长细比控制在 150 之内（ 长度系数取1． 0 ） 。 制在 20% ～ 60% 之间， 固定钢支架采用圆钢管截面形式耗钢量是采用型钢截面形式的 76% ， 可以节约 24% 的钢材量； 半铰支架采用型钢截面形式耗钢量 是采用圆钢管截面形式的 80% ， 可以节约 20% 的钢材量。
表2
支架类型 支架高度 / m 支架柱型号 支架支撑型号 支架重量 t 支架应力 比值 柱 支撑 总重 强度 稳定
摘
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引言
钢结构管道支架在我国工业建筑项目中应用广泛， 也是管道 工程设计的重要组成部分， 管道介质主要有热力管道 、 煤气管道、 水管、 除尘风管、 烟气管道、 压缩空气管道、 硫铵溶液输送管道等。 根据结构特点可分为独立式管架和组合式管架 。 独立式管架包 括固定支架、 刚性管架、 柔性管架、 半铰接管架、 双向活动管架（ 摇 桁架式、 悬臂式、 悬索式及吊 摆管架） 。组合式管架包括桥架式 、 索式组合管道支架。本文仅讨论独立式钢结构管道支架， 并以某 大型煤气管道支架设计为例， 用有限元方法计算了钢构件采用不 同截面时的应力及自重， 通过比较分析， 总结出合理、 经济的管道 支架优化设计原则。
固定支架（ 双片） 14 14 HW150 × 150 × 7 × 10 双角钢 70 × 6 2． 5 2． 5 5 0． 36 0． 48 108 × 5 68 × 5 0． 8 3． 0 3． 8 0． 30 0． 32
采用 SAP2000 有限元软件计算， 建立有限元模型时， 煤气管 道支架可视为空间钢支架， 模型和设计中， 所有梁柱、 立面斜撑节 相同荷载工况下的固定支 点均设置为铰接节点。计算不同高度、 架和半铰接支架， 两种支架形式分别采用型钢和钢管截面（ 见图 1， 图 2） 。
管道支架对比表（ 二）
半铰接支架（ 单片） 14 14 HM250 × 175 × 7 × 11 双角钢 70 × 6 1． 3 0． 6 1． 9 0． 26 0． 65 299 × 8 68 × 5 1． 6 0． 8 2． 4 0． 20 0． 45
3 3． 1
某大型煤气管道支架优化设计实例分析 有限元模型建立
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第 40 卷 第 3 期 2014 年1 月
SHANXI
山
西
AＲCHITECTUＲE
建
筑
Vol． 40 No． 3 Jan． 2014
文章编号： 1009-6825 （ 2014 ） 03-0054-02
钢结构管道支架的优化设计
刘天怡
（ 武汉都市环保工程技术股份有限公司， 湖北 武汉 43007支架设计的一般原则， 并对实际算例
进行了有限元分析， 计算了钢支架采用不同截面时的应力及自
图1 固定支架有限元模型
表1
支架类型 支架高度 / m 支架柱型号 支架支撑型号 支架重量 t 支架应力 比值 柱 支撑 总重 强度 稳定
图2
半铰接支架有限元模型
重， 通过比较分析， 在同等工况条件下， 固定支架采用圆钢管截面 形式更为经济合理， 可以达到优化设计的目的 。 除固定支架外， 当支架构件采用圆钢管截面形式时， 由于支架钢柱受到长细比的
独立式管架包括固定管架、 刚性管架、 柔性管架、 半铰管架、 双 向活动管架（ 摇摆管架） 。相对于固定管架， 其他均属于活动管架。 1 ） 固定管架上的管道一般采用固定管座， 管架下端与基础固 定， 且多采用四柱式的双片支架 。 2 ） 刚性管架上的管道在管架上均采用滑动或滚动管座， 管架 一般采用双柱式单片支架 。 下端与基础固定， 3 ） 柔性管架上的主动管道采用滑动或者铰接管座， 其他管道 2003． 水利电力出版社， ［ 2］ 李博之． 具有单个集中荷载的平丘地段架空线计算 （ 二） J］ ． 电力建设， 1992 （ 6 ） ： 5051． ［ ［ 3］ 李博之． 大跨越档架空线索弧垂的研究［ J］ ． 电力建设， 2001 （ 9 ） ： 3032． ［ 4］ 孔 ． 东北电 伟． 单个集中荷载作用下架空线张力计算［J］ 2000 （ 4 ） ： 3738． 力技术， ［ 5］ 王战利． 单个集中荷载作用下架空输电线路弧垂计算的探 J］ ． 河南科技， 2012 （ 12 ） ： 7778． 讨和应用［
要： 介绍了钢结构管道支架的一般设计原则及常用结构类型， 以某钢厂大型煤气管道支架设计为例， 用有限元方法计算了钢 构件采用不同截面时的应力及自重， 通过比较分析， 总结出合理、 经济的管道支架优化设计原则， 以达到优化设计的目的 。 关键词： 管道支架， 有限元模型， 优化设计 TU318 中图分类号： 文献标识码： A 重要性系数 γ0 取 1． 1 。 2 ） 所有结构构件均应进行承载力计算； 有抗震设防要求的结 构， 尚应按规定进行结构构件抗震承载力验算 。 3 ） 管道支架横梁在垂直荷载及水平推力作用下， 按照双向受 弯构件计算。固定管道支架横梁的最大挠度不宜大于梁跨度的 1 /500 ； 其他管道支架横梁的最大挠度不应大于梁跨度的 1 /250 。 竖向荷载（ 标准值） 作用下的挠度容许值不大于 L / 400 ； 管道水平 推力（ 标准值） 作用下的挠度容许值不大于 L / 400 。沿管道横向风 荷载标准值作用下的柱顶位移不大于 H / 400； 固定管道支架沿管道 纵向在管道水平推力作用下的柱顶位移为 H / 400； H 为支架高度。 4 ） 地震基本烈度为 8 度及 8 度以上地区的活动管道支架应 采用刚性活动管道支架 。
