高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构论文和设计-王翔

全文摘要

本实用新型公开了高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，包括剪力墙、与剪力墙相连的若干层结构楼板、与结构楼板相连的结构梁，还包括穿过若干层结构楼板的管体，每层结构楼板上都设置连通结构楼板两侧的钢套筒，管体从钢套筒中穿过；管体的下部水平段位于最下层的结构楼板的下方，下部水平段和与最下层的结构楼板相连的结构梁之间通过承重支架连接；底部弯头段穿过最下层的结构楼板，底部弯头段与剪力墙之间通过固定支架连接；顶部弯头段穿过最上层的结构楼板。本实用新型用以解决现有技术中高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构重量过大、难以承载的问题，实现稳定承载、提高建筑结构的稳定性、降低安全隐患的目的。

主设计要求

1.高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，包括剪力墙(1)、与剪力墙(1)相连的若干层结构楼板(2)、与结构楼板(2)相连的结构梁(3)，还包括穿过所述若干层结构楼板(2)的管体，其特征在于，每层结构楼板(2)上都设置连通结构楼板(2)两侧的钢套筒(16)，所述管体从钢套筒(16)中穿过；所述管体包括依次连通的下部水平段(4)、底部弯头段(5)、立管段(6)、顶部弯头段(7)、上部水平段(8)；所述下部水平段(4)位于最下层的结构楼板(2)的下方，下部水平段(4)和与最下层的结构楼板(2)相连的结构梁(3)之间通过承重支架连接；所述底部弯头段(5)穿过最下层的结构楼板(2)，底部弯头段(5)与剪力墙(1)之间通过固定支架连接；所述顶部弯头段(7)穿过最上层的结构楼板(2)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，所述固定支架位于底部弯头段(5)的下方，所述固定支架包括与剪力墙(1)相连的承重结构梁(11)，所述承重结构梁(11)的上表面预埋有安装连接板(12)，安装连接板(12)上焊接弯头支座(13)，所述弯头支座(13)的顶部设置弧形的第一瓦片式支座(17)，所述弧形的第一瓦片式支座(17)与底部弯头段(5)的弧度相匹配，所述第一瓦片式支座(17)的上表面与底部弯头段(5)的下表面焊接。

3.根据权利要求2所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，所述弯头支座(13)包括若干层逐层套设的管体(131)，所述管体(131)的轴线竖直，相邻两层管体(131)之间焊接焊块(132)进行固定，所述焊块(132)位于套筒(16)沿轴线方向的上下两端。

4.根据权利要求3所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，相邻两层管体(131)之间的焊块(132)沿周向均匀分布。

5.根据权利要求1所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，所述上部水平段(8)位于最上层的结构楼板(2)的上方，上部水平段(8)连接至冷却塔；所述上部水平段(8)至冷却塔之间的各个落地支墩上面设置阻尼减震器(15)，所述阻尼减震器(15)连接在上部水平段(8)和所述落地支墩之间；所述落地支墩包括与最上层的结构楼板(2)相连的结构梁(3)。

6.根据权利要求5所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，所述阻尼减震器(15)上下叠加或水平均布。

7.根据权利要求1所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，所述承重支架包括承重横担(18)、二力杆(9)，所述二力杆(9)的底端与所述承重横担(18)焊接，所述二力杆(9)的顶端与钢板(10)焊接，所述钢板(10)预埋在与最下层的结构顶楼板相连的结构梁(3)上；所述下部水平段(4)从承重横担(18)与对应的结构梁(3)之间穿过。

8.根据权利要求7所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，所述下部水平段(4)与承重横担(18)相接触的部位，设置焊接在下部水平段(4)外壁的第二瓦片式支座(19)。

9.根据权利要求7所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，与最下层的结构楼板(2)相连的结构梁(3)的相对两侧均预埋所述钢板(10)，两侧的钢板(10)之间通过圆钢穿孔焊塞；每侧的钢板(10)均通过二力杆(9)与承重横担(18)相连。

10.根据权利要求1所述的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，其特征在于，还包括固定在剪力墙(1)侧面的限位导向支架(14)，所述限位导向支架(14)是由钢材制作而成的框架结构，所述立管段(6)从限位导向支架(14)中穿过。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及高层建筑施工领域，具体涉及高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构。

背景技术

柔性补偿器，即波纹补偿器或柔性软接头，是由构成其工作主体的波纹管和端管、支架、法兰、导管等附件组成。属于一种补偿元件。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振。在现代工业中用途广泛。供热上，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。

