沈阳宝马新工厂项目辅梁悬挂系统设计安装技术.docx
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沈阳宝马新工厂项目辅梁悬挂系统设计安装技术
沈阳宝马新工厂项目
辅梁悬挂系统设计安装技术
审批:
编制:
2012年4月30日
辅梁悬挂系统设计安装技术
摘要:
通过宝马新工厂项目辅梁悬挂系统的应用,介绍了辅梁悬挂系统的设计选用及安装。
关键词:
辅梁悬挂系统高频焊H型钢深化设计荷载计算安装
前言
随着大型钢结构建筑雨后春笋般出现,尤其是新建工业厂房大都采用大跨度钢结构,这直接影响了支架悬挂系统。
混凝土建筑中的支架系统直接安装在混凝土结构上即可;但是钢结构建筑尤其是大跨度钢结构项目中,一方面支架不能直接焊接在主体钢结构上,另一方面大跨度钢结构不能满足管线支架系统的间距要求,为保证机电管线安装需要,辅梁悬挂系统随着应运而生。
以沈阳宝马新工厂项目为例,结构专业横纵两个方向的屋架间距分别为6m和18m,管线支架只在屋架结构上生根不能满足规范对支架间距的要求;结构专业设计屋面围护系统采用轻型檩条系统,支架间距为1.8m,但该系统承担荷载太小,仅能满足灯具及喷淋末端支管的悬挂。
为保证机电管线安装需要,在该项目中安装辅助梁。
辅梁悬挂系统的设计
辅梁悬挂系统选用
辅梁悬挂系统最重要的环节是辅梁的选择,辅梁除承受管道的自身重量外,还需承受管道运行时的扭曲力。
普通的槽钢难以满足上述要求,而广泛应用于钢结构的H型钢其截面形状结构合理、塑性和柔韧性、稳定性高、抗自然灾害能力强,适合作为辅梁使用。
H型钢分类有热轧H型钢、高频焊薄壁H型钢等几类,但普通H型钢自重大,辅梁悬挂系统的应用会降低结构的安全性,而规格相同的情况下,高频焊H型钢单位重量最轻约为普通型钢的1/2,因此选用高频焊H型钢构成的辅梁系统对屋架系统结构负荷、安全性影响最小。
普通H型钢
重量
高频焊薄壁H型钢
重量
HW125X125X6.5X9
23.8Kg/m
HW120X120X3.2X4.5
11.26Kg/m
HW150X150X7X10
31.8Kg/m
HW150X150X4.5X6
19.0Kg/m
HW200X150X6X9
31.2Kg/m
HW200X150X4.5X6
20.77Kg/m
高频焊薄壁H型钢
高频焊薄壁H型钢是采用高频电流使金属表面局部加热,在外力作用下使他焊合,不适用任何焊丝,焊剂,可连续大批量生产。
其优点如下:
1)截面尺寸按用户要求定制,尺寸精度高,且可以根据力学性能计算选择最经济适用的H型钢,以减轻屋架结构荷载;
2)性能稳定,内部组织好,焊接部位性能呢过的金相组织均匀,腹板材料与翼缘板材料的组织均匀溶合;
3)产品精度高、表面质量好,自选钢板加班,钢板厚度偏差要远远小于热轧H型钢;
高频焊薄壁H型钢截面特性
辅梁悬挂系统布置
管线综合深化
由于设计图纸各专业间出现交叉、部分管线出现与主桁架结构交叉等现象,因此在辅梁布置之前需要对整个桁架结构的管线进行深化设计,将所有专业管线合理布置在桁架内,从而为辅梁布置提供依据。
辅梁平面布置
(1)屋架结构
宝马新工厂项目中,屋架结构桁架间距设置原则是横向18m纵向6m;
(2)支架间距要求
A空调水管道支吊架间距(通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002)
公称直径mm
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
300
保温管m
2.5
3.0
3.5
4.0
5.0
5.0
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
不保温管m
4.0
4.5
5.0
6.0
6.5
6.5
7.5
7.5
9.0
9.5
10.5
B自动喷淋管道(自动喷水灭火系统施工及验收规范GB50261-2005)
公称直径mm
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
300
距离m
4.0
4.5
5.0
6.0
6.0
6.5
7.0
8.0
9.5
11.0
12.0
C给排水管道(建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB50242-2002)
公称直径mm
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
300
保温管m
2.5
3.0
3.0
4.0
4.0
4.5
6.0
7.0
7.0
8.0
8.5
不保温管m
4.0
4.5
5.0
6.0
6.0
6.5
7.0
8.0
9.5
11.0
12.0
DHDPE给水管支架间距(厂标)
公称直径mm
50
63
75
90
110
125
160
200
