管道荷载计算方法

注意

（1）此设计规定应按照以下说明：

管道设计工作应按照规定执行。

（2）此规定指出工程设计专业必须为管道设计的需要来执行。

在规定基础上管道设计者可以作适当的修改。

2．荷载和外力的设计

2.1通则

当设计下列结构时，应考虑荷载。

各种荷载的联合作用在计算中的应用见2.14条。

2.2结构本体

应计算结构本体和防火材料的重量。

2.3动设备

对于泵、压缩机、马达等设备重量，要尽可能快地从制造商处获取相关数据，其中应包括控制、辅助设备、配管等重量。在对设备直接设在支架上的情况进行计算时，应尽可能快地提交相关动力影响因素。

2.4起重机荷载

起重机的荷重应根据制造商的数据来确定。

2.5容器、塔等

除容器和塔外，还包括过滤器、沉降槽、换热器、冷凝器及其配管。

根据该类设备各种荷载的综合情况，在计算中应包括以下重量/荷载。

（1）空重

这是容器、塔等的静止重量，包括衬里材料、保温、防火、阀门等，应根据制造商提供的数据推导出来。

（2）操作重

操作重是容器、塔等的空重，几在该单元操作过程中最大容量的重量之和。

（3）水压实验荷载

在现场需要对设备进行水压实验时，设计支架结构时应考虑该设备完全充满水的重量。

当一个支撑支一台以上的容器时，该支撑应根据以下基础进行设计：在同一时刻，一台容器进行水压实验，而其他容器为空设备或仍处于操作状态中。

2.6活动荷载

（1）活动荷载应根据以下平台或通道的用途分为几个等级

（a）A级

主要用作人行通道，除了人可搬动的物品外，没有其他东西。例如台阶、楼梯平台、管架上人行道、仪表监测平台及阀门操作平台。

（b）B级

用于较轻的阀门、换热器、法兰、类似部件的检修工作，放置拆卸这些部件的工具，若在梁或桁架上放置重物须加小心。

（c）C级

承受特殊荷载。要根据特殊需要进行设计。

（2）活动荷载见表1

表1  生活荷载

风荷载应根据UBC确定，假设以下几点：

风驻点压力

q=140kg/m2（在10米高度）

方向“c”

重要系数I=1

    风力可从各个方向作用于构筑物，应考虑其最不利的情况（最大逆风向）。对于宽度在4米或以下的架空管架，应计算作用在最大的三根管子上的风荷载。对于宽度大于4米的架空管架，应计算作用在最大的四根管子上的风荷载。

2.8 管束拉力

    当换热气壳体的污垢系数等于或大于0.0008m2.hr.℃/kcal 时，换热气制作应按100%推力计算。当污垢系数小于0.0008m2.hr.℃/kcal时，支座按推理的50%计算，即管束重量。

    当支架支撑两台以上换热器时,该支架仅需按以下基础进行设计;一台换热器的管束处于将关键拨出的临界状态,而其他换热器是空的或处于操作状态.

2.9 冲击荷载

    冲击荷载应根据钢结构AISC标准确定.

2.10热应力

(1) 当热膨胀导致设备与支座之间的磨擦时，摩擦力为支座上的操作荷载与下列使用的摩擦系数的乘积。

表面                                   摩擦系数

钢与钢                                   0.3

钢与混凝土                               0.4

(2) 在设计管道指甲的梁时，应考虑刚直管架上的管道膨胀或收缩产生的水平摩擦力。摩擦力按下式确定：

F=0.3KW

     （0.4）

式中，F：水平摩擦力

     W：管重包括介质和保温材料

     K：简化系数

当一根梁支撑两根或两根以下管子时，K=1.0；当一根梁支撑三根或三根以上管子时，系数K根据下表确定：

热管重量/总管重                         K

a＜0.5                                  0.5

0.5≤a≤0.7                             0.67

0.7＜a                                  1.0

2.11 安装及检修时荷载

对于构筑物的每一部分，都应考虑安装和检修时的各种可能荷载情况，并应注意最苛刻条件下的情况。

2.12雪荷载

无

2.13 地震荷载

2.14 联合荷载

(1) 构筑物及构筑物的每一部分，还有它们的指点和固定点，应为联合荷载的设计。联合荷载见表2，表中使用以下组成构筑物本体重。

a-构筑物本体重

b-设备重

c-起重机荷载

d-容器 塔 罐等空重

e-容器 塔 罐等操作重

f-容器 塔 罐等水压实验荷载

g-动荷载

h-风荷载

i-管束推力

j-冲击荷载

k-热应力

l-安装几检修时荷载

m-雪荷载

n-地震荷载

表2联合荷载A到E

注释2：只计荷载的50%

注释3：只计荷载的50%

注释4：只计荷载的25%，只针对火炬烟囱几其支架的设计

1. 范围                                           

2. 荷载类型和组合                                 

2.1 荷载类型                                       

2.2 条件                                           

2.3 荷载组合                                       

3.  荷载计算方法                                   

3.1 管子荷载                                       

3.2 由热胀或热缩引起的反作用力                     

3.3 摩擦力                                         

1.

