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第 41卷 第 20 期 ·50 · 2 0 1 5 年 7 月 山 西 建 筑 SH A N X I A R CH IT E C T UR E V 01．4 1 N o．20 J u1． 2015 文章编号 ：1009—6825(2015)20—0050—02 石 化 行 业 管 架 设 计 要 点 分 析 刘 彦 来 ( 中石化洛阳工程有限公司，河 南 洛阳471003 ) 摘要：重点阐述了计算石化行业管架的管道水平推力时应注意的问题 ，比较分析了两种现行行业标准计算方法的异同，提出了 系统管架的结构布置以及设计中注意的事项，旨在对今后的工程设计提供参考。 关键词：管架，荷载，水平推力，系统管架，布置 中图分类号 ：TU318 文献标识码 ：A 1概述 在石油化工 、化工厂内管架和管墩是支承 全厂工 艺生产装 置 和供热系统管道的主要结构，量大面广；特别是管架，它分布并联 系全厂每个生产装置，在厂区内外纵横交叉的管道网，像人体的 血管一样，起着重要的作用。对一个大型的石油化工厂而言，全 厂的管架长达数公里 ，其设计的规范性和技术性都很强。充分认 识它的重要性，了解它的设计特性，掌握它的基本设计因素，对我 们做好系统管架的结构设计，无疑是有很大帮助的。 笔者经过对多个石油化工生产装置中管架设计的比较分析 ， 结合几年设计经历，对石化行业管架的设计有了一定认识，并总 结了几点经验教训，在此提出来，希望能跟大家一 同探讨 ，使管架 的设计做到经济合理 、技术先进、安全可靠。 2 管架的荷载及水平推力计算 管架主要荷载形式有竖向荷载、管道的水平推力、风荷载 、地 震作用 、管道振动荷载等，除管道水平推力外 ，其他形式荷载规范 已有明确论述 ，依照现行规范，由结构人员 自行计算 ，但管道的水 平推力一般由管道专业提供，管道水平推力的作用机理及取值， 在设计过程中还有不同的意见。作为结构设计人员来说，了解水 平推力的产生是进行管架设计工作的重要前提。 管道的水平推力主要是由于管道受热膨胀产生的，在 SI-I／T 3055- 2007 石油化工管架设计规定，当所支承的管道符合下列条 件之一时，管道的水平推力可不计算。 1) 常温管道，介质的温度不超过 40 ℃； 2) 管道根数在 10 根以上，其中介质的最高温度( 温度应包括 扫线时的温度) << 130 ℃； 3) 主要热管重量与全部管道重量的比值 ≤O．15。 下面就管架中的两个重要组成部分：中间活动管架及固定管 架的管道水平推力计算进行简单介绍。 2．1 中间活动管架的管道水平推 力 中间活动管架由于柱刚度不同，所受的管道水平推力也有区 别，分为刚性中间管架、柔性中间管架，判定的依据可由下式判别 ： F ≥F 为刚性 中间管架。 F < 为柔性中间管架。 其中，F 。 为等效水平推力，作用在柔性中间管架上，由于柱顶 变位产生的弹性力标准值，kN；F 为轴向水平推力，作用在刚性 中间管架上，由于管道膨胀产生的摩擦力标准值，kN。 2 ．1．1 刚性中间管架水平推力标准值计算 F K i X Gk x |。 其中，G 为正常操作时作用在一榀管架横梁上的总垂直荷载 收稿 日期 ：2015—05—09 作者简介 ：刘彦来 ( 1982一) ，男 ，工程师 标准值，kN； 为摩擦系数，钢与钢滑动接触时采用 0．3； 为牵 制 系数 。 2 ．1．2 柔性中间管架水平推力为柱顶弹性力 F 标准值 1) 钢结构柔性中间管架水平推力标准值按下式计算： 3 B sK |A 。 式中：曰 ——管道轴向，管架的短期刚度； △——主要热管道膨胀量。 2) 钢筋混凝土柔性中间管架水平推力标准值按下式计算 ： F一三堡 r1、 一 SH／T 3055- 2007 石油化工管架设计规定 。 式中：曰 ——管道轴向，管架的短期刚度； △—— 主要 热管 道膨胀量 。 3 E l lK T 、、 —— i —一 ， HG／T 20670- 2000 化工 、石油化工管架管墩设计规定。 式中： ——一榀管架柱子的根数(一般为 2) ； 管架柱的高度，当双层管架时，为基础顶至主要热管 所在横梁顶面的高度 ，cm； △z——主要热管在所计算的管架顶面处的膨胀量，cm；Al = ( 7’? 一 )L l ； ——钢材的线膨胀系数(每升温 1 ℃) ， = 1．2 ×10～； ——主要热管受热时的最高温度，℃； 2 一 管道安装时的温度 ，cc ； L ——所计算的管架距固定点的距离，em； F r作用在一榀柔 性管 架上 ，由于柱 顶 变位 产生 的 弹性 力标准值，kN； ——混凝土的弹性模量，kN／cm ； ，—一一榀管架中一根柱子沿管道纵向的截面惯性矩 ，cm 。 上述两个现行行业标准提供 的计算混凝土结构中间活动管 架 的刚柔性公 式大致 上看基 本相 似 ，但 实 际上有 着本 质 的区别 。 在 HG／T 20670- 2000 化工 、石油 化工 管架 管墩设 计 规定 采用 有 限元方法将梁柱折合成杆系，那么它所用的单元刚度矩阵中，抗 弯刚度用的是 肼，而这个 和混凝土规范中的短期刚度 曰 是有 本质区别的， 的采用是结构力学的范畴，它考虑的是作为杆件 的梁柱本身的抗弯属性，是一种理想状态。而短期刚度 日 是材 料力学的范畴，它是由理论和试验相结合的基础上得到的，由试 验中梁柱内部的应变和曲率反推导得到的。换而言之，短期刚度 和长期刚度是为了计算挠度和裂缝而单独设计出来的。个人认