1、化工、石油化工管架、管墩设计规定HG/T 20670 - 2000 条文说明原化工厂管架设计规定(HGJ 22 -89)经原化学工业部于1989年6月批准后，已在全国化工系统设计单位工程设计中实际采用。经生产实践表明，已基本满足管架及管墩设计的要求。鉴于建设部近年对各项建筑结构设计规范均已重新修订，为与其相协调一致，经全国化工建筑设计技术中心站提出，并经国家石油和化学工业局批准，重新修订作为行业设计标准。1总则1. O. 3 按国家现行的建筑设计抗震规范，对管架的适用范围作了具体规定。1. O. 5 管架设计应力求减少重复劳动，宜优先选用石油和化学工业行业编制的钢筋棍凝土独立式管架通用图(HG
2、 21539-92)、钢筋棍凝土纵梁式管架通用图(HG 21540 -92)、钢筋混凝土和架式管架通用图)(HG 21552-93)和H型钢钢结构管架通用图(HG/T 21640-2000) (独立式、纵梁式、柏架式)。87 3 基本规定3.0.2 补充规定了管架及管墩设计时采用的安全等级。3.0.4 根据现行规范规定，对钢材、焊条的符号及适用范围作相应修改，钢筋的型号按新混凝土结构设计规范)(GB-5001O)进行修改。3.0.5 新增加管架布置的原则，补充对架空输电线路距架空管道顶净距离的规定。3.0.6 增加对管架、管墩的分类。3.0.7 增加管架结构选型的原则，并补充了以下规定:4 在
3、生产装置区的管廊，由于支承管线较多，并适应改、扩建的需要，宜采用椅架式、纵梁式钢管廊，此项规定和国外工程设计相适应。6 对支承有振动管道的管架应按刚性管架设计。7 对特种管架应按柔性管架设计，宜采用矩形格构式钢结构。3.0.9 补充对管架纵梁、衍架的允许挠度值的规定。管架的挠度主要应满足管道要求，防止管道挠度过大发生积液导致流阻加大。工程上已发生该类事故。设计中管道跨度是管道专业根据管道允许挠度确定的;但对于管廊式管架，纵向构件及其上的横梁挠度叠加为总挠度，支撑在小横梁上的小管道的挠度实为该总挠度与独立管架梁的挠度之差。为减少管道挠度，除采用纵向和架起拱的办法外，在管道安装后采用垫片等措施，调
4、整管道各支点在同一标高上，也可减小正常生产时在介质重量作用下的挠度，以满足管道专业的要求。88 3. O. 10 - 3. O. 12 管架柱的计算长度沿管道轴向，考虑管道对管架的牵制作用，相当于纵梁作用，上端视为弹性支座，当下端固定时，计算长度系数依据管道纵梁作用的程度取1.25 - 1. 50。钢筋混凝土管架柱径向计算长度系数是按照混凝土设计规范)(GBJ 10)确定的。纵梁式管架参照露天吊车钱桥有柱间支撑情况考虑，取轴向计算长度系数为1.0。钢管架轴向计算长度系数按表3. O. 11的规定采用，径向计算长度系数按钢结构设计规范(GBJ 17)附表4.2规定采用。3.0.15 对钢管架构件
5、长细比作相应修改的规定，钢构件控制允许长细比主要是避免柔度过大时，在运输安装过程中产生较大变形，不利于承受动荷载。柱间交叉支撑按受拉杆件考虑。3.0.16 根据总高度、管架承受荷载的大小，与一般工业厂房柱相比均较小，故钢筋混凝土管架柱的允许长细比，可比一般厂房柱放宽，但考虑到管架大都是在室外露天条件下使用，根据各种类型管架柱受力特点，提供了不同的允许值。3.0.17 增加柱沿径向的允许位移值的规定。3.0.18 增加钢筋混凝土管架构件裂缝控制等级。4荷载4. 1. 5 补充了横向水平荷载作用位置的规定。4.2.2 补充了管道垂直荷载计算简图和管道垂直均布线荷载的计算公式。4.3.1 对常温管道