250
立管m
1
1
1
1.2
1.5
1.5
1.5
2.0
2.0
横管m
1.00
1.10
1.20
1.30
1.55
1.75
2.00
2.25
2.50
根据上述支架间距要求,综合考虑后,将按照以下原则设置辅梁:
A利用原屋架结构,纵向若仅有消火栓、喷淋管道则利用原有结构,无需辅梁;
B灯具、喷淋支管利用原有屋架结构上的檩条作为悬挂点;
C横向部分根据综合管线图均按3m间距设置辅梁;
D纵向部分按管线综合断面设置横向上的辅梁,纵向上尽量保持辅梁一条直线;
除按上述基本原则设置外,还将根据管线、桁架实际情况合理布置辅梁(比如管线密集荷载大情况下,要适当的多布置辅梁以承担管线荷载),如下图:
辅梁悬挂系统计算(举例)
辅梁悬挂系统计算前应大致考虑管线支架的悬挂位置,悬挂点位置决定了该区域内管线荷载在辅梁上的受力点;
支架上的管线荷载按照支架间距、荷载计算表一进行计算;
管线荷载计算完成后,根据辅梁上支架悬挂点的位置,可以推算出辅梁的受力情况,从而根据每根辅梁的受力情况进行辅梁选型。
荷载计算依据
专业
规格
单位重量kg/m
专业
规格
单位重量kg/m
电气桥架
1000x200
200
生活水管
HDPE管DN300
102
600x200
120
HDPE管DN250
66
500x150
100
HDPE管DN150
29
300x150
50
HDPE管DN80
11
母线槽
120
HDPE管DN65
7
IT桥架
600x160
110
HDPE管DN50
5
BMS桥架
300x200
70
消火栓喷淋(无保温)
焊接钢管DN300
148
空调风管
¢710
16
焊接钢管DN250
105
¢630
15
焊接钢管DN200
72
¢560
13
焊接钢管DN150
41
¢450
8
焊接钢管DN100
22
¢355
5
焊接钢管DN80
15
冷热水管(有保温)
焊接钢管DN300
156
焊接钢管DN65
11
焊接钢管DN250
112
焊接钢管DN50
8
焊接钢管DN200
78
压缩空气
焊接钢管DN250
105
焊接钢管DN150
45
焊接钢管DN200
72
焊接钢管DN125
34
焊接钢管DN150
41
焊接钢管DN100
25
焊接钢管DN100
22
焊接钢管DN80
18
焊接钢管DN80
15
焊接钢管DN65
14
焊接钢管DN65
11
焊接钢管DN50
10
焊接钢管DN50
8
天然气
焊接钢管DN100
22
焊接钢管DN65
11
(荷载计算表一)
注:
应以辅梁上支架设置点为考虑水管均是集中荷载,桥架部分以每根线槽做为一个集中荷载考虑上;
(实例一)
(实例二)
辅梁选型计算
1)荷载为920Kg单点荷载
钢梁钢材:
Q235
梁跨度(m):
6.000
梁平面外计算长度(m):
6.000
钢梁截面:
高频焊接轻型H型钢:
200*150*4.5*6
容许挠度限值[υ]:
l/180=33.333(mm)
强度计算净截面系数:
0.950
计算梁截面自重作用:
计算
简支梁受荷方式:
竖向单向受荷
荷载组合分项系数按荷载规范自动取值
-----设计依据-----
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
-----简支梁作用与验算-----
1、截面特性计算
A=2.6460e-003;Xc=7.5000e-002;Yc=1.0000e-001;
Ix=1.9433e-005;Iy=3.3764e-006;
ix=8.5700e-002;iy=3.5722e-002;
W1x=1.9433e-004;W2x=1.9433e-004;
W1y=4.5019e-005;W2y=4.5019e-005;
2、简支梁自重作用计算
梁自重荷载作用计算:
简支梁自重(KN):
G=1.2463e+000;
自重作用折算梁上均布线荷(KN/m)p=2.0771e-001;
3、梁上恒载作用
荷载编号
荷载类型
荷载值1
荷载参数1
荷载参数2
荷载值2
1
4
9.20
3.00
0.00
0.00
4、单工况荷载标准值作用支座反力(压为正,单位:
KN)
△ 恒载标准值支座反力
左支座反力Rd1=5.223,右支座反力Rd2=5.223
5、梁上各断面内力计算结果
△ 组合1:
1.2恒+1.4活
断面号
1
2
3
4
5
6
7
弯矩(KN.m)
0.000
3.103
6.143
9.121
12.037
14.890
17.682
剪力(KN)
6.268
6.143
6.019
5.894
5.769
5.645
-5.520
断面号
8
9
10
11
12
13
弯矩(KN.m)
14.890
12.037
9.121
6.143
3.103
0.000
剪力(KN)
-5.645
-5.769
-5.894
-6.019
