GB 51019-2014 化工工程管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)范 （完整版）
1 總 則
1.0.1 為使化工和石油化工工程的管架、管墩設(shè)計(jì)中，貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量，制定本規(guī)范。
1.0.2 本規(guī)范適用于化工和石油化工工程的管架、管墩的設(shè)計(jì)。本規(guī)范不適用于管道本身作為受力結(jié)構(gòu)及其他跨越江河的大型跨越管架的設(shè)計(jì)。
1.0.3 化工工程的管架、管墩的設(shè)計(jì)，除應(yīng)符合本規(guī)范外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
2 術(shù)語(yǔ)和符號(hào)
3 基本規(guī)定
4 荷 載
5 地震作用和抗震驗(yàn)算
6 有振動(dòng)管道的管架
7 荷載和地震作用效應(yīng)組合
7.0.1 管架設(shè)計(jì)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，并應(yīng)取各自最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。
7.0.2 管架基本荷載分類、代號(hào)及分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按表7.0.2確定。
表7.0.2 荷載分類、代號(hào)及分項(xiàng)系數(shù)
注：1 (1)、(2)、(5)中均不包括振動(dòng)管道的有關(guān)荷載。
2 平臺(tái)、走道板上可不再考慮雪荷載。
3 當(dāng)恒載效應(yīng)起控制作用時(shí)，(1)、(2)荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.35。
7.0.3 承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合宜符合表7.0.3規(guī)定。
表7.0.3 承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合
注：1 支承有振動(dòng)管道的管架組合時(shí)，應(yīng)按本規(guī)范第6.2.2條規(guī)定乘以動(dòng)力系數(shù)。
2 風(fēng)荷載考慮橫向作用，并具有正、反不同方向，對(duì)于具有支承豎向彎管的管架，應(yīng)按本規(guī)范第4.4.2條規(guī)定計(jì)算縱向風(fēng)荷載。
3 在組合時(shí)，對(duì)水平推力、管道位移彈性反力、橫向、縱向地震作用均具有正、反不同方向，應(yīng)相應(yīng)取其不同的編號(hào)。
4 可變荷載的組合值系數(shù)在表7.0.3中已取0.9，縱向地震作用于固定管架上、與管道水平推力組合時(shí)采用0.5。
5 表中代號(hào)為(5)、(6)、(7)、(8)四類荷載在計(jì)算時(shí)尚應(yīng)符合本規(guī)范第5.3.1條的規(guī)定，即荷載應(yīng)乘以溫度作用產(chǎn)生的水平推力的組合系數(shù)ψt，單根熱管時(shí)可采用1.0，多根熱管時(shí)可采用0.8。
6 表中代號(hào)(1)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)組合效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，可將前面的1.2系數(shù)改為1.0，當(dāng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗傾覆或抗滑移時(shí)，系數(shù)改為0.9。
7 非正常操作時(shí)的偶然荷載，表中(8)管道內(nèi)的不平衡內(nèi)壓力Fn不乘分項(xiàng)系數(shù)，與偶然荷載同時(shí)存在的其他荷載也可采用適當(dāng)?shù)拇碇怠?br/>8 當(dāng)提供檢修荷載大于操作活荷載時(shí)，表中組合33～組合36中代號(hào)(3)項(xiàng)荷載用實(shí)際檢修荷載代替。
7.0.4 分期建設(shè)時(shí)，應(yīng)考慮各期工程的實(shí)際情況，按本規(guī)范表7.0.3進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合時(shí)，應(yīng)取其最不利者進(jìn)行設(shè)計(jì)。
7.0.5 正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合宜按表7.0.5的規(guī)定執(zhí)行，組合值系數(shù)和頻遇值系數(shù)應(yīng)取0.5，準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)取0.5。
表7.0.5 正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合
| 編號(hào) | 組合情況 | 參加組合的工況 |
| 1 | 活動(dòng)管架正常操作 |
(1)＋(2)＋(3)＋(5)＋(9)＋(11) |
| 2 | 固定管架正常操作 | (1)＋(2)＋(3)＋(6)＋(9)＋(11) |
| 3 | 管道充水試壓 | (1)＋(3)＋(4)＋(11) |
注：1 活動(dòng)管架、固定管架上支承的管道，均應(yīng)考慮充水試壓荷載。
2 表中代號(hào)(1)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)組合效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，可將前面的1.2系數(shù)改為1.0，當(dāng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗傾覆或抗滑移時(shí)，系數(shù)改為0.9。
7.0.6 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)與相應(yīng)的組合應(yīng)符合本規(guī)范第10章的規(guī)定。
8 管 架
9 管 廊
10 地基和基礎(chǔ)
11 管架結(jié)構(gòu)構(gòu)造
12 管 墩
13 管架的防腐蝕設(shè)計(jì)
13.0.1 管架所處環(huán)境的腐蝕性等級(jí)，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50046的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行分級(jí)。
13.0.2 在腐蝕性等級(jí)為強(qiáng)、中區(qū)域的管架，鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40，其耐久性應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010的有關(guān)規(guī)定；鋼筋混凝土保護(hù)層厚度在腐蝕性等級(jí)為強(qiáng)時(shí)不應(yīng)小于40mm，在腐蝕性等級(jí)為中時(shí)不應(yīng)小于35mm；最大裂縫寬度允許值為0.2mm；外露的金屬零件均應(yīng)采取防腐蝕措施；宜采用整榀預(yù)制的鋼筋混凝土管架。
13.0.3 當(dāng)污染土、地下水和生產(chǎn)過程中泄露的介質(zhì)對(duì)混凝土具有強(qiáng)、中腐蝕時(shí)，管架基礎(chǔ)及管墩的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40；管架基礎(chǔ)及地面以下管墩外表面，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50046的有關(guān)規(guī)定涂刷防腐蝕涂層；管架基礎(chǔ)及管墩下應(yīng)做防腐蝕墊層。
13.0.4 鋼結(jié)構(gòu)管架的防腐蝕設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：
1 管架柱、桁架宜采用H型截面和管型截面，管型截面端部應(yīng)進(jìn)行封閉。
2 腐蝕性等級(jí)為強(qiáng)、中時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)采用由雙角鋼組成的T形截面或由雙槽鋼組成的工形截面；腐蝕性等級(jí)為弱時(shí)，不宜采用由雙角鋼組成的T形截面或由雙槽鋼組成的工形截面。
3 對(duì)腐蝕性等級(jí)為強(qiáng)時(shí)，不得采用吊索式；在其他環(huán)境下采用吊索式管架時(shí)，可采用外套塑料保護(hù)套的鍍鋅鋼絞線，或具有防腐措施的鋼絞線。
4 鋼結(jié)構(gòu)桿件截面的最小厚度，鋼板組合的桿件不應(yīng)小于6mm；管型截面桿件不應(yīng)小于4mm；角鋼截面不應(yīng)小于5mm。
5 圓鋼吊桿或拉桿的直徑不應(yīng)小于20mm
13.0.5 鋼結(jié)構(gòu)管架構(gòu)件的表面防腐蝕設(shè)計(jì)應(yīng)明確防護(hù)層使用年限，并應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50046的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。
14 鋼管架的防火保護(hù)層設(shè)計(jì)
15 職業(yè)健康、安全、環(huán)保
15.0.1 管架、管墩設(shè)計(jì)應(yīng)符合職業(yè)健康、安全、環(huán)保要求。
15.0.2 當(dāng)組織管架、管墩等有關(guān)安全和環(huán)保問題的評(píng)審時(shí)，應(yīng)邀請(qǐng)安全工程師和環(huán)保工程師參加。
15.0.3 根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，管架、管墩布置時(shí)，可按職業(yè)健康、安全、環(huán)保要求的計(jì)劃組織各專業(yè)職業(yè)健康、安全、環(huán)保的審查，必要時(shí)應(yīng)邀請(qǐng)施工管理部門參加。
15.0.4 管架、管墩地基處理時(shí)，應(yīng)選用環(huán)保節(jié)能性的材料。
15.0.5 管架、管墩基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94的有關(guān)規(guī)定選用安全可靠的樁型及施工工藝。
15.0.6 管架、管墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將有關(guān)地基開挖后對(duì)周圍建(構(gòu))筑物相關(guān)基礎(chǔ)的影響予以說明。
15.0.7 確定管架的結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)綜合施工及運(yùn)行全過程的安全性和穩(wěn)定性。