6、，规定了输送介质的温度不超过40C时，管道水平推力可不计算的规定。4.3.7 增加了作用在固定管架上的水平推力，包括旦、氏、I.Fmi或IFfi:该三项水平推力由管道传至固定管架横梁上的固定点处。Fn F, - -以上三项组合如图1所示，并分项进行分析及计算:1一一端部固定管架;2一一中间管架;3一一补偿器。图1端部固定管架水平推力示意图1) 管道补偿器弹性力Fb(标准值)如图2所示，当管道膨胀时，补偿器将被压缩变形，由于补偿器的刚度作用，必将产生抵抗压缩变形的反力，这个反力通过管道作用于固定管架上，这就是补偿器的弹性力凡，此力根据补偿器的种类、管径、介质温度、补偿器布置位置等不同，经管道应力
7、计算后确定，此值由管道专业提供，补偿器的种类有口形、套筒形、波形、球形等，常用的为H形，其水平推力计算公式见附录A中表A。牛、-2?i / Fb -过/I j l一一固定管架;2一一补偿器。固2补偿器弹性力工作状况示意图90 2)管道内的不平衡内压力Fn(标准值),kN; 如附录A中表A所示，在补偿器的一侧设有闸阅或盲板，如将闸阀关闭，由于闸阀受到气体压力作用，将产生对管道的不平衡内压力孔，此力由管道专业提供，亦可按下式计算:Fn = FoAo 式中瓦一-介质工作压力，kN/cm2;Ao-闸阀或盲板的有效截面面积，cm203)中间管架通过管道传给固定管架的反作用力:当中间管架为刚性管架时，等于
8、固定管架至补偿器之间各中间刚性管架的摩擦反力之和吝Fmi。当中间管架为柔性管架时，等于固定管架至补偿器之间各中间柔性管架的位移弹性力之和兰Ffi。通过以上示意图和计算表，使设计者进一步对固定管架水平推力的产生有所了解。4. 4. 1 - 4. 4. 3 风荷载的计算是根据建筑结构荷载规泡(GB 50009)提出的，对该规范未列出的风荷载体型系数部分，采取与其接近的情况进行对比分析的方法，以求得相应的采用值。4.5.1同4.5.3增加对冰雪荷载计算的公式。5 地震作用和抗震计算5. 1. 1 根据以往震害调查表明，管架体系沿纵向由于管道约束着管架，形成了空间体系，因此沿纵向震害较轻，没有必要进行
9、截面抗震验算。仅对当管道数量多、管径大时，需要进行横向抗震验91 算。带重型顶盖的管架，顶部支承空冷器等重型设备的管架，因和一般管架不同，应进行抗震验算。对不需进行抗震验算的管架，补充了应按现行构筑物抗震规范设置抗震构造措施。5. 1. 2 补充了管架抗震设防类别宜取丙类。5. 1. 3 补充规定了钢筋混凝土框架式管架的抗震等级。5. 1. 4 - 5. 2. 2 原规定无抗震计算章节，根据设计需要新编了抗震计算时有关的规定;1 补充规定了在计算地震效应时，管架的重力荷载代表值的取值;2 补充了高度大于10m的独立式特种管架需进行纵向地震作用的计算;3 补充了管架横向计算单元的水平地震作用标准
10、值的手算计算公式;在有条件时应由计算机求得。4 补充了竖向地震作用计算，其标准值为重力荷载代表值与竖向地震作用系数的乘积，并列出了竖向地震作用系数表;5 按现行的建筑结构荷载规范(GB50009)及建筑地震设计规范(GB 50011)，补充了地震作用效应与其它荷载效应的基本组合的计算公式及管架结构构件截面抗震验算的计算公式，并列出了承载力抗震调整系数表。6 增加了水平地震作用组合值系数。在固定管架上纵向地震作用与管道推力同时出现的机率很小，此时纵向地震作用的组合值系数取0.5。当.2.2管架结构构件截面抗震验算公式(5.2.2)中，将其承载力抗震调整系数阳乘以0.9折减系数。主要是根据海城唐山
