引言
装配式支吊架的结构设计是确保其安全使用的关键。设计人员必须考虑各种复杂荷载作用,采用科学合理的设计方法,使其在规定年限内不发生极限状态损坏。下面我们具体解析装配式支吊架结构设计的全过程。
荷载确定
装配式支吊架在使用中需承受各种荷载,确定荷载类型和大致数值是设计的第一步。主要考虑:
– 永久荷载:管线自重
– 可变荷载:施工荷载、雪载、风载等
– 管线荷载:管线热胀冷缩导致的支座摩擦力、沉降缝两侧的不均匀沉降、防震缝两侧的相对位移以及振动等
– 地震作用
设计使用年限和极限状态
装配式支吊架的设计使用年限可以考虑设备管线的设计使用年限,民用建筑中一般为25年。设计需避免以下两类极限状态:
– 承载力极限状态:例如构件或连接的强度破坏、脆性断裂，结构或构件丧失稳定性，几何 不变体系变为机动体系、或不适于继续承载的过度变形等;
– 正常使用极限状态:例如影响结构构件、非结构构件正常使用或外观的变形、振动，影响 正常使用或耐久性能的局部损坏等；
结构设计原则
装配式支吊架结构设计应遵循以下原则:
– 采用概率论设计,评估构件可靠度
– 符合建筑结构及设备相关规范要求
– 考虑抗震设计规范,提高抗震性能
– 材料和构件选用合理安全系数
进行结构分析
常用的分析方法:
– 弹性分析法:装配式支吊架大部分构件为冷弯薄壁型钢构件，从安全及设计便捷角度考虑， 采用一阶或二阶弹性分析方法是比较合理的
– 有限元分析:装配式支吊架的型式相对而言较为复杂，可采用杆系模型对支吊架结构进行 有限元分析，可以得到准确的节点受力
– 连接节点视为铰接:由于装配式支吊架连接件的受力表现形式比较复杂，传力性质不一定 是完全的刚接或铰接，支吊架结构分析可多考虑杆件连接节点为铰接，以 确保安全符合规范要求,确保安全。符合我国现行《GB 50017 钢结构设计 规范》和《GB/T 50018冷弯薄壁型钢技术规程》的分析方法。
杆件和连接设计
– 杆件设计:装配式支吊架结构中单管式支吊架的吊杆、门式支吊架的横梁和立柱参考钢结 构规范,进行强度和稳定性计算
– 连接设计:现有两本产品标准《GB/T 38053-2019装配式支吊架通用技术要求》和《GB/T 37267-2018建筑抗震支吊架通用技术条件》中给出了部分连接件或整体系统 的承载力测试方法和设计值确定方法。
例如：对于角连接件位于门式支吊架槽钢上部和下部的情况，其承载力性能应通过如下图所示的试验进行测试
与主体结构连接设计
– 混凝土结构:采用后锚固连接，参考《JGJ 145-2013 混凝土结构后锚固技术规程》
– 钢结构:采用装配式的钢结构连接件。钢结构的连接件承载力，也应参考相应连接件实际的连接形式和试验数据
其他特殊情况设计
对于重要管线或特殊环境,还需考虑:
– 采用更高承载力、刚度的构件
– 增加减震装置,提高抗震性能
– 加强防腐、防火、防水处理
– 提高材料及连接强度等级
小结
装配式支吊架的结构设计必须全面、细致,确保其承载力和使用安全。设计时应采用科学方法,严格遵守相关规范。
常见问题
1. 装配式支吊架的设计使用年限通常是多少?
一般参考所支撑管线的使用年限,普通建筑多采用25年。
2. 连接节点的设计依据是什么?
依靠大量试验获得设计承载力值,然后除以安全系数。
3. 常见的装配式支吊架结构分析方法有哪些?
弹性分析法、有限元分析法等。
4. 杆件设计应参考哪些规范?
应结合钢结构相关规范,进行强度、稳定性设计。
