دستورالعمل اصول طراحی پایپ ساپورت Instructions Of Designing Pipe Support

هدف

این دستورالعمل شامل اصول طراحی پایپ ساپورت‌ها  می‌باشد و در مواردی که اطلاعات بارگذاری موجود نمی‌باشد نیز به عنوان راهنما استفاده می‌شود.

مراجع

استانداردها و مراجع مورد استفاده به منظور تهیه این دستورالعمل عبارتند از:

American Society of Civil Engineers, ASCE 7

Uniform Building Code, UBC

طراحی پایپ رک فلزی و بتنی

ضوابط بارگذاری و ترکیبات بار

تعاریف

ندارد.

مسئولیت‌ها

نحوه انجام کار

راهنمای طراحی پایپ ساپورت:

روش‌های تقریبی برای طراحی پایپ ساپورت‌ها حتی زمانیکه نقشه‌های لوله‌کشی موجود نباشد مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف از تهیه این دستورالعمل فراهم آوردن روش‌های تقریبی برای مهندس سازه در مورد طراحی هر نوع سازه پایپ ساپورت می‌باشد. همچنین شامل روش‌های پیشنهادی برای گسترش معیار‌های طراحی است که به عنوان راهنما برای مواردی که اطلاعات بارهای طراحی ناقص می‌باشد استفاده می‌شود.

معیارهای طراحی در اینجا مطابق با موارد زیر ارائه می‌شود:

طبقه‌بندی انواع پایپ ساپورت‌ها

انتخاب نوع پایپ ساپورت

بارهای طراحی

طبقهبندی انواع پایپ ساپورت:

اگرچه انواع نامحدودی از پایپ ساپورت‌ها از نظر تعداد ستون‌ها، طبقات و نوع ساخت وجود دارد، انواع معمول آنها مطابق زیر طبقه‌بندی میشود:

دسته اول: پایپ ساپورت با یک ستون.

دسته دوم: پایپ ساپورت با دو ستون.

دسته سوم: پایپ ساپورت با چند ستون و سایر انواع پایپ ساپورت‌ها.

آرایش‌های مختلف هر نوع از پایپ ساپورت‌ها در شکل 1 نشان داده شده است. هر کدام از این انواع به دو حالت خود ایستا یا مهارشده تقسیم می‌شوند (شکل 2). به دلیل رواج گسترده آنها، تنها به مقاطع نورد شده و بال پهن فلزی و مقاطع مربع و یا مستطیل بتنی اشاره می‌شوند مگر در مواردی که به طور خاص ذکر شده باشد.

انتخاب نوع پایپ ساپورت:

معمولاً فاصله‌گذاری‌ها، تراز‌ها و پهنای خم لوله‌ها توسط نقشه‌های لوله‌کشی تعیین می‌شوند. همچنین ملاحظات بهره‌برداری و نگهداری نیازمند حداقل فضای معین هستند که ممکن است باعث محدود شدن استفاده از مهاربندی در حالت فلزی شوند. وظیفه مهندس طراح این است که با قرار دادن اجزا کنار هم، به یک طرح ویژه برسد به گونه‌ای که نه تنها مقاوم، ایمن و اقتصادی باشد بلکه مطابق با استانداردهای بین‌المللی و داخلی نیز باشد.

علی رغم محدودیت‌هایی که به نظر می‌رسد، فاکتور‌های مهمی وجود دارد که قبل از انتخاب نوع پایپ ساپورت باید لحاظ شود.

سازه مهاربندی شده یا بدون مهاربندی:

سازه‌های مهاربندی شده نسبت به قاب‌های فلزی صلب از لحاظ تحلیل آسان‌تر می‌باشند، به دلیل اینکه بیشتر سازه‌های مهار‌بندی شده معین هستند.

