钢结构建筑管线卡架施工技术

置业公司 谢铁峰

摘　要：随着建筑业的不断发展，建筑结构的跨度越来越多，尤其在高铁，机场等区域，对于这些需要大跨径的场所，传统的钢筋混凝土结构就非常受限，因此大多会采用质量较轻，刚度，强度较大的钢结构。传统的机电管线安装需要在支吊架上敷设，钢结构上采用焊接是最为牢固可靠的，因为机电管线错综复杂，很难在钢结构梁和柱上预留好支架，而现场采用焊接作业会对钢结构物理性能产生影响，目前支架采用牛腿加机械锚栓的安装方式，而牛腿安装精准度将影响整体机电管线的质量和安全性能。

关键词：钢结构；支架安装；机电安装；综合管排

1 前言

随着钢结构不断发展，在建筑业中应用正不断使用广泛，机电和智能化功能不断的完善和丰富，管线路由变得更加错综复杂，而各种大型挑空造型，为了充分利用厂房面积，减少立柱数量和尺寸，一方面增加了立柱的间距跨度，提升厂房的利用率，另一方面机电安装难度也在增加，卡架的施工形式和方法也随着不断进行调整。根据徐州地铁2号线车辆段中大型厂房中机电管线卡架施工技术进行了分析和总结。

2 工程概况

徐州地铁2号线运用库，联合检修库及物资总库主体结构为钢结构，屋面为轻质预制板，非上人屋面。运用库高度为9.30m，建筑面积28522㎡。联合检修库平均高度12.35m，建筑面积10488.69㎡，物资库平均高度12.6m，建筑面积3094.25㎡。主体结构进场施工时，机电安装队伍常常处于招标阶段，待机电施工队伍进场安装时库区主体结构已经安装完成。根据设计要求，组装成型的钢结构构件不得进行焊接作业。同时大库的屋面为轻质预制板，楼板位置不得钻孔固定，然而库区内大量管线及设备要安装在吊顶区域。

3 卡架安装特点

3.1 采用预制焊接基础梁，在主体结构中提前预制一根用于管线及设备生根的钢结构梁，所有的焊接作业均在预制梁上进行，不对受力钢结构产生影响。

3.2 采用机械开孔的方式在钢结构立柱中进行开孔，加工受力牛腿，牛腿与钢结构采用机械锚栓连接，采用冷加工的方式，避免焊接结构梁产生应力。

3.3 采用机械抱卡，使用摩擦力将管道及设备固定在钢结构上。

3.4 在两块预制板中缝位置有10~20mm空隙，预制好100x50x10mm钢板焊接φ10mm通丝吊杆，放在空隙位置。

4 安装范围

4.1 预制结构梁，主要适用于厂房建筑面积总体较小，钢结构立柱跨距不大，机电管线路由清晰，管道规格及分布明了，厂房功能确定，不会出现大型变更，增加机电管线的情况下，钢结构受力计算准确。

4.2 机械开孔加预制牛腿，主要适用于钢结构厂房建筑面积大，钢结构立柱跨度较大，牛腿之间增加转换梁，机电管线安装在转换梁下见图1，桥架及管径较小水管的支架间距要求一般在1.5m～2m，采用转换梁可以保证管道的安装距离，同时可以多层排布将厂区内机电专业所有管线综合安装在支架上。

图1 附加梁轴测图

4.3 机械抱卡型支架主要适用于系统末端管径较小的下引接末端设备的支管及需横穿整个厂区，但厂区中间为操作区，无钢立柱情况。机械抱卡可以使用顶丝卡主钢结构工字钢梁，管线及设备可以放在机械抱卡下的横担中，大部分厂房为拱顶，机械抱卡随梁安装，在梁下增加横向支架，通过下引横担高度控制保证管道安装水平度。

