浅谈管线支吊架在钢结构体系中的生根形式

吕领玉1,王延朋1,王卓群1,刘阔1,李杰1

[摘要] 国家会展中心（天津）作为北方规模最大的展馆类工程，其定位高端，本项目中的钢结构工程更是以“钢结构金奖”、“鲁班奖”为工程目标。 然而大空间、大跨度的钢结构形式的展厅及中央大厅，给机电安装工程的施工增加了不少困难，特别是在支吊架的生根及定位上，在机电安装工程中，支吊架的形式与安装是决定机电管道排布是否安全、合理、美观的前提条件，本文结合项目实例，介绍国展项目钢结构体系中的管线支吊架的生根形式。

[关键词] 支吊架；钢结构；机电；

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引言[1]

走近国家会展中心（天津），最先吸引人眼球的就是32把伞状钢结构。映衬着巨大的玻璃幕墙，高达32.8米的白色“大伞”以雄伟的姿态，支撑起恢弘大气的中央大厅。它们像是列队整齐的士兵，舒展开结实有力的“臂膀”，拥抱着蓝天白云，以昂扬的姿态迎接四方观众的来访。其中钢结构主要分布于中央大厅、交通连廊、展厅、东入口大厅、人行天桥五部分，总用钢量约12.5万吨。为实现建筑的各项复杂功能，其所需的各种机电管道，比如：消防、空调、电气等系统，这些管道的安装，均需要设置支吊架，支架如何在各类钢结构中的固定生根，成为本项目机电安装工程中极其重要的一环。

图1国家会展中心二期钢结构模型

本项目管线支吊架生根形式规划

在本项目施工前期，我们成立了服务于项目的BIM深化设计团队，建立与现场高度吻合的BIM模型，进行管线综合排布及深化设计，团队成员针对本项目钢结构体系中支吊架的生根形式，进行了专项施工方案研究，并通过与甲方单位、设计单位、钢结构设计单位及支吊架专业厂家等进行核实计算，确定各部位管线的生根荷载情况主要分为200kg以下，200~400kg及400kg以上三个级别，在钢结构上的具体生根形式具体确定为以下四类：

1.本项目大部分的机电管线可采用在钢结构体系中预留焊接钢板的形式，这样可以有效的保证钢结构的安全性、整体性，结合各个区域不同的机电管线情况，预留钢板的形式大致分为以下几种：

A形式：工字梁下翼缘焊接钢板，钢板尺寸150mm*150mm*10mm（A1表示生根点受力不超过200kg，A2表示生根点受力在200kg~400kg之间，A3表示生根点受力超过400kg）；

B形式：中央大厅内连桥下部主梁上皮焊接钢板钢板（150mm*150mm*10mm）；

C形式：中央大厅内连桥上部主梁下皮焊接钢板钢板（150mm*150mm*10mm）；

D形式：沿圆柱在中心距地1.6m及5.6m的高度分别焊接长100mm的10#槽钢；

E形式：沿伞柱在中心距地每隔1.5m的高度分别焊接长50mm的10#槽钢

2.由于各种原因导致无法预留钢板的区域，或者因设计变更等原因未能来得及预留钢板的区域，管线荷载400kg以下部位可采用钢结构专用梁夹的形式；

3.中央大厅伞柱虹吸雨水管、交通连廊的方形及圆形钢结构区域，采用预留焊接5cm长的10#槽钢的形式；

4.展厅及交通连廊3F部分区域采用预留钢梁的形式。

图2钢结构专用梁夹安装形式

展厅区域支吊架生根形式

展厅区域的机电管线较少，主要为虹吸雨水管、消防水炮管、照明线槽以及末端的消防水炮设备，经过综合分析，各个区域的受力情况均小于400kg，但钢结构跨度较大，不能满足机电管线支架安装的间距要求，决定沿虹吸雨水管道方向上增加钢梁，虹吸雨水管道支架固定在钢梁上。此方案可解决支架的间距问题。

图3虹吸雨水支架固定形式

对于V型梁上方的桥架、消防水炮管，则需要沿管道方向的两侧增加两处钢梁，后将管线支架按照间距要求，生根在增加的钢梁上。

图4桥架等支架固定形式

在展厅一层空调机房内部，有新风立管、空调送风立管及喷淋系统支管等管线，生根点的受力情况均不超过400kg，在此区域，为便于检修，考虑风管及暖通空调水管均做落地支架，从而减少对钢结构的影响，喷淋支管考虑在吊顶龙骨生根或根据情况使用专用管卡进行管道与钢结构的固定。

在展厅三层，钢结构的主要形式为H型钢，该处主要存在重力雨水立管、消防水炮立管、照明竖向线槽、智能化竖向线槽及虹吸雨水立管各一根，其综合受力情况也小于400kg，在此区域拟创新型的采用梅花桩形式的支架固定形式，中心立管走弱电线缆，同时兼作为其他管道的支撑结构。该方案既解决了管线的支架安装，又解决了裸露立管造型不美观的问题，得到了甲方及监理单位的认可。

图5梅花桩造型支架固定形式

交通连廊区域支吊架生根形式

本项目交通连廊一层公共走廊区域，钢结构主要形式为H型钢，但该区域机电管线众多，经BIM综合排布后，采用管线综合支架，经计算综合管线重量在400kg以上，但交通连廊房间内部，机电管线的重量在200kg以下，其中包含风管、桥架、给水及消防管道。拟采用的生根形式主要为，在H型钢下预留150mm*150mm*10mm的钢板供综合支吊架后期焊接安装。

图6交通连廊一层吊架预留钢板定位

 在交通连廊二层区域，有连接制冷机房及冷却塔的冷却水管，该处冷却水管为DN700两根，DN400两根，导致该处H型钢梁上水管的支架生根点位受力大于400kg，经核算后，采用在钢梁下皮预留焊接钢板，钢板300mm*150mm*10mm，且在各层增加落地支架的形式。

交通连廊二层会议室内，因涉及末端及精装，考虑室内后期变化较大，经沟通采用专用梁夹的形式，便于后期施工。

交通连廊三层为大型空调机房，机房屋顶为轻型钢结构屋面，不可受力，因此机房支架以落地支架为主，局部吊架可利用屋面龙骨作为吊点，管道较大区域，在屋面增加钢梁，钢梁间距需每1.5m一个，便于后期支架安装及生根。

中央大厅区域支吊架生根形式

中央大厅三层区域伞形柱上方，虹吸雨水管道区域的钢结构形式为方钢，管道重量小于200kg，拟采用的生根形式为在方钢侧面预留50mm*50mm*8mm的钢板，同时还需要考虑照明灯具的支架安装情况，照明灯具在设计时未预留安装空间，深化后在钢结构伞柱上方，预留灯具安装檩托及洞口，保证灯具安装支架空间。

中央大厅二层，会议室区域及其他功能性房间内，钢结构形式为H型钢，风管、强电、弱电和暖通水管、雨水管及风机盘管，管线总重量200-400kg，采用在H型钢下预留150mm*150mm*10mm钢板供机电支吊架焊接安装。

中央大厅与交通连廊的连桥区域为H型钢和方型钢梁，连桥区域机电管线包括风管及喷淋管，管线总重量经计算小于200kg，H型钢上支架采用专用梁夹固定，但是由于连桥区域工字梁间距较大，不符合机电管线的支架生根间距要求，所以需要采用在方型钢上方（根据机电管线情况部分位于下方）预留100mm*100mm*10mm的焊接钢板供机电支吊架生根安装使用。

图7中央大厅方钢上方支架生根方式

中央大厅连桥下方的重力雨水立管，采用的生根形式为：沿圆形钢柱在距地1.6m和5.6m处分别焊接10号槽钢，槽钢长为100mm，该处受力不超过200kg。该形式与伞形柱侧的虹吸雨水立管生根形式一致。最终安装形式使机电管线与钢结构完美结合。

本项目实施效果总结

钢结构是目前主要的建筑结构类型之一。钢结构在其构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工快捷，广泛应用于各类大跨度、大空间的工业厂房、体育馆、展览馆、超高层等领域。

由于跨度大，空间高，管道支架一般只能依靠梁、柱进行生根安装，但是无法满足管线的支架间距要求，所以在钢结构上增设支架的生根点是非常必要的，而为了能使设置的支架生根点得到充分的利用，利用BIM技术在施工前进行管线综合排布，及支吊架的优化和设计，能很好的解决支架生根难的问题。本项目在前期提出的这四种生根方式解决方案，会同甲方、设计等一同对方案进行探讨确认，最终较好的实现了支吊架的设计及安装。因此在钢结构中，应该充分考虑各种因素并进行全面分析，选择合适的支吊架形式和支撑点，以确保钢结构及支吊架结构的安全性、实用性及美观性。

参考文献：

[1] 钢结构设计标准,GB 50017-2017

[2] 钢结构焊接规范,GB 50661-2011

[3] 室内管道支架及吊架03S402．

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 [作者简介]

吕领玉，BIM工程师，工程师

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