15.0.8 在管架上設(shè)置操作和巡檢等通道平臺(tái)、直梯、斜梯、防護(hù)欄桿時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《固定式鋼梯及平臺(tái)安全要求》系列GB 4053.1～GB 4053.3的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
15.0.9 管廊式管架結(jié)構(gòu)的平臺(tái)或通道的鋼樓板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)安全性的要求布置主次梁間距。
15.0.10 當(dāng)在管廊的通道的樓板上開設(shè)供人員上下通行的直梯孔洞時(shí)，應(yīng)在直梯孔洞上設(shè)安全蓋板或在直梯孔洞兩側(cè)設(shè)安全門。
附錄A 梁扭矩作用下應(yīng)力
A.0.1 沿桿軸方向一扭矩T作用下扭轉(zhuǎn)作用(圖A.0.1)應(yīng)由自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)兩部分組成，扭轉(zhuǎn)角θ的微分方程可按下列公式計(jì)算，微分方程的解可按表A.0.1確定：
式中：z——桿軸方向距左端距離(m)；
G——剪切模量(kN／m2)；
J——截面扭轉(zhuǎn)慣性矩(m4)；
θ——繞z軸(桿長(zhǎng)方向)扭轉(zhuǎn)角度(rad)；
E——鋼材彈性模量(kN／m)2；
a——扭轉(zhuǎn)特性系數(shù)(m)；
Iy——y軸方向慣性矩(m4)；
——θ對(duì)z的三次導(dǎo)數(shù)；
Cw——截面翹曲常量(m6)。
圖A.0.1 梁扭矩作用示意
表A.0.1 扭矩T作用兩端固定梁、兩端鉸接梁，一端固定、一端自由梁扭轉(zhuǎn)角
A.0.2 開口截面扭轉(zhuǎn)特性應(yīng)符合下列要求：
1 開口截面扭轉(zhuǎn)慣性矩可按下式確定：
式中：b——每一截面單元的長(zhǎng)度；
t——每一截面單元的厚度。
2 焊接或軋制工字型截面扭轉(zhuǎn)特性可按下列公式確定：
式中：Iy——y軸(本規(guī)范圖A.0.1)方向慣性矩；
bf——梁翼緣寬度；
tf——梁翼緣厚度；
d——梁高。
A.0.3 扭矩T作用下自由扭轉(zhuǎn)(純扭轉(zhuǎn))剪應(yīng)力應(yīng)按下式確定：
式中：τt——自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力；
t——腹板厚、翼緣厚等所求點(diǎn)的截面厚度。
A.0.4 扭矩T作用下約束扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：
1 扭矩T作用下約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力應(yīng)按下式確定：
式中：τws——s點(diǎn)處翹曲剪應(yīng)力(kN／m2)；
Sws——s點(diǎn)的翹曲慣性矩(m4)；對(duì)工字型截面按本規(guī)范公式(A.0.2-5)確定；
t——單元厚度(m)；
——θ對(duì)z的三次導(dǎo)數(shù)。
2 扭矩T作用下約束扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的截面正應(yīng)力應(yīng)按下式確定：
式中：σws——s點(diǎn)處翹曲正應(yīng)力(kN／m2)；
Wns——s點(diǎn)的翹曲慣性矩(m2)；對(duì)工字型截面按本規(guī)范公式(A.0.2-4)確定；
θ″——θ對(duì)z的二次導(dǎo)數(shù)。
A.0.5 扭矩T作用下開口截面總應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：
1 扭矩T作用下開口截面總的剪應(yīng)力為自由扭轉(zhuǎn)(純扭轉(zhuǎn))剪應(yīng)力和約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的疊加，可按下式計(jì)算：
2 扭矩T作用下開口截面正應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算：
A.0.6 扭矩T作用下閉口薄壁截面應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：
1 工程設(shè)計(jì)中可忽略截面翹曲的影響，可簡(jiǎn)化為扭矩T作用下產(chǎn)生沿厚度均勻分布的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，剪應(yīng)力可按下式確定：
式中：t——截面邊緣的厚度；
Ao——截面邊緣厚度中心線所圍成的面積。
2 鋼結(jié)構(gòu)管架中，扭矩由剪力V偏心引起，總剪應(yīng)力應(yīng)按下列公式確定：
式中：Av——矩形截面為腹板面積，圓形截面為截面面積的1／2；
V——x或y方向剪力，即產(chǎn)生扭矩T的剪力。
附錄B 鋼絞線技術(shù)規(guī)格
B.0.1 鋼絞線技術(shù)規(guī)格可按表B.0.1選取。
表B.0.1 鋼絞線技術(shù)規(guī)格
注：數(shù)據(jù)引自現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鍍鋅鋼絞線》YB／T 5004。
B.0.2 鋼絞線可按公稱抗拉強(qiáng)度分為1270MPa、1370MPa、1470MPa和1570MPa四級(jí)。
附錄C 采用П形補(bǔ)償器時(shí)固定管架水平推力計(jì)算公式
附錄C 采用П形補(bǔ)償器時(shí)固定管架水平推力計(jì)算公式
表C 采用П形補(bǔ)償器時(shí)固定管架水平推力計(jì)算公式
