0 引言

综合管架是火力发电厂重要的组成部分，主要用于支撑各种类型的管道；综合管道设计的质量好坏直接关系到电厂的安全运行，所以综合管架要以“技术先进、经济合理、安全可靠、美观实用”为原则进行精心、优化设计，努力降低工程造价。

根据岩土工程报告结合厂区总平面布置方案，经过严密的技术经济比较，针对性地提出厂区综合管架结构优化设计方案。

1 管架结构选型

管架的选型应根据所设计厂房的规模、建设周期、甲方可控的工程造价、当地现有的工程施工条件，并结合设计中工艺管道的布置、不同形式的管架结构的受力特点等综合比较确定。一般管架有三种结构形式：钢结构管架、混凝土管架、混凝土与钢结构混合式管架。

1.1 钢结构管架

材料采用H型钢、无缝钢管等钢结构。结构形式多为桁架式、纵梁式。由于钢结构适于改建、扩建的需要，且钢结构管架建设周期短、外观轻巧美观，所以近年来应用广泛。钢结构管架的缺点是：造价高，后期防火、防腐等维护的费用较高；横向刚度较小，需要设置横向支撑，在固定管架位置，若横向推力较大，道路或工艺不容许设置横向支撑，则管架柱的截面比较大。

1.2 混凝土结构管架

混凝土结构管架整体造价比较低，建成后几乎无维修费用。横向框架整体现浇式，横向刚度大，且混凝土材料本身耐腐蚀性能好。缺点是：施工、建设周期长，且改、扩建能力差，不宜用于复杂的外形，现已较少采用。

1.3混凝土与钢结构混合式管架

混合式管架主要有两种：一种是横向采用混凝土结构、纵向联系构件采用钢桁架的结构形式。其优点是：横向刚度大、钢结构施工便捷、建设周期短。当选用钢桁架形式时，其用钢量与全钢结构相当，从经济性角度不占优势。另一种是横向框架下部采用现浇混凝土框架结构，上部采用钢框架结构。此种结构形式下部为混凝土结构，防火防腐维护费用低，且横向刚度大；由于混凝土柱高度有限，不用高支模，且上部为钢结构，直接与纵向联系构件相连，柱侧无埋件；纵向空腹桁架为工厂预制，施工安装方便；另外纵向联系构件采用空腹桁架代替钢纵梁，截面更加经济合理，进一步降低造价，整体造价介于钢结构和混凝土结构之间，且外形轻巧简洁、美观大方。

2 综合管架结构方案的技术经济指标对比

为比较不同结构形式的造价差别，通过类似工程选取一段典型管架，将管架中主要梁、柱构件分别设置为钢结构和混凝土，通过计算分析两者之间的造价差别。

2.1 建构建模

钢结构均采用Q235 钢材，柱采用钢管，柱距为10m~17m。纵梁根据跨度不同采用不同的热轧H型钢，支撑管道的横梁采用小H 型钢，间距为2m。纵梁水平支撑采用角钢，柱间支撑采用钢管或双角钢。

混凝土结构采用C30混凝土，柱距为6m~8m，支撑管道的次梁间距为2m。其中部分不能设柱的地方，由于跨度比较大，仍采用钢桁架。

混合结构中框架柱和框架横梁采用混凝土结构，采用C30混凝土，柱距同钢结构，仍为10m~17m。纵梁及横梁、水平支撑均采用钢结构，结构布置与钢结构一致。钢材采用Q235 钢材，纵梁根据跨度不同采用不同的热轧H型钢，支撑管道的横梁采用小H 型钢，间距为2m。 纵梁水平支撑采用角钢，柱间支撑采用钢管或双角钢。

2.2 工程量统计与经济性对比

由于管架基础地址条件的不同，采用桩基础和天然地基，在地基处理和基础造价方面差别比较大，故从不同的地基处理方案上进行经济综合对比。

经初步计算，根据三种结构形式（混凝土、钢结构及混合结构）统计得到的结构工程量，再根据项目所在地最新材料综合造价进行比较，得到以下数据：

（1）管架基础采用天然地基

混凝土管架综合造价为73.9万，混凝土与钢结构混合式综合造价为86.1万，钢结构综合造价111.5万，具体见表2.2-1。

（2）管架基础采用桩基础

混凝土管架综合造价为189.8万，混凝土与钢结构混合式综合造价为159万，钢结构综合造价191.4万，具体见表2.2-2。

表2.2-1 管架经济性比较表（天然地基）

表2.2-2 管架经济性比较表（桩基础）

综上通过对比，当采用天然地基时，钢结构管架综合造价上要比混凝土管架高33.7%左右，比混合结构管架高22.8%左右。当采用桩基础时，钢结构管架与混凝土管架造价上略高或大致相同，比混合结构管架高17%左右。

2.3 钢结构、混合结构、混凝土结构方案的建设工期对比

在同等设计条件下，钢结构形式图纸（钢柱、钢梁、平台）较钢筋混凝土形式图纸（模板、配筋、埋件、平台）出图速度快。尤其钢筋混凝土结构需要使用大量埋件，设计到预埋件的设计输入条件（荷载、标高等）未最终确定前，结构图无法出图。根据设计经验，混凝土管架在施工过程中经常遇到预埋件错埋、漏埋情况较多，在已完工的混凝土管架上重新植筋设置埋件，难度比较大。预埋件返工对工程进度的影响，在混凝土管架施工上比较突出。

