整體布置整齊單一時，溫度區段的設置應與管道Π形補償器相適應，柱間支撐位置應與固定管架的位置一致，合二為一可以達到經濟的目的;管道補償器平面整體布置復雜時，可根據固定管架設置情況，合理劃分溫度區段，每個溫度區段可在兩端附近處設置縱向柱間支撐。當固定管架分散且復雜時，可根據固定管架設置情況，合理劃分溫度區段，每個溫度區段宜在中間部位設置縱向柱間支撐[2]。

（5）管架的高度確定。在行人與交通頻繁的地段宜采用中管架，結構最下緣至地面的凈距離不宜小于2．2m。管架跨越道路時，廠區路面中心至管架結構下緣的最小凈空不應小于5．0m，裝置內的檢修道路和消防道路不應小于4m。跨越鐵路時，軌頂至桁架下緣和可燃液體的管道不應小于5m，對其它管道不應小于4．5m。

（6）管廊寬度。管廊寬度由管線的數量和管徑的大小確定，并一般預留15-20%的空間。在敷設儀表橋架時應考慮它們所需的寬度。需要根據管廊上管線的數量設置來決定管廊的寬度。當管廊下布置泵時，應準確計算檢修通道的空間。

3 對于鋼結構管廊綜合管廊設計的標準分析

3.1 垂直荷載

若管道條件中只提出了管道縱向1延米的重量或一層橫梁上的均布荷載,設計人往往會根據次梁的布置按面積考慮荷載傳遞。當管廊上支撐的小直徑管道較多時，就要讓管道專業提出一個荷載傳遞的原則，如有多少比例的管道需要按所有的管道在主梁上支撐來計算，這樣對主梁來說是偏于保守的，用于計算主框架梁柱和基礎還是可行的。

試壓時的沖水荷載可按實際情況采用。作用在管廊橫梁上的豎向荷載分為集中荷載與分布荷載，對于直徑不小于500mm的液體管道按集中荷載考慮，在用均布荷載對管廊進行計算時，因不同材質、管徑、介質及壓力使得管道的跨距不同。

3.2 固定支架部分的橫截面設計

用于固定的支架部分在管廊的位置上呈現直線、L、T、十字四種類型，對于管道敷設部分的的受力分析來看，因為需要直線型的固定支架來承擔水平方向受力，所以在管廊轉角處設有固定支架。對于固定管架梁應按《化工工程管架、管墩設計規范》（GB51019-2014）的附錄A驗算由水平推力產生的扭矩應力，在管道對橫梁產生較大扭矩時，可設置垂直于橫梁的平衡梁，采用由對橫梁的扭矩轉變為對平衡梁的彎矩以達到減小對橫梁扭矩作用。

3.3 管道的水平推力

作用在固定管架上的水平推力包括管道補償器的彈性反力標準值∑Fb，關閉閥門時，管道的閥門，彎道及盲板等由介質產生的內壓力標準值∑Fn，管道變形時在剛性活動管架上的摩擦力標準值總和為∑Fmi；柔性活動管架彈性反力標準值總和∑Ffi（固定管架至補償器間各柔性活動管架的變位反力之和）和地震作用。∑Fb和∑Fn應由管道（應力）專業計算，摩擦力則一般由本專業計算得出，計算時應考慮管道間的相互牽制作用。對常溫管道輸送介質的溫度不超過40℃時，管道水平推力可不計算[3]。

4 結語

在實際工程中我們應多注意這些類似結構布置，計算方法、規范理解等方面的細節問題，相信對高效、安全、經濟、合理地進行鋼結構管廊設計工作能有所幫助。