4.4 轻质预制板承受振动及受力极其有限，大屋面的排水系统一般采用虹吸式排水系统，该系统运行起来振动较大，直接在楼板上生根时会对预制板产生共振，有掉落风险。施工过程中根据设计要求预制板与预制板之间预留10~20mm缝隙，使用预制好的钢板与通丝杆连接在一起，预制在缝隙间，管线直接固定在预制的吊杆上见示意图2。

图2 管线横穿库区预制板支架示意图

5 支架受力分析

5.1 附加梁支架受力计算及螺栓规格选择

（1）综合支架示意图（见图3）

图3 支架示意图

（2）桥架载荷计算详见表1

表1 桥架载荷表

（3）管道载荷详见表2

表2 水管载荷表

（4）分析示意图（PKPM软件程序）

模型建立：

① 内力图见图4

图4，KZ108-6 恒载轴力图

结论：内力比＜1，符合要求

（5） 螺栓选型计算书

依据《钢结构设计规范》GB50017-2017[1]中11.4节公式如下见图5：

图5 螺栓承载公式

牛腿根部，螺栓验算见表3

表3 牛腿根部载荷计算表

结论：按钢结构规定公式 公式左侧=0.281014757＜1，满足11.4.1-8

公式右侧/右侧=0.054976852＜1，满足11.4.1-9

（6） 整体载荷计算

荷载与计算结果简图

① 内力图见图6

图6 KZ108（ZT）-6 恒载轴力图

结论：应力比＜1，满足要求，载荷计算结果见表4

表4 钢缆计算载荷表

6 管线卡架安装

6.1 钢结构柱体定位及开孔

（1） 牛腿上钢板螺栓孔定位已在车间打孔完成，现场钢结构柱上的孔洞定位要求精度非常高，如果偏差超过2mm，将造成螺栓孔与牛腿孔偏差，无法安装。

中间钢结构立柱有2°弧形造型，牛腿底板与钢结构平行，支架外伸区域与底板需成2°夹角，以保证支架安装时平行度，因钢结构主体安装存在误差，弧形区域牛腿，需逐一现场复核，以保证安装精度。

因牛腿所承受的力不同，所以牛腿尺寸及开孔间距也存在差异，为避免开孔误差，制作孔距定位标板，标板尺寸与牛腿底板尺寸一致，标板中含4个螺栓孔，定位好定位标板后进行开孔，避免了人为中心画线误差和手工对钻头所产生的误差。

6.2 材料组装及安装

（1） 支架采用拼接螺栓固定的方式进行固定，安装精度比型钢焊接较低。安装过程必须严格控制位置，避免造成水平度差，管线安装质量直接受到影响。

（2） 支架安装位置都在5m左右，全部属于高空作业。为了保证安装精度和安全，采用曲臂升降机安装，提高安装速度。

6.3 机械抱卡与横穿梁固定

（1） 支架在梁上安装是，采用手枪钻，在支架包卡固定位置打磨2~3mm保证支架抱卡卡在钢梁内，避免支架掉落。

（2） 机械抱卡采用摩擦力的作用将支架固定在钢梁上，为了保证支架的稳定性，支架两侧的承载力应接近相等，避免出现一侧重量远大于另一侧。   

7 结束语

钢结构主体结构比传统的混凝土结构安装时间短，预制梁的安装精度不用过高，主要给支架提供焊接点，弥补了钢结构装配完成后无法焊接的缺点。因为安装了辅助梁，管线及设备的安装更加自由及多样化，同时也可以满足不同管线对支架间距的要求。厂房内空间大，管线均裸露在外边，管线综合排布在一起，整体美观，大方，提升了厂房布局的整体效果。

采用机械抱卡安装支架，首先大大缩短了传统支架安装过程所用时间。其次机械抱卡安装件是统一的，不会因为缺少材料而影响现场施工；再次机械抱卡拆卸方便，对结构主体没有任何损坏，产生变更后随时拆除，在其他地方仍可使用，反复利用率高。

参考文献

[1]   中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50017-2017钢结构设计规范[S].北京.中国建筑工业出版社.2018.