现有技术中，在高层或超高层建筑空调冷却水大口径竖向立管道上，是否设置柔性补偿器、在何处设置、以及如何设置其配套的固定支架及滑动支架，对于设计者一直是一个难题。因为一旦设置了此类柔性补偿器后，柔性补偿器就将连续刚性连接的钢管道给予了断开，从而使得管道内水压力会在柔性补偿器的两端管子上，产生一个数值较大的“内压不平衡力”，且内压不平衡力数值＝(管道内水压强数值)×(管道断面积值)。此力如果设计上没有考虑周全处理措施，其将可能导致管道及其生根处的建筑结构(梁、板、柱)受损，从而为建筑使用带来安全隐患。而若使用刚性的自然补偿方式，大口径竖向立管的自重加上后期水体重量如何承载又一直是个难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，以解决现有技术中高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构重量过大、难以承载的问题，实现稳定承载、提高建筑结构的稳定性、降低安全隐患的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，包括剪力墙、与剪力墙相连的若干层结构楼板、与结构楼板相连的结构梁，还包括穿过所述若干层结构楼板的管体，每层结构楼板上都设置连通结构楼板两侧的钢套筒，所述管体从钢套筒中穿过；所述管体包括依次连通的下部水平段、底部弯头段、立管段、顶部弯头段、上部水平段；所述下部水平段位于最下层的结构楼板的下方，下部水平段和与最下层的结构楼板相连的结构梁之间通过承重支架连接；所述底部弯头段穿过最下层的结构楼板，底部弯头段与剪力墙之间通过固定支架连接；所述顶部弯头段穿过最上层的结构楼板。

针对现有技术中高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构重量过大、难以承载的问题，本实用新型提出高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，剪力墙、结构楼板、结构梁均为现有技术，管体穿过若干层结构楼板。由于每层结构楼板上都设置连通结构楼板两侧的钢套筒，且管体从钢套筒中穿过，因此能够避免管体与结构楼板相互磨损伤害，为管体提供保护。管体包括依次连通的下部水平段、底部弯头段、立管段、顶部弯头段、上部水平段。其中下部水平段位于最下层的结构楼板的下方，下部水平段和与最下层的结构楼板相连的结构梁之间通过承重支架连接，通过承重支架对整个管体从下部进行承托。底部弯头段及其以上立管段与剪力墙之间通过底部的固定支架连接，从而通过底部的固定支架将立管道重力、以及立管道内水的重力的总荷载和立管道热胀冷缩产生的温度应力传递到建筑物上。顶部弯头段穿过最上层的结构楼板，从而便于将管体延伸至冷却塔处进行正常的冷却水的连通。本实用新型通过自然补偿的结构设置，配合承重支架、固定支架，实现整个管体的结构稳定，管体及其生根处的建筑结构安全稳定，解决了现有技术中高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构重量过大、难以承载的问题，实现自然补偿、提高建筑结构的稳定性、降低安全隐患的目的。

进一步的，所述固定支架位于底部弯头段的下方，所述固定支架包括与剪力墙相连的承重结构梁，所述承重结构梁的上表面预埋有安装连接板，安装连接板上焊接弯头支座，所述弯头支座的顶部设置弧形的第一瓦片式支座，所述弧形的第一瓦片式支座与底部弯头段的弧度相匹配，所述第一瓦片式支座的上表面与底部弯头段的下表面焊接。

承重结构梁专门增设用于承重，安装连接板预埋在承重结构梁内，用于与固定支架进行焊接。弯头支座的顶部设置弧形的第一瓦片式支座，优选为焊接的连接方式，使得弯头支座和第一瓦片式支座连接成整体，从而通过弯头支座、固定支架、承重结构梁对管体的大荷载进行支撑。第一瓦片式支座的上表面与底部弯头段的下表面焊接，确保第一瓦片式支座与底部弯头段之间的相对固定。

更进一步的，所述弯头支座包括若干层逐层套设的管体，所述管体的轴线竖直，相邻两层管体之间焊接焊块进行固定，所述焊块位于套筒沿轴线方向的上下两端。弯头支座用于传递上部荷载至承重结构梁上，因此其自身强度需要有足够保证。而若是依据现有技术将弯头支座设置为实心结构，又会极大的增大本实用新型的自重。因此本方案作为本申请的发明点之一，将弯头支座通过若干层管体逐层套设，必然的，位于内部的管体外径小于位于外部的管体内径，将所有管体两端对齐或切平，再从两侧的敞口端置入焊块，用焊块将相邻两层的管体焊接起来，从而形成完整统一的承载结构。本结构不仅具有极强的承载能力，还有效解决了实心支座自重过大的缺陷，相较于现有技术具有显著进步。优选的，相邻两层管体之间的焊块沿周向均匀分布。

优选的，所述上部水平段位于最上层的结构楼板的上方，上部水平段连接至冷却塔；所述上部水平段至冷却塔之间的各个落地支墩上面设置阻尼减震器，所述阻尼减震器连接在上部水平段和所述落地支墩之间；所述落地支墩包括与最上层的结构楼板相连的结构梁。保证立管体与屋面横管所形成L形自然补偿方式的运行效果，使得管体出现冷收缩时，阻尼减震器能够为上部水平段提供一定的伸缩补偿运行功能。