根据表 1 ， 表 2 的数据进行综合分析， 固定支架采用圆钢管截 可以优化设计， 更为经济合理； 半铰支 面形式在耗钢量上占优势， 架采用圆钢管截面形式时， 主要受到平面外长细比的制约， 支架 越高， 钢柱长细比越不容易满足规范要求， 因此用钢量也会随着 支架的高度而增大， 耗钢量甚至会高于型钢截面形式， 因此对于 半铰支架的优化设计， 应根据支架的高度情况综合分析， 选择合 理经济的截面形式。
影响， 对于高度较小的支架， 采用圆形钢管截面形式更为经济合 理； 对于高度较大的支架， 可能要根据实际情况进行综合分析判 断， 选择更为经济合理的截面形式， 达到优化设计的目的。 在实际工程中， 圆形钢管在外型上简洁美观， 在一定的条件 下更为经济合理， 达到优化设计的目的， 但是圆形钢管的加工制 人工成本费用偏高， 在钢支架设计时， 不仅在结构计 作比较复杂， 算上需要进行优化设计， 在钢材加工及施工方面， 也需要进行优 化， 才能达到整体优化设计的目的， 还需要进行进一步的研究和 探讨。 参考文献： ［ 1］ GB 500172003 ， S］ ． 钢结构设计规范［ ［ 2］ 《钢结构设计手册》 ． 北京： 中 编写组． 钢结构设计手册［M］ 2004． 国建筑工业出版社， ［ 3］ 《管道支架设计手册 》 ．北 编写组． 管道支架设计手册［M］ 1996． 京： 中国建筑工业出版社， ［ 4］ 祝 远 驰． 余 热 利 用 电 厂 钢 管 道 支 架 设 计［J］ ． 山 西 建 筑， 2012 ， 38 （ 10 ） ： 2628．
从表 1 可看出， 当支架的高度为 10 m 时， 钢支架分别采用型 钢和圆钢管截面形式， 在同等工况条件作用下， 钢构件的应力比 长 细 比 控 制 在 150 之 内 （ 长 度 系 数 取 控制在 20% ～ 60% 之 间， 1． 0 ） 。固定钢支架采用圆钢管截面形式耗钢量是采用型钢截面 形式的 65% ， 可以节约 35% 的钢材量； 半铰支架采用圆钢管截 面形式耗钢量是采用型钢截面形式的 64% ， 可以节约 36% 的钢 材量 。 从表 2 可看出， 当支架的高度为 14 m 时， 钢支架分别采用型 钢和圆钢管截面形式， 在同等工况条件作用下， 钢构件的应力比控
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钢结构管道支架设计的一般原则
钢结构管道支架（ 以下简称管架或支架） 设计应满足施工及
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钢结构管道支架常用结构类型
正常使用状态下各种作用， 偶然事故情况下结构维持必要的稳 定。以可靠指标度量结构构件的可靠度， 用含分项系数设计表达 一般采用有限元或 PKPM 计算软件， 通过对支架的 式进行计算， 受力模型及动力特的分析， 抗震地区还应考虑支架的抗震性能分 析， 从而设计出合理的钢结构管道支架 。支架设计的一般原则主 要有以下几个方面： 1 ） 管道支架设计使用年限为 50 年。 安全等级取一级， 结构 方程得到完善。并对导线最低点水平张力进行实际算例检验， 由 此得出本文所得公式的可行性 。 2 ） 给出了在导线任一位置作用一集中荷载时的线形方程， 并 1］ 且计算了相应的弧垂。和现有的线形做出了比较， 现有文献［ 中只是把导线看作柔性线， 而本文从实际导线出发， 把集中力处 得到一种全新 受力特点考虑到计算线形中是本文的创新点所在， 的线形算法。 参考文献： ［ 1］ 邵天晓． 架空送电线路的电线力学计算［ M］ ． 第 2 版． 北京：
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
Study on and calculation of overhead transmission lines under single concentrated load
LI Yongping WANG Zhengyun （ School of Construction Engineering，Northeast Dianli University，Jilin 132000 ，China） Abstract ： In view of large crosssection wire for overhead line． Starting from the wire flexible， by analyzing the deficiencies of the traditional linear equations，calculated axial tension force of the wires’lowest point， and in the absence of wire used for the simplified case， lead role any single concentrated load is analyzed when the conductor is the actual linear and sag． The analysis compared with existing practices， sag after the lead role in a single concentrated load calculation accuracy was improved． Key words： large crosssection conductor，linear，concentrated load，sag，tension