[关键词]magicad、受力计算、焊缝计算、锚栓计算
0引言
随着重庆沙坪坝西永地区建设如火如荼的进行，大量的住宅、商业综合体、配套游乐旅游设施拔地而起。各种复杂的设备及机电管线穿插建筑全生命周期，管线的综合排布与支吊架的合理布置施工更加困难，支吊架负载越来越来大。
本文结合万达茂文旅城项目，通过对综合支吊架优化排布，受力计算，检验校核，在综合支吊架可能会出现安全隐患（构件受力、焊缝受力、锚栓受力），进行反复全面校核验算。使地下室综合支架造型美观、杜绝安全隐患的发生。
1工程概况
重庆万达文旅城万达茂项目位于重沙坪坝区西永片区，项目业态涵盖水乐园、海洋乐园、娱雪乐园及商业步行街。其中水乐园的水处理系统、海洋乐园的维生系统和商业街地下室区域管线密集、管径变化大，同一支综合支吊架管线数量超过20根，上下排布重叠多达6层，负载超过50KN。因此考虑到工程的整体安全性、经济性、美观性，各个乐园及商业地下室区域均做综合支吊架，并对每个综合支吊架进行受力检验。
2支吊架选型及受力计算
2.1 模型设计
根据设计图及BIM深化图，合理布置支吊架位置，设计支吊架形式；利用magicad广联达软件，通过模型设计、荷载计算、构件验算设计选出最优的支吊架型号，满足安全性及经济性。本次以水乐园西侧1#综合支吊架为例。
2.2 管线重量计算
管线自重包含：管重量+介质重量+保温材料重量，桥架重量+电缆重量，支吊架间距按照4.5m设置，设计重量=单位重量*长度。
2.3 支吊架计算
利用利用magicad广联达软件，经过选型设计后，计算出支吊架各部分的弯矩、剪力、轴力、扰度以及支座反力。
2.4 构件验算
2.4.1 竖向构件验算（构件标号1为例）
1.竖向构件拟采用C型12.6#槽钢，其材质抗压强度设计值f=215N/mm2，钢材屈服强度值fy=235N/mm2，抗剪强度设计值fv=125N/mm2，长度L=0.79m。12.6#槽钢截面参数如表2所示。
最大弯矩Mmax=1.010161kN.m；最大剪力Vmax=0.749kN；最大轴力Nmax=32.631kN。
3.构件计算
按照压弯、拉弯构件计算，计算长度系数取值：ux=1，uy=1.77
4.强度验算
拉弯强度按照《GB50017-2017》公式8.1.1：
式中：N一—轴心拉力或轴心压力;
Mx,My一—同一截面处绕截面主轴x轴和y轴的弯矩；
A——有效净截面面积，应同时考虑局部屈曲、焊接热影响区以及截面孔洞的影响；
Wnx，Wny——对x轴和y轴的有效净截面模量，应同时考虑局部屈曲、焊接热影响区以及截面孔洞的影响；
γx、γy?——截面塑性发展系数，其中：γx=1.05，γy =1.2；
σ=103.11<215N/mm2，强度满足要求。如此依次对编号01-08的构件进行验算。
2.4.2 横向构件验算（构件标号10为例）
1.横向构件拟采用C型12.6#槽钢，其材质抗压强度设计值f=215N/mm2，钢材屈服强度值fy=235N/mm2，抗剪强度设计值fv=125N/mm2，长度L=3.08m。
2.荷载组合下最大内力
最大弯矩Mmax=6.802276kN.m；最大剪力Vmax=15.157kN；最大轴力Nmax=6.56k；最大挠度Dmax = 2.32mm；
3.构件验算
按照受弯构件计算，计算长度系数取值：ux=1，uy=1；
4.强度验算
抗弯强度按照《GB50017-2017》公式8.1.1：
其中：γx=1.05，γy =1.2；σ=130.57<215N/mm2，强度满足要求。
5.抗剪强度按照《GB50017-2017》公式4.1.2：
τ=76.85<125N/mm2，强度满足要求。
6.梁上翼缘受集中荷载按照《GB50017-2017》公式4.1.3-1验算局部承压强度：
σc= 8.83<215N/mm2,强度满足要求。
7.折算应力按照《GB50017-2017》公式4.1.4-1验算：
折算应力=133.96<236.5N/mm2，强度满足要求。
8.稳定性验算
稳定性验算按照《GB50017-2017》公式4.2.2验算：
面内稳定应力=165.32 <215N/mm2，面内稳定满足要求。
9.挠度验算
挠度按照标准组合：1.0恒载+1.0活载验算，挠度容许限值取l/200：计算挠度：υ=2.32mm < [υ]= 15.4mm，挠度满足要求。如此依次对编号09-12的构件进行验算。
3焊缝验算
1、根据图4剪力图所示，在支吊架最底端杆件12与杆件4连接处：焊缝承担由杆件12传来的最大剪力Vmax=8.072kN，杆件12与杆件4之间采用斜向45度对接焊缝：依据：钢结构设计标准(GB50017-2017) 11.2.2-1。
焊脚计算厚度he=5mm；焊缝计算长度lw=126/sin45°-2*5=168mm；
剪力在焊缝上产生的正应力为=N/(lw*he)=sin45°*8.072*1000/(168*5)=6.8N/mm2；
剪力在焊缝上产生的剪应力=v/(lw*he)=sin45°*8.072*1000/(168*5)=6.8N/mm2；
折算应力Fw==13.6N/mm2≤1.1=1.1*185=203.5N/mm2；
式中：
——按焊缝有效截面(he)计算，垂直于焊缝长度方向的应力(N/mm2)；
——按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力(N/mm2)；
he——直角角焊缝的计算厚度(mm)，当两焊件间隙b≤1.5mm时，he=0.7hf；1.5mm<b≤5mm时，he=0.7(hf-b)，hf为焊脚尺寸；
lw——角焊缝的计算长度(mm)，对每条焊缝取其实际长度减去2h；
结论：Fw≤1.1；焊缝连接设计满足要求。
2、根据图4剪力图所示，在支吊架中间位置杆件10与杆件2连接处：焊缝承担由杆件传来的最大剪力Vmax =15.157kN，杆件10与杆件2之间采用角焊缝对接焊，不考虑杆件10的槽钢腹板与杆件2之间的焊缝的作用，只考槽钢上下翼缘的角焊缝作用，依据：钢结构设计标准(GB50017-2017)11.2.2-1：
焊脚设计尺寸hf=3mm；直角角焊缝计算厚度he=0.7*3=2.1mm；焊缝计算长度lw=53-2*3=47mm；
属于正面角焊缝，焊缝上产生的应力为Fw=N/(lw*he)=15.157*1000/(4*2.1) =153.6N/mm2≤1.22=1.22*185=225.7N/mm2
——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，β=1.22；对直接承受动力荷载的结构，β=1.0。
结论：Fw≤1.22；焊缝连接设计满足要求。
3、根据图4剪力图所示，顶部位置杆件1和5与埋件钢板连接：其焊缝尺寸如图所示：
图8 焊缝尺寸图
由于杆件1的内力比5大，取杆件1验算如下：
（1）最大弯矩Mmax = 1.01016kN*m；最大剪力Vmax = 0.749kN；最大轴力Nmax = 32.631kN；依据：钢结构设计标准(GB50017-2017)11.2.2-1：
焊脚设计尺寸hf=5mm；直角角焊缝计算厚度he=0.7x5=3.5mm；上下焊缝计算长度lw=53-2x3=47mm；
竖向焊缝计算长度（腹板范围内）lw=126-2*（9+4.5）-2*3=93mm。
焊脚设计尺寸hf=5mm；直角角焊缝计算厚度he=0.7*5=3.5mm；上下焊缝计算长度lw=53-2*3=47mm；
竖向焊缝计算长度（腹板范围内）lw=126-2*（9+4.5）-2*3=93mm。
（2）在轴向拉力N的作用下属于正面角焊缝，焊缝上产生的应力为：
Fw=N/(lw*he)=32.631*1000/[3.5*(47+47+93+93)] =33.3N/mm2≤1.22=1.22*185=225.7N/mm2
（3）在弯矩M的作用下，上下翼缘属于正面角焊缝Ix=1/12*47*(93+2*3.5)3-1/12*(47-2*3.5)*933 =1235477；=Mmax*h/2/(Ix)= 51.5*1.01016*106/[1235477]=42.1N/mm2。
（4）在剪力V的作用下，Sx=47*3.5*(3.5+93)/2+1/2*93*3.5*2*93/2=23073
τmax=749*23073/(1235477*3.5*2)=2.0N/mm2。
（5）则翼缘折算应力为
<=160 N/mm2
结论：Fw≤，焊缝连接设计满足要求。
4、顶部位置杆件1与埋件钢板侧面连接情况：焊缝受力情况如图示
图9 焊缝受力图
最大弯矩Mmax = 1.01016kN.m；最大剪力Vmax = 0.749kN；最大轴力Nmax = 32.631kN;
依据：钢结构设计标准(GB50017-2017)
结果：τv=0.336 N/mm2；τn=9.545 N/mm2；τ"m=2.649 N/mm2；τ'm=8.501 N/mm2；
焊缝强度设计值Ffw=160.000 N/mm2；
折算应力Fw=SQRT((τv+τ"m)2+(τn+τ'm)2)=18.291；
结论：Fw≤Ffw；焊缝连接设计满足要求。结论：Fw≤Ffw；焊缝连接设计满足要求。
4锚栓群锚效应计算
1、所用综合支架均使用M12/18*120锚栓，最大弯矩Mmax = 1.01016kN.m；最大剪力Vmax = 0.749kN；最大轴力Nmax = 32.631kN。
2、锚栓刚才承载力验算(ft*、fV*查碳钢及合金钢锚栓钢材强度设计指标）
锚栓钢材受拉承载力设计值：
锚栓钢材受剪承载力设计值：
锚栓钢材满足要求。
3、锚栓12#有效锚固深度dh=80mm，锚栓最小边距≥0.8dh=64mm，临界边界C2≥1.5dh=120mm，群锚最小间距Smin≥dh=80mm，临界间距≥3*dh=240mm。
单个锚栓引起的基材混凝土呈锥形受拉破坏的锥体投影面积基准值：
；1/(1+2*9/240)=0.84≤1
=0.95*0.84*1=0.789；
基材混凝土的受拉承载力设计值：查《混凝土结构设计规范》GB50010-2010所得。
=2.8*0.9*0.789*90*90=88.2KN
基材混凝土的受剪承载力设计值：
=0.18*0.8732**=11.8KN
混凝土验算：
==0.14＜1
混凝土满足要求。
5总结
在现代建筑机电管线的安装过程中，综合支吊架运用越发广泛，支吊架的安全越发重要。根据管线路由，设计综合支吊架的形式，选择合适型材型号，计算焊缝荷载，最后进行锚栓的群锚效应试验。本文给提供了一种合理科学的检验方法，确保安装的支吊架安全可靠。
参考文献
（1）《钢结构设计标准》(GB50017-2017) 建工出版社 2017
（2）《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 北京：中国建筑工业出版社，2000
论文作者:黎仕
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷21期
论文发表时间:2019/11/29
标签：吊架论文; 剪力论文; 构件论文; 强度论文; 弯矩论文; 截面论文; 长度论文; 《城镇建设》2019年2卷21期论文;