优选的，所述阻尼减震器上下叠加或水平均布。阻尼减震器的承载能力有限，在荷载过大的情况下，单个的阻尼减震器极易出现无法满足承载需求的情况，而特制阻尼减震器又需要重新开模导致成本极高，为此本方案提出通过上下叠加或水平均布阻尼减震器的方式来克服这一问题，上下叠加的方式不限，如完全正对重合叠加、品字形叠加等方式均可；水平均布方式也不限，如方形均布、环形均布等，只要本领域技术人员能够实现的叠加排布方式，均适用于本申请。

优选的，所述承重支架包括承重横担、二力杆，所述二力杆的底端与所述承重横担焊接，所述二力杆的顶端与钢板焊接，所述钢板预埋在与最下层的结构楼板相连的结构梁上；所述下部水平段从承重横担与对应的结构梁之间穿过。本方案中的承重支架采用将受力杆件组成为篮筐形状的立体构造形式，以符合强稳定性力学原理。同时由于承重支架上端紧贴结构梁的两侧安设，此被承重支架从两面紧紧夹住的梁也成为了对支架起稳定作用的杆件。由于本承重支架采用了上述形式，从而使此承重支架成为了结构力学上的超静定结构体，承重支架的受力安全系数也被增大，可承受荷载也得到加大。

优选的，所述下部水平段与承重横担相接触的部位，设置焊接在下部水平段外壁的第二瓦片式支座。本方案中为了消除因冷却水系统在运行过程中产生位移和受环境温度钢材的热胀冷缩效应，对管壁造成的磨损，在下部水平段与承重横担相接触的部位增设第二瓦片式支座，第二瓦片式支座优选的与水平段焊接来杜绝管壁与支架间的磨损。

优选的，与最下层的结构楼板相连的结构梁的相对两侧均预埋所述钢板，两侧的钢板之间通过圆钢穿孔焊塞；每侧的钢板均通过二力杆与承重横担相连。

优选的，还包括固定在剪力墙侧面的限位导向支架，所述限位导向支架是由钢材制作而成的框架结构，所述立管段从限位导向支架中穿过。通过框架结构的限位导向支架，对立管段进行限位，确保立管段的结构稳定。限位导向支架优选为槽钢围绕形成。主要用于限制立管段向远离剪力墙的方向进行倾倒。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，通过自然补偿的结构设置，配合承重支架、固定支架，实现整个管体的结构稳定，管体及其生根处的建筑结构安全稳定，解决了现有技术中高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构重量过大、难以承载的问题，实现自然补偿、提高建筑结构的稳定性、降低安全隐患的目的。

2、本实用新型高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，将弯头支座通过若干层管体逐层套设，将所有管体两端对齐或切平，再从两侧的敞口端置入焊块，用焊块将相邻两层的管体焊接起来，从而形成完整统一的承载结构。本结构不仅具有极强的承载能力，还有效解决了实心支座自重过大的缺陷，相较于现有技术具有显著进步。

3、本实用新型高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，通过上下叠加或水平均布阻尼减震器的方式，解决了单个的阻尼减震器极易出现无法满足承载需求的情况，而特制阻尼减震器又需要重新开模导致成本极高的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例中承重支架的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例中固定支架的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例中弯头支座的俯视图；

图5为本实用新型具体实施例中限位导向支架的立面图；

图6为本实用新型具体实施例中限位导向支架的俯视图；

图7为本实用新型具体实施例中上部水平段的局部示意图；

图8为本实用新型具体实施例中瓦片式滑动支座的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-剪力墙，2-结构楼板，3-结构梁，4-下部水平段，5-底部弯头段，6-立管段，7-顶部弯头段，8-上部水平段，9-二力杆，10-钢板，11-承重结构梁，12-安装连接板，13-弯头支座， 131-管体，132-焊块，14-限位导向支架，15-阻尼减震器，16-钢套筒，17-第一瓦片式支座， 18-承重横担，19-第二瓦片式支座。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1至图8所示的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，包括剪力墙1、与剪力墙1相连的若干层结构楼板2、与结构楼板2相连的结构梁3，还包括穿过所述若干层结构楼板2的管体，每层结构楼板2上都设置连通结构楼板2两侧的钢套筒16，所述管体从钢套筒16中穿过；所述管体包括依次连通的下部水平段4、底部弯头段5、立管段6、顶部弯头段7、上部水平段8；所述下部水平段4位于最下层的结构楼板2的下方，下部水平段4和与最下层的结构楼板2相连的结构梁3之间通过承重支架连接；所述底部弯头段5穿过最下层的结构楼板2，底部弯头段5与剪力墙1之间通过固定支架连接；所述顶部弯头段7穿过最上层的结构楼板2。