11、地震后，经实地调查管架结构的抗震性能好、震害较轻，以及理论假定与实际结构之间的差异而采取的再调整系数，并将此折减系数乘92 入了表5.2.2中的m栏中。6 有振动管道的管架6.0.2 列出了振动管道容易产生振动的部位，以便于在设计时加以考虑。6.0.3 根据我国改革开放市场经济的发展，钢材产量和品种发生了本质的变化，钢材供货充足，采用钢结构能与化工装置同时建设从而加快施工进度，有利于对新世纪工程建设和改扩建，特别有利于支承有振动管道的管架，增设宜采用衍架式、纵梁式钢管廊，此型式对抗振动也是有利的。6.0.4 增加第4项，计算基础时不考虑振动影响，由于振动效应，通过管架结构本身的阻尼作用，传到基
12、础时已大大衰减，故对基础可不考虑此影响。7 荷载效应组合7. o. 1 - 7. o. 4 根据现行的建筑结构荷载规范(GB 50009) , 管架设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，为此列出荷载代号及荷载分项系数表，管架承载能力极限状态按表7.0.3采用荷载效应基本组合和地震作用效应组合，取其不利情况进行设计，表中列出了管架各种荷载的组合情况，并列出各种工况乘上相应的分项系数、组合系数、动力系数后的计算公式，因此能方便地运用于当前的电算，按照不同工况组合进行管架设计。7.0.5 验算梁(或析架)竖向挠度时，钢筋混凝土管架应按荷载93 的短期效应组合(标准组合)并考
13、虑长期作用的影响，钢筋?昆凝土管架梁验算裂缝宽度应按荷载短期效应组合(标准组合)并考虑长期作用的影响。8 管架计算8. 1. 5 补充了单层刚性、柔性中间管架、双层刚性、柔性中间管架计算简图，并说明风荷载、水平推力具有不同作用的方向。双层柔性管架，当主要热管在顶层时，管架顶层的变位是主要的，其它管道包括下层管道都具有牵制作用，Ff2值大小主要取决于顶层变位，因此Ff2值应取用顶层变位和相应的柱高进行计算。同理，当主要热管在下层时，亦应取下层变位和相应下层的柱高计算Fn值。8.2.2田8.2.3补充纵梁或析架式管架对纵梁或衍架的布置及纵、横梁的选材要求。8.2.4 在装置区管廊往往支承的管道数量
14、多且管径较小，为满足支承中间横梁的需要，势必要层层设置纵梁。由于各层的距离不大，一般为1.2 - 2. Om，过多的纵梁将导致沿纵向显得笨重，为减少纵梁的设置数量，节省管廊的空间及用钢量，可取消中间层的纵梁，沿上、下层纵梁间设置若干竖杆支承横梁(详见图8.2.4)，由于中间横梁支承的管道管径较小，因此传下的荷载不大，该竖杆可设计得轻巧美观。8.2.呈阳8.2.7增加了纵横梁连接的方式、柱间支撑设置的位置及其形式。8.2.8 增加了对具有电缆和仪表槽架设置的型式，管架设计时须考虑其垂直荷载和作用在其上的风荷载。94 8.2.13 各纵向构件承受的管道水平推力各不相同，最大的水平推力作用于与柱间支
15、撑或固定管架相连的纵向构件上。8.2.14 对柱间支撑而言，管道传来的各中间管架的摩擦力之和与纵向构件传来的水平力已相互抵消，故图中未出现。一个温度区段共同承担纵向水平力，在工程上不易实现。长达近百米的管架系列，由于纵向构件的压屈、支座螺栓的松动，使纵向力难于顺利地传递和抵消，故本规定提出分段控制的办法。8.2.16 管架承载力计算，如遇到所在地区地质条件比较差时，增加了柱沿径向宜和基础做成伎接的规定，此有利于简化基础设计。8.2.17 需要注意的是，作用于横梁上的水平推力中的一部分I，Fmi，与柱上承受的纵向构件传来的水平力大小相等，方向相反。8. 3. 2 . 8. 3. 6 补充了吊索式
16、管架各构件的详细计算、管架柱的设计、锚板的计算、钢绞线技术规格表等以构成完整的设计规定。8. 5. 1 . 8. 5. 3 补充了特种管架水平推力计算方法。9 管架基础9.0.2 由于管道的水平推力是经常的，因此设计管架要注意稳定问题，基础埋得太浅，容易发生倾斜，故将最小埋深改为不得小于700mm。9.0.3 由于高大厂房或高塔基础一般沉降比较大，而相邻的管架荷载小，相应沉降亦较小，为避免不均匀沉降后造成对生产的危害，作出了在该处管架基础宜和厂房基础或塔基础联合设置，95 地基处理亦应同时考虑的规定。9.0.6 由于固定管架基础垂直荷载较小，水平荷载较大，偏心距往往超出基础核心范围，将产生基底
17、大面积脱离的现象，如严格控制基底不容许产生脱离，势必将基础设计得过大，考虑到固定管架基础在各种荷载组合下存在较大的潜力，因此作出了在与风荷载、地震作用效应不同组合时，对基底脱离尺寸与基底相应边长之比不同取值的规定。10 管架构造规定10.0.4 经调查T型管架的柱、固定管架梁，由于受扭矩较大，这类构件有受扭破坏的情况，因此要求这类构件的箍筋应做成抗扭箍筋。固定管架、T型管架、跨越管架和主要支承振动管道的管架，调查中发现柱顶破坏较严重，考虑到管架经常受到振动，吸取抗震构造的经验，加强抗扭和抗振动的能力，故要求这类柱的柱顶、柱脚等位置应将箍筋加密。10.0.5 槽型锚定轨可选自化工行标槽型锚定轨预
18、埋件通用图(HG/T21617-98)。10.0.6 调查发现，有些管架梁柱节点和连接角钢，当推力比较大时常有锚筋拔出现象，为避免钢筋锚固先于构件破坏，特制定本条规定。10.0.7 补充了管架抗震构造措施的有关规定。10.0.8 补充了振动管道的管架构造措施有关规定。10.0.11 考虑到地震的竖向作用，增加对长臂管架的长臂悬出长度不宜大于1.5m的规定。96 10.0.15 强调管廊式管架的伸缩缝应设计成双柱式，并提出单柱式伸缩缝的构造方式。10.0.16 钢和架跨度大于等于18m，考虑到将会产生挠度导致管道积液，因此规定宜起拱f= 10/400。10.0.17 钢衍架跨度大于等于15m，为
19、方便运输，规定应分成两段制造，运至现场后再行组装。10.0.18 增加衍架式、纵梁式管架的柱应伸至析架或纵染的顶面，以作为椅架水平支撑点的规定。10.0.20 一般钢管架柱，地脚螺栓受力都不大，不同于厂房钢柱基础，因此地脚螺栓边距可适当减小，这样可以避免管架基础长颈部分截面过大的弊病。10.0.23 经调查，由于地脚螺栓距地面较近，交接处涂刷油漆困难，易产生腐蚀，宜考虑腐蚀裕度，故规定地脚螺栓要比计算提高一级。11管墩11. O. 2 由于管墩不高，根据以往震害调查报告，管墩部分未发现有管墩在地震时破坏的情况，故补充规定可不考虑地震作用。12 钢管架的防腐蚀设计12. O. 1 - 12. O
20、. 2 根据化工建筑涂装设计规定，新增加了钢管架外表面需进行涂装及防腐蚀要求的有关规定，特别对采用吊索式、悬索式管架时，应采用有效的防腐涂装材料和增加涂装层数。97 12.0.3 新增加了在大气腐蚀性为强腐蚀的区域，对混凝土保护层厚度不小于40mm及混凝土外表面宜涂刷耐腐蚀性的涂料防护的规定。12.0.5 新加了对地下水具有强、中腐蚀性等级时，基础及地面以下管墩外表面应涂刷环氧沥青厚浆型涂料两遍，基础及管墩下作防腐蚀垫层的规定。13 钢管架防火保护层设计13. o. 1 - 13. O. 12 根据国外设计有关防火的规定，对钢管架的防火保护范围及设置部位应根据工艺专业提供的设计条件、耐火极限及有关规定来确定，为此新规定了钢管架需作防火保护层设置的部位、细石混凝土防火保护层作法、施工要求、防火涂层构造、细石混凝土防火保护层和防火涂层的耐火极限等有关规定。98 责任编辑张利华i版权所有ii翻印必究;中华人民共和国行业标准化工、石油化工管架、管墩设计规定HG /T 20670 - 2000 食编辑全国化工工程建设标准编辑中心(原化工部工程建设标准编辑中心)(北京和平里北街化工大院3号楼)邮政编码:1013 印刷秦皇岛市晨欣彩色印刷有限责任公司2001年6月