-6.143
-6.268
△ 组合2:
1.35恒+0.7*1.4活
断面号
1
2
3
4
5
6
7
弯矩(KN.m)
0.000
3.491
6.911
10.261
13.542
16.752
19.872
剪力(KN)
7.051
6.911
6.771
6.631
6.490
6.350
-6.210
断面号
8
9
10
11
12
13
弯矩(KN.m)
16.752
13.542
10.261
6.911
3.491
0.000
剪力(KN)
-6.350
-6.490
-6.631
-6.771
-6.911
-7.051
6、局部稳定验算
翼缘宽厚比B/T=12.13<容许宽厚比[B/T]=15.0
腹板计算高厚比H0/Tw=41.78<容许高厚比[H0/Tw]=80.0
7、简支梁截面强度验算
简支梁最大正弯矩(kN.m):
19.892(组合:
2;控制位置:
3.000m)
强度计算最大应力(N/mm2):
102.616 简支梁抗弯强度验算满足。 简支梁最大作用剪力(kN): 7.051(组合: 2;控制位置: 0.000m) 简支梁抗剪计算应力(N/mm2): 8.642 简支梁抗剪承载能力满足。 8、简支梁整体稳定验算 平面外长细比λy: 167.964 梁整体稳定系数φb: 0.536 简支梁最大正弯矩(kN.m): 19.892(组合: 2;控制位置: 3.000m) 简支梁整体稳定计算最大应力(N/mm2): 190.848 简支梁整体稳定验算满足。 9、简支梁挠度验算 △ 标准组合: 1.0恒+1.0活 断面号 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(KN.m) 0.000 2.586 5.119 7.601 10.031 12.409 14.735 剪力(KN) 5.223 5.119 5.015 4.912 4.808 4.704 -4.600 断面号 8 9 10 11 12 13 弯矩(KN.m) 12.409 10.031 7.601 5.119 2.586 0.000 剪力(KN) -4.704 -4.808 -4.912 -5.015 -5.119 -5.223 简支梁挠度计算结果: 断面号 1 2 3 4 5 6 7 挠度值(mm) 0.000 2.790 5.420 7.730 9.566 10.776 11.212 断面号 8 9 10 11 12 13 挠度值(mm) 10.776 9.566 7.730 5.420 2.790 0.000 最大挠度所在位置: 3.000m 计算最大挠度: 11.212(mm)<容许挠度: 33.333(mm) 简支梁挠度验算满足。 ******简支梁验算满足。 ****** 2)荷载为450Kg*3三点荷载 钢梁钢材: Q235 梁跨度(m): 6.000 梁平面外计算长度(m): 6.000 钢梁截面: 高频焊接轻型H型钢: 200*150*4.5*6 容许挠度限值[υ]: l/180=33.333(mm) 强度计算净截面系数: 0.950 计算梁截面自重作用: 计算 简支梁受荷方式: 竖向单向受荷 荷载组合分项系数按荷载规范自动取值 -----设计依据----- 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) 《钢结构设计规范》(GB50017-2003) -----简支梁作用与验算----- 1、截面特性计算 A=2.6460e-003;Xc=7.5000e-002;Yc=1.0000e-001; Ix=1.9433e-005;Iy=3.3764e-006; ix=8.5700e-002;iy=3.5722e-002; W1x=1.9433e-004;W2x=1.9433e-004; W1y=4.5019e-005;W2y=4.5019e-005; 2、简支梁自重作用计算 梁自重荷载作用计算: 简支梁自重(KN): G=1.2463e+000; 自重作用折算梁上均布线荷(KN/m)p=2.0771e-001; 3、梁上恒载作用 荷载编号 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载参数2 荷载值2 1 4 4.50 1.50 0.00 0.00 2 4 4.50 3.00 0.00 0.00 3 4 4.50 4.50 0.00 0.00 4、单工况荷载标准值作用支座反力(压为正,单位: KN) △ 恒载标准值支座反力 左支座反力Rd1=7.373,右支座反力Rd2=7.373 5、梁上各断面内力计算结果 △ 组合1: 1.2恒+1.4活 断面号 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(KN.m) 0.000 4.393 