实施例2：

如图1至图8所示的高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构，在实施例1的基础上，所述固定支架位于底部弯头段5的下方，所述固定支架包括与剪力墙1相连的承重结构梁11，所述承重结构梁11的上表面预埋有安装连接板12，安装连接板12上焊接弯头支座13，所述弯头支座13的顶部设置弧形的第一瓦片式支座17，所述弧形的第一瓦片式支座17与底部弯头段5的弧度相匹配，所述第一瓦片式支座17的上表面与底部弯头段5的下表面焊接。所述弯头支座13包括若干层逐层套设的管体131，所述管体131的轴线竖直，相邻两层管体131 之间焊接焊块132进行固定，所述焊块132位于套筒16沿轴线方向的上下两端。相邻两层管体131之间的焊块132沿周向均匀分布。所述上部水平段8位于最上层的结构楼板2的上方，上部水平段8连接至冷却塔；所述上部水平段8至冷却塔之间的各个落地支墩上面设置阻尼减震器15，所述阻尼减震器15连接在上部水平段8和所述落地支墩之间；所述落地支墩包括与最上层的结构楼板2相连的结构梁3。所述阻尼减震器15上下叠加或水平均布。所述承重支架包括承重横担18、二力杆9，所述二力杆9的底端与所述承重横担18焊接，所述二力杆9的顶端与钢板10焊接，所述钢板10预埋在与最下层的结构楼板2相连的结构梁3 上；所述下部水平段4从承重横担18与对应的结构梁3之间穿过。所述下部水平段4与承重横担18相接触的部位，设置焊接在下部水平段4外壁的第二瓦片式支座19。与最下层的结构楼板2相连的结构梁3的相对两侧均预埋所述钢板10，两侧的钢板10之间通过圆钢穿孔焊塞；每侧的钢板10均通过二力杆9与承重横担18相连。还包括固定在剪力墙1侧面的限位导向支架14，所述限位导向支架14是由钢材制作而成的框架结构，所述立管段6从限位导向支架14中穿过。

实施例3：

如图1至图8所示，在实施例2的基础上，某工程设置了两套空调循环冷却水系统，其管径和数量分别为：DN500x2根和DN350x2根，冷却塔位于屋面，机房位于地下室负三层，管体竖向垂直高度为92.8m。采用本申请中的自然补偿方式，在每根冷却水管道立管底部弯头处，设置承担立管总重量及其热伸长和冷收缩力的固定支架，其余立管段设置限位导向支架，下部水平段设置承重支架，并通过为管道增设的承重结构梁，来承受固定支架传递的竖向管道荷载及其附加荷载。在地下室负三层则根据冷却水横管的布置走向，在其上方相对应的梁上预埋钢板预埋件，作为冷却水管道支架的一部分，以承受地下室横向冷却水管道所传递的荷载。四根冷却水立管底部弯头，传递到地下室三层管道井建筑结构梁竖直向下作用力荷载合计为2381.58kN(238.16吨)。建筑结构专业根据竖向管道荷载，在负三层冷却水管道弯头下方增设专用承重结构梁，承受立管底部弯头支座所传递的竖向管道及其附加荷载。当冷却水立管在塔楼屋面层转为上部水平段后，为了保证立管与上部水平段所形成L形自然补偿方式的运行效果，屋面上冷却水系统横管，从立管井至冷却塔各个落地支墩上面设置阻尼减震器。以保证立管出现冷收缩时，阻尼减震器能够为下部水平段、上部水平段提供一定的补偿运行功能。本实施例中，根据ΔL＝αL(t_{2<\/sub>-t_{1<\/sub>)公式，可以计算出立管的伸缩量为47.44mm。单管DN500冷却水管传递到建筑结构上的荷载，经过受力分析计算得知，产生竖直向下荷载作用力为114.85kN(11.48吨)，此值为计算出的荷载值，再乘以1.35各种不可预见荷载系数后，竖直向下作用力荷载为155.05kN(15.505吨)；单管DN350冷却水管传递到建筑结构上的荷载，经过受力分析计算得知，产生竖直向下荷载作用力为154.85kN(15.485吨)，此值为计算出的荷载值，再乘以1.35各种不可预见荷载系数后，竖直向下作用力荷载为209.05kN (20.91吨)；设置的阻尼减震器应该根据伸缩量和所承受的荷载，选择相应的型号。如单个阻尼减震器不能满足承载要求，则设置多个阻尼减震器重叠，构成阻尼减震器组，从而达到要求。此外，本实施例中第一瓦片式支座17、第二瓦片式支座19使用国家建筑标准设计图集《05R417-1室内管道支吊架》中的标准结构。}}

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构论文和设计

高层建筑大口径竖向立管道的自然补偿结构论文和设计-王翔

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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