空调水系统立管固定支座受力计算与波纹补偿器选择

　　在高层建筑空调系统中,为了保证竖向布置的水管能安全、可靠地安装和运行,往往需要设置固定支架、活动支架和膨胀补偿器。随着建筑物高度和规模的增加,立管管径也随之增大,这就使得其固定支架所承受的垂直推力也越来越大,有时甚至达几百kN。应该说这对大楼的结构,至少对局部结构设计是一个不可忽视的因素。因此,如何正确计算固定支架的受力和合理选择、安装补偿器就显得十分重要。

　　1　竖向水管固定支架垂直推力的组成

　　1.1　管道自身的重量和保温材料的重量f_g

　　式中　L———计算管道的长度,m;

　　qg,qb———管道及保温材料单位长度重力,N/m。

　　1.2　活动支架与管道之间因温度变化而伸缩所产生的摩擦力。由于摩擦力与正压力成正比,而垂直安装的管道不会像水平管道那样对活动支架产生那么大的正压力,一般认为可以忽略不计。

　　1.3　补偿器的弹性力f_d

　　由于补偿器的形式不同,其产生的变形反力也不一样。大致有以下几种:①采用方型补偿器或L型、Z型自然补偿器时,可按其形状、管径等因素计算在X、Y轴方向上产生的弹力(本文从略)。②采用套管式补偿器时,需考虑套管内部摩擦力产生的推力ftm。③采用不锈钢波纹管补偿器时,需考虑波纹管因变形产生的弹力(或拉力)f^_d

　　由于不锈钢波纹管补偿器具有占用空间小、不易泄漏、补偿量大、应用范围广的优点,所以它往往被设计人员作为首选的对象。基于这个原因本文将以这种形式的补偿器来进行分析和举例。

　　补偿器在使用中会被压缩或拉伸,产生的弹性反力有时向上,也有时向下。为保证固定支架的计算受力是最大力,可将此力方向按与重力方向一致考虑,故在下述推力计算中均按向下方向计算。

　　1.4　管内水压力产生的推力fn

　　管内水压力的作用,会在垂直于管道内壁面上产生压力。在竖向管道中,这个压力在水平方向上的合力为零;而在垂直方向上,根据管径的不同变化会产生向上或向下的推力。如图1所示,这段管段为上细(流通断面积为A1)下粗(流通断面积为A2),变径处的管内水压力为pn,它在垂直方向上的分压力为pny=pn·sinα。那么它产生的向上托力为:

　　反之,当管段为上粗、下细时,产生的推力是向下的。如果竖向管段的上端封住,而下端设有波纹补偿器且管径不变时,固定支架会承受一个向上的托力。相当于公式中A1=0时,fn=-pnA2。这里pn为该管段顶端之内压。反之,当该管段下端封住或转弯、而上端设有波纹补偿器时,fn=pnA1,产生一个向下的推力,且pn为管段下端的水内压。