 范围

本标准中包括的荷载数据的计算方法用于民用建筑、设备、工业炉平台的设计。

2. 荷载类型及组合

2.1 荷载类型

荷载数据应包含以下荷载:

（1）管道荷载(自重及工作荷载)

管道重量,保温材料,介质等

（2）热胀或热缩引起的反作用力

反作用力是由管子的热胀或热缩以及约束的位移引起的。

（3）摩擦力

摩擦力是由管架上的管子的位移引起的。

（4）地震荷载

(a) 由地震加速引起的荷载

(b)由管道约束点的与地震相关的位移引起的反作用力(反作用力的计算方法与热应力的

计算方法类似)

（5）风荷载

（6）雪荷载

（7）冲击力

由安全阀气流或水锤的冲击引起的荷载。

（8）膨胀节的冲击及反弹作用。

2.2条件

荷载的计算应经过下述条件的研究。当荷载已达到正常操作时的最大值，或在其他操作情况下荷载的变化可以忽略不计，计算可仅以正常操作情况为基准。

（1）充水重，由于内压产生的膨胀节的冲击力。

（2）正常操作条件。

正常操作条件不同于以下第（3）条中所述情形。

（3）特殊操作情况

（A）开车情况（从开车到正常操作的过度情况）。管子从管架上松开，有设备或管道等内部温度的临时变化引起的热应力。

（B）停车情况（从正常操作到停车的过度情况）。应考虑到与紧急停车相关的问题（压降等），开车时的情况也应考虑。

（C）除焦，再生操作，蒸汽转化等。

2.3荷载组合

下表是在各自条件下同时起作用的荷载组合。

如表1所示

         条件

 符号

P:集中荷载

W:均匀荷载

Q:单位荷载(单位面积重量)

(3)假设地震荷载,风荷载及冲击荷载没有同产生影响.

(4)在水压实试验中无需标注管架 ,梁,结构等的垂直荷载.在其他情况下,当官衔数量叫少室，应单独表出每跟官衔的垂直荷载。

3.荷载计算方法

3.1管道荷载

3.1.1单位长度管重

重量是以下各点的总和

（1）管道

（2）标准管子的单位荷载按照JGS220-311-3-01E中“管子重量和性质表（ANSI）”。标准保温材料的单位荷载按照JGS-220-311-3-03E。

（3）介质

气体，蒸汽或空气不包括在单位荷载中。典型遗体的比重见表A（1）。

（4）管子永久荷载的其他辅助组成。伴热，衬里材料等。

注；阀门，法兰等应作为集中荷载。

3.1.2结构及荷载的标注

结构上受的荷载的标注方法应为表2中琐事的集中荷载，均匀荷载，单位荷载中的一种。

表2结构及荷载的标准

       荷载标注

3.1.3荷载计算方法

（1）集中荷载

（a）表3中荷载收据信息表明集中荷载的范围。

表3                 集中荷载范围

按以下方法计算集中荷载

（I）水平关的集中荷载按以下方法计算：

例1 水平管线集中荷载计算方法：

“B”点集中荷载=l 1.w/2+ l 2.w/2          (1)

式中

w:单位长度管重

(ii)垂直官衔的集中荷载

垂直官衔上指点的集中荷载等仪垂直部分全部荷载于水平部分1/2荷载之和.

图2垂直官衔上集中荷载计算方法

作用于”E”点的集中荷载 E= l 3.w/2+ l 4.w+ l 5.w/2        (2)

若没有规定”E”点,垂直部的荷载应分布在指点”F”和”D”,见下段(iii)

(iii)有阀门等集中荷载引起的作用于指点的荷载,应以按比例分配的方法进行计算.

图3 阀门等集中荷载按比例分配方法

阀门在’B”点的集中荷载”B”=l 1.P1/l1+l4P2/L2        (3)

（iv）可以应用计算机计算集中荷载

（v）由于管子上抬导致集中荷载不平衡，应再检查热应力计算结果。

（2）军部荷载的计算

（a）指甲上均匀荷载的计算

计算见例4

图4支架上均部荷载的计算方法

L ≤1.2S

均部荷载“w”=W/S        （4）

（W应不小于100kg/m）

L ＞1.2S

均部荷载“w”=W×1.2/L       （5）

（W应不小于100kg/m）

式中，

W：阴影部分管子总荷载

S：官衔总宽

L：指甲宽度

（b）计算方法见例5

图5脊梁方向的梁上均部荷载的计算方法

3.0m或后面指甲跨度的1/2，无论哪一个，选其中大的尺寸。

L ≤ 1.2S

均部荷载“w”=W/L       （6）

（W应不小于200kg/m）

L ＞1.2S

均部荷载“w”=W×1.2/L       （7）

（W应不小于200kg/m）

式中

W:阴影部分管子总荷载

S:管束总宽度

L:梁木方向跨度

(3).单位荷载的计算

单位荷载应为单位面积的平均荷载,并应表出表4所示的荷载登记符号。例如，计算出单位荷载为0.115t/m2

表4荷载等级（单位：t/m2）

计算方法见例6

图6单位荷载计算方法

L ≤ 1.2S

单位荷载“q”=W/L       （8）

L ＞1.2S

单位荷载“q”=W×1.2/L       （7）

式中

W:阴影部分管子总荷载

S:管束总宽度

L:管架宽

（b）中间梁所支官衔的最大尺寸见表5

中间梁单位荷载的计算方法见例7

图7中间梁单位荷载计算方法

 L ≤ 1.2S

中间梁单位荷载“q”=W/L       （10）

L ＞1.2S

中间梁单位荷载“q”=W×1.2/L       （11）

式中

W:阴影部分的中间梁单位长度上管子总荷载

S:管束总宽度

L:管架宽

（c）当管子被中间梁支撑时，应计算主梁和中间各自的单位荷载，并将其标注在荷载数据信息中。

主梁及中间梁支撑管道荷载的范围见例8

图8中间梁上管道荷载范围

            主梁上管道荷载范围

主梁上的荷载应由民用建筑工程师利用以下方程式计算

主梁上管子荷载

=〔主梁单位荷载×（A× L）〕－〔中间梁单位荷载×（1/2A×L） （12）