无论上部采用钢结构还是混凝土结构，基础施工的周期基本相同。上部结构施工阶段，现浇钢筋混凝土结构现场劳动强度大，工种多，工序多（支模、绑扎钢筋），同时又受混凝土养护的时间限制，施工工期相对较长。而钢结构如考虑可工厂制作，现场拼装，交叉施工相对较少，施工周期较混凝土结构可大大缩短。

3 管架结构优化措施

3.1合理选择管架结构形式

管架的结构形式应结合项目的实际情况选用，原则上外形复杂、扩建改造可能性较大的管架宜用钢结构；外形简洁且改(扩)建可能性不大的管架，可采用钢筋混凝土结构；也可根据实际情况，底层采用钢筋混凝土结构，底层以上采用钢结构的混合结构管架。

当管道支架柱距较大、管道水平推力较大及管道本身不能自行跨越时，宜采用纵梁式管架。纵梁式管架宜在每个温度区段中部设置纵向柱间支撑，管架两侧应设置纵梁相连，横梁可根据管道支承点间距设置。纵梁式管架的纵梁可采用钢梁或桁架结构。

当管道刚度较大、根数不多、管道本身能自行跨越时，宜采用独立式管架。独立式管架应设置固定管架，相邻管架之间不设纵向联系构件。

主要支承振动管道时，管道支架宜采用纵梁式管架；活动管架宜采用刚性管架。

3.2 合理规划布置原则

管架线路的布置，宜平行于厂区道路，与排水沟、地下管线、电缆沟等协调。管架在建（构）筑附近布置时，管架柱基础应避开建（构）筑物的基础。

当管架跨越道路时有净空的要求，如对厂区道路不应小于5.0m; 对装置内的检修道路和消防道路不应小于4.5m。故跨路时，应采用高支架形式，管架的布置形式宜与道路中心线对称，管架柱与道路保证1.0～1.5m的距离。其他采用低支架，这样减少柱高度，降低投资。

尽量进行多层布置，使管道有支的形式也有吊的形式，在满足工艺功能要求的同时尽量减少横向跨度，同时也节约了空间。

3.3合理选择管架的纵向柱距

纵梁式管廊纵向柱距可采用9m~12m，柱距大于9m时，可在两侧的纵梁上翼缘设置水平支撑。与传统6m柱距相比管架柱、横梁与纵梁截面不会增加很多，而管架数量却减少。对于12m以上的柱距，纵向梁柱铰接时采用钢梁不经济，应采用钢桁架。

3.4 合理设置固定管架的位置和数量

管线长度较长，热胀（冷缩）变形量很大，为了有计划地分配管线和膨胀（收缩）量，固定管架的位置极其重要。管线布置对称均匀，管线牵制作用大，管线受力才合理。由于固定管架承受区段内产生的全部纵向水平推力的管架，一般水平的推力较大，同时固定管架杆件的长细比要求也较高，因此当管架上的管道数量较多时应尽量将各管道的固定点设置在同一榀管架上，减低固定管架设置的数量，从而降低工程投资。

4 结论

通过对混凝土管架、钢结构管架、以及两者结合的混合式管架三种结构方案的技术经济对比，三个方案各有优缺点。

抗震性能方面：钢结构材质均匀、延性好、抗震性能好，抗震性能优于现浇钢筋混凝土结构。

工程投资方面（管架上部结构）：钢结构管架综合造价上要比混凝土管架高30%左右，比混合式管架高20%左右。

建设工期及施工组织方面：混凝土结构现场工作程序烦琐，工作量大，交叉作业多，因此，施工组织难度大，周期长；钢结构可采用工厂加工与现场拼装相结合方式，施工周期相对较短且施工组织难度小。而混合结构兼具二者的特点，建设工期和施工组织难度都介于二者之间。

基础费用方面：由于钢结构可采用大跨度桁架，柱距大、布置灵活，柱列相对混凝土结构要少很多，自然基础数量少，基础费用方面优于混凝土结构，尤其采用桩基础时，基础费用方面钢结构优势更明显。混合结构柱距与钢结构基本一致，基础费用方面介于混凝土结构和钢结构二者之间。

管架受工艺及厂区布置影响程度：由于钢结构可采用大跨度桁架，可灵活布置柱列，轻松跨越道路、设备、沟道等，而混凝土结构由于梁跨度不可能太大，柱列布置上将严重受限于工艺及厂区布置。混合结构布置上基本和钢结构一致。

耐久性、防火性及运行维护方面：现浇钢筋混凝土结构优于钢结构。混合结构介于二者之间。

美观方面：钢结构优于混凝土结构。混合结构介于二者之间。

通过合理选择管架结构形式，合理选择管架结构形式，合理选择管架的纵向柱距，合理设置固定管架的位置和数量达到优化设计的目的。

参考文献

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[3]蔡光华.某钢厂综合管网支架桁架设计[J].工程建设与设计,2010,(10):47-50.

作者简介：

李静（1989.12-），女，汉族，四川成都市，本科，工程师，从事结构设计。