سازه‌های مهاربندی شده زمانیکه نیاز به راه‌های دسترسی می‌باشد مناسب نیستند. اتصالات در این سازه‌ها برای طراحی و ساخت ساده می‌باشند. قاب‌های صلب فضاهای باز برای دسترسی ایجاد می‌کنند ولی اتصالات در این سازه‌ها ویژه هستند و باید به درستی طراحی شوند. همچنین ستون‌ها و شالوده‌ها ممکن است در معرض لنگر اضافی قرار گیرند.

سازه بولتی یا جوشی:

زمانیکه هیچ محدودیتی در استفاده از سازه فلزی وجود نداشته باشد، معمولاً داشتن یک سازه جوش‌شده کامل در کارگاه با اتصالات بولت شده در محل مطلوب است. به هر حال همیشه این حالت صورت نمی‌گیرد. اگر ابعاد بسیار بزرگ باشد، یک سازه جوش‌شده کامل در کارگاه ممکن است در معرض مشکلات مربوط به جابجایی باشد. اگر سازه گالوانیزه شده باشد، ابعاد مخزن گالوانیزه‌کردن می‌تواند روی هزینه‌ها تأثیر گذارد. همچنین مهندس طراح باید جوشکاری در محل را به عنوان یک آیتم گران در نظر بگیرد و در صورت امکان از آن دوری کند.

سازه بتنی:

سازههای بتنی معمولاً شامل تیرهایی با مقطع مستطیل و ستون‌هایی به شکل مربع می‌باشند. سازه‌های بتنی که مطابق با اصول آییننامه‌ای طراحی و اجرا شدهاند، در مقابل شرایط محیطی سخت، مقاومتر از سازه‌های ساخته ‌شده با مصالح دیگر هستند. این سازه‌ها در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش‌سوزی بسیار مقاوم می‌باشند و در مقایسه با سازه‌های فلزی معمولاً نیاز به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت دارند.

تکیه‌گاه مفصلی یا گیردار :

استفاده از تکیه‌گاه مفصلی در سازه فلزی زمانی مناسب است که لنگر روی فونداسیون باید حداقل نگهداشته ‌شود. هرچند تکیه‌گاه مفصلی باعث افزایش لنگر ستون در قاب صلب یا قاب با مهاربندی زانویی می‌شود.

همچنین فونداسیون باید توانایی مقاومت در برابر این لنگر‌های اضافی را داشته باشد. نوع خاک ممکن است که نوع مناسب تکیه‌گاه را تعیین کند.

در پروژه‌های جاری شرکت، معمولاً برای اتصال ستون پایپ ساپورت به فونداسیون از ورق‌های مدفون  استفاده می‌شود که با توجه به اتصال جوش کامل ستون به ورق مدفون، اتصال به صورت گیردار در نظر گرفته می‌شود و در موارد ویژه صفحه ستون  به کار برده می‌شود.

ملاحظات ویژه:

در مواردی لازم است که یک نوع پایپ ساپورت ویژه برای مطابقت با شرایط بارگذاری خاص و یا سایر الزامات استفاده شود.

شرایطی وجود دارد که در آن لوله‌گذاری نسبت به نشست حساس است و استفاده از شمع اجباری می‌باشد. این موضوع ممکن است که انتخاب نوع پایپ ساپورت را محدود کند. پایپ ساپورت‌هایی که یک ستون دارند در برابر نیروهای بزرگ عرضی آسیب‌پذیر می‌باشند و ممکن است نیاز به جایگزینی توسط پایپ ساپورت‌هایی که دارای دو ستون هستند را داشته باشند حتی اگر نیروهای عمودی کوچک باشد. شرایط جوی خورنده شدید ممکن است باعث ایجاد محدودیت در انتخاب نوع پایپ ساپورت و سایز اعضا شود.

جهت ستون:

جهت صحیح مقاطع ستون همیشه معلوم نیست. هندسه سازه، بزرگی نیروهای عرضی و طولی مرتبط، محدودیت در مهاربندی، و نوع اتصالات انتهایی، بعضی از فاکتور‌های مهم می‌باشند که باید در انتخاب جهت صحیح ستون لحاظ شوند.