8.723 12.991 14.497 15.940 17.322 剪力(KN) 8.848 8.723 8.599 3.704 2.949 2.828 -2.700 断面号 8 9 10 11 12 13 弯矩(KN.m) 15.940 14.497 12.991 8.723 4.393 0.000 剪力(KN) -2.825 -2.949 -8.474 -8.599 -8.723 -8.848 △ 组合2: 1.35恒+0.7*1.4活 断面号 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(KN.m) 0.000 4.942 9.814 14.615 16.309 17.933 19.487 剪力(KN) 9.954 9.814 9.673 3.458 3.318 3.178 -3.038 断面号 8 9 10 11 12 13 弯矩(KN.m) 17.933 16.309 14.615 9.814 4.942 0.000 剪力(KN) -3.178 -3.318 -9.533 -9.673 -9.814 -9.954 6、局部稳定验算 翼缘宽厚比B/T=12.13<容许宽厚比[B/T]=15.0 腹板计算高厚比H0/Tw=41.78<容许高厚比[H0/Tw]=80.0 7、简支梁截面强度验算 简支梁最大正弯矩(kN.m): 19.487(组合: 2;控制位置: 3.000m) 强度计算最大应力(N/mm2): 100.527 简支梁抗弯强度验算满足。 简支梁最大作用剪力(kN): 9.954(组合: 2;控制位置: 0.000m) 简支梁抗剪计算应力(N/mm2): 12.200 简支梁抗剪承载能力满足。 8、简支梁整体稳定验算 平面外长细比λy: 167.964 梁整体稳定系数φb: 0.536 简支梁最大正弯矩(kN.m): 19.487(组合: 2;控制位置: 3.000m) 简支梁整体稳定计算最大应力(N/mm2): 186.962 简支梁整体稳定验算满足。 9、简支梁挠度验算 △ 标准组合: 1.0恒+1.0活 断面号 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(KN.m) 0.000 3.661 7.269 10.826 12.081 13.284 14.435 剪力(KN) 7.373 7.269 7.165 2.562 2.458 2.354 -2.250 断面号 8 9 10 11 12 13 弯矩(KN.m) 13.284 12.081 10.826 7.269 3.661 0.000 剪力(KN) -2.354 -2.458 -7.062 -7.165 -7.269 -7.373 简支梁挠度计算结果: 断面号 1 2 3 4 5 6 7 挠度值(mm) 0.000 3.355 6.482 9.156 11.178 12.446 12.884 断面号 8 9 10 11 12 13 挠度值(mm) 12.446 11.178 9.156 6.482 3.355 0.000 最大挠度所在位置: 3.000m 计算最大挠度: 12.884(mm)<容许挠度: 33.333(mm) 简支梁挠度验算满足。 ******简支梁验算满足。 ****** 辅梁悬挂系统节点 辅梁与屋架结构的连接 由于原屋架结构不允许焊接,因此用膨胀螺栓、钢板跟原屋架结构固定的方式连接; H型钢钻孔 为固定H型钢,按照辅梁与钢结构连接样式的不同,在工厂预制型钢时将H型钢螺栓孔提前预制,这样可以加快安装速度。 钢板预制 为固定H型钢,按照辅梁与钢结构连接样式的不同,提前预制钢板。 辅梁悬挂系统安装 定位 按照辅梁图纸上辅梁的具体位置逐一在现场屋架结构上做标注,按照辅梁的标注线安装辅梁; 安装 将辅梁运至施工现场,在安装地点,先把滑轮挂在屋架结构上,将辅梁放在地面上,并用麻绳将辅梁绑扎牢固。 起吊时,先慢慢拉紧系重绳,使绳子受力均衡保持正确的重心,当辅梁离地200~300时停止起吊,检查滑轮、麻绳、绳扣是否牢固风管重心是否正确,检查没问题后,继续起吊到安装高度,把辅梁连接到桁架结构并加以稳固后,可以解开绳扣。 若场地内平整,可用升降车的时候,可以使用升降车以提高安装速度; 辅梁安装后可用水平尺和吊线的方法来检查辅梁是否横平竖直,可以通过连接钢板与主桁架结构中间加垫板来调整辅梁的水平。 实例 经过辅梁悬挂系统的选用,宝马新工厂项目20万平米桁架内所有管线均合理有效的悬挂于屋架结构上且所有管线支架间距均能满足施工规范要求。 应用前景 随着大型工业厂房、钢结构建筑尤其是大跨度厂房越来越多的兴建,结合宝马新工厂项目辅梁悬挂系统的实际使用,辅梁悬挂系统必将发挥越来越大的作用。
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