بارهای طراحی:

بار مرده، بار باد و زلزله، بارهای متداولی هستند که لحاظ می‌شوند. اگرچه بار حرارت، و سایر نیروها ممکن است زمانیکه نیاز باشد لحاظ شوند.

بار مرده:

یک روش متداول این است که مقدار مناسبی برای شدت بار لوله فرض می‌شود P (Kg/m2). اگرچه این مقدار به ضخامت لوله، وزن مخصوص محتویات لوله ، G ، و نوع عایق‌کاری بستگی دارد. در حالت کلی وزن کلی در واحد طول لوله مطابق رابطه زیر تعیین می‌شود.

که در این رابطه:

We = وزن لوله خالی

Ww = وزن آب

Wi = وزن عایق‌کاری

وزن لوله خالی، آب و وزن لوله همراه با آب، برای سه نوع مختلف از وزن لوله‌ها در جدول 1 آورده شده است. وزن عایق‌کاری می‌تواند توسط ضرایب داده شده در جدول 2 محاسبه شود. مقادیر شدت بارگذاری لوله P ، در  موارد معمول مطابق با زیر محاسبه می‌شود.

مورد 1.  پایپ ساپورت شامل لوله‌هایی با سایز یکسان. شکل (case 1) .

که در این رابطه:

X = فاصله یکسان بین لوله‌ها در واحد متر.

t = ضخامت جداره،mm

D = قطر اسمی، in

O.D = قطر بیرونی، mm

I.D = قطر داخلی،mm

Am = مساحت فلز =  (π/4)×(O.D2-I.D2) ، mm2

Af = مساحت جریان= (π/4)×(O.D2) ، mm2

mγ = وزن حجمی فلز، Kg/m3  (وزن حجمی فولاد : Kg/m3  7850 )

wγ = وزن حجمی آب،   Kg/m3(وزن حجمی آب : Kg/m3  1000 )

We = وزن لوله خای =m  γ Am ، Kg/m

Ww = وزن آب =m  γ  Af ، Kg/m

Wf = وزن لوله پر از آب = We + Ww

S = اساس مقطع =)/O.D     (π/32)×(O.D4-I.D4، mm3

I = ممان اینرسی = ( (π/64)×(O.D4-I.D4، mm4

r = شعاع ژیراسیون =    ، mm

حجم عایق‌کاری مطابق با رابطه زیر تعیین می‌شود.

* مقادیر داخل جدول برای تبدیل به m3/m در 0.093 ضرب می‌شود.

وزن حجمی مصالح عایق‌کاری، iγ

برای محاسبه وزن عایق‌کاری از رابطه زیر استفاده می‌شود.

مقادیر Wi برای تبدیل به m3/m در 1.5 ضرب می‌شود.

مورد 2.  پایپ ساپورتهای شامل لوله‌هایی با سایز متفاوت. شکل (case 2)3.

بار باد:

محاسبه بار باد برای سازه‌های مختلف در بسیاری از آیین‌نامه‌های ساختمانی استاندارد‌سازی شده است. برای محاسبه بار باد چنانچه مقادیر آنها توسط بخش مربوطه اعلام نشده باشد از آیین‌نامه ASCE 7 و UBC استفاده می‌شود. برای اطلاعات بیشتر به مدرک QMS-CV-CI-09 مراجعه شود.

ضریب شکل به منظور محاسبه نیروی باد برای چند لایه لوله روی پایپ رک یا سازه، می‌بایست مطابق با جدول 3  لحاظ شود.

بارهای حرارتی:

بارهای حرارتی به علت مقاومت اصطکاکی بین سطح پایپ ساپورت‌ها و انبساط یا انقباض لوله‌ها که ناشی از تغییرات درجه حرارت می‌باشد به وجود می‌آیند. زمانیکه فقط تعداد کمی از لوله‌های سبک در معرض تغییرات درجه حرارت قرار گیرند در صورتیکه مابقی لوله‌ها در یک درجه حرارت محدود باشند، ممکن است این بارها کم اهمیت باشند. به عبارت دیگر، در مواقعی که تعدادی از لوله‌های سنگین در معرض تغییرات حرارتی شدید باشند، نیروهای اصطکاکی بسیار مهم می‌شوند. وقتی پایپ ساپورت با چند طبقه در معرض تغییرات حرارتی باشد، محاسبه نیروهای اصطکاکی واقعی می‌تواند بسیار پیچیده شود. بارهای حرارتی چنانچه توسط بخش مربوطه اعلام نشده باشد مطابق با مدرک محاسبه می‌شوند.

بار زلزله:

برای محاسبه نیروی زلزله از آیین‌نامه  ASCE 7 و UBC استفاده می‌شود. برای اطلاعات بیشتر به مدرک               مراجعه شود.

ترکیب بار:

ترکیب بارهای مورد استفاده برای طراحی پایپ ساپورت‌ها مطابق با آیین‌نامه 7 ASCE و UBC لحاظ می‌شود. برای اطلاعات بیشتر به مدرک مراجعه شود.

6-5- ضریب طول مؤثر K برای ستون‌های پایپ ساپورت:

مقادیر پیشنهادی ضرایب K در شکل 4 برای پایپ ساپورت‌هایی با یک و دو ستون، و همچنین بارگذاری به صورت عرضی (در جهت عمود بر امتداد لوله) یا طولی (در جهت موازی با امتداد لوله) نشان داه شده است.

معیار‌های پایه‌ای طراحی که در این قسمت توضیح داده شد، به عنوان اولین گام در جهت رسیدن به طراحی نهایی می‌باشد. در طراحی تفصیلی باید ملاحظات زیر در نظر گرفته شود.

فراهم کردن شرایط برای قرار دادن طبقات در آینده.

تأثیر تغییرات.

شدت شرایط خورنده.

نیاز به نیروی انسانی ماهر و روش‌های ساخت جدید.

انتخاب صحیح ترکیب بار.

برای جزئیات بیشتر به دستورالعمل طراحی پایپ رک مراجعه شود.

Target

This instruction includes the principles of the piping support design, and is also used as a guide in cases where loading information is not available.

Runtime

This instruction is used to design a support pipeline with one or more columns in oil, gas, and petrochemical refineries, and this document is applicable for design in the cyvel and structural part.

Reference

The standards and references used to prepare this manual are:

American Society of Civil Engineers, ASCE 7

Uniform Building Code, UBC

Metal and Concrete Pipe Rack Design

Loading criteria and load combinations

Definitions

does not have.

responsibilities

How to do it

Support pip support guide:

Approximate methods are used to design support pipes even when no pipelines are available. The purpose of this instruction is to provide approximate methods for the structural engineer to design any support piping structure. It also includes methods for developing design criteria that serve as guides for cases where design information is incomplete.

The design criteria are presented here in accordance with the following:

Categorization of types of support pipes

Select the type of support piping

Design loads

Classification of support types:

Although there are unlimited types of support pairs in terms of the number of columns, classes, and types of construction, their typical types are classified as follows:

First Category: Support Pipe with a Pillar.

Second Category: Support PIP with two columns.

Category 3: Multi-column support and other support types.

The different makeup of each type of support piping is shown in Figure 1. Each of these types is divided into two types: static or interleaved (Fig. 2). Due to their widespread prevalence, only rolled sections and metal wings and square sections or concrete rectangles are referred to unless specifically mentioned.

Select Support Type:

Typically, the spacing, alignment and bending of the pipes are determined by pipelines. Also, considerations of operation and maintenance require a minimum space that may restrict the use of bracing in metal. The designer's task is to put together the components together in a special design that is not only robust, safe and economical, but also in accordance with international and domestic standards.

Despite the limitations that seem to be, there are important factors that should be considered before choosing a support piping type.

Constructed or uncontrolled structure:

Constructed structures are easier to analyze than rigid metal frames, because most of the braced structures are specified.

Constructed structures are not suitable when access is required. Connections in these structures are simple to design and build. Rigid frames create open spaces for access, but fittings in these structures are special and should be designed properly. Pillars and foundations may also be exposed to an anchor.

Boltian or wool structure:

When there is no limit to the use of a metal structure, it is generally desirable to have a fully welded structure in the workshop with bolt connections. However, this is not always the case. If the dimensions are very large, a full welded structure in the workshop may be subject to displacement problems. If the structure is galvanized, the dimensions of the galvanizing tank can affect costs. Also, the designer must consider welding at the site as an expensive item and, if possible, avoid it.

Concrete Structures:

Concrete structures usually include rectangular beams and square shaped columns. Concrete structures, which are designed and implemented in accordance with the principles of the design, are more resistant than the structures constructed with other materials, against hard environmental conditions. These structures are highly resistant to fire due to extreme heat and, in comparison with metal structures, usually require less cost and time to build.

Articulated or articulated support:

The use of a fulcrum in a metal structure is appropriate when the anchor on the foundation should be maintained at least. However, the joint support increases the anchor of the column in a rigid frame or frame with knee bracing.

The foundation should also be able to withstand these additional anchorages. The soil type may determine the proper type of support.

In the current projects of the company, usually used to attach the support pillar to the foundation is the buried sheets, which, due to the complete pouring of the column into the buried sheet, is considered to be a snap-fit, and in special cases the column plate is used.

Special Considerations:

In some cases, a specific support piping is required to comply with specific loading conditions or other requirements.

There is a situation where intubation is sensitive to settling and the use of a candle is compulsory. This may limit the choice of the type of support pipeline. Pipes supporting a column are vulnerable to large transverse forces and may need to be replaced by a pair of support that has two columns, even if the vertical forces are small. Severe corrosive atmospheric conditions may cause constraints in choosing the type of support pip and the size of the members.

Path:

Correct column sections are always unclear. Structural geometry, the magnitude of transverse and longitudinal forces, limitation of bracing, and end fittings are some of the important factors that should be considered in choosing the right direction of the column.

Design loads:

Dead times, wind loads and earthquakes are frequent loads to be considered. Although the heat load, and other forces may be considered when needed.

Dead Times:

A common method is to assume that the proper value for the loading load is P (Kg / m2). Although this depends on the thickness of the tube, the specific gravity of the tube contents, G, and the type of insulation. In general, the overall weight per pipe unit is determined according to the following equation.

In this regard:

We = empty tubing weight

Ww = weight of water

Wi = insulating weight

The weight of the empty tube, the water and the weight of the tube with water, are given in Table 1 for three different types of weight of the tubes. The insulating weight can be calculated by the coefficients given in Table 2. Pump loading intensity P is calculated in the usual cases according to the following.

Item 1. Supported Pipe Includes Tubes of the same Size. Shape (case 1).

In this regard:

X = the same distance between the pipes in m-1.

t = wall thickness, mm

D = nominal diameter, in

O.D = outer diameter, mm

I.D = inner diameter, mm

Am = metal area = (π / 4) × (O.D2-I.D2), mm2

Af = flow area = (π / 4) × (O.D2), mm2

mγ = volumetric weight of metal, Kg / m3 (volumetric weight of steel: 7850 kg / m3)

wγ = Volumetric weight, Kg / m3 (Volumetric weight: 1000 Kg / m3)

We = weigth of a tube of oil = m γ Am, Kg / m

Ww = weight of water = m γ Af, Kg / m

Wf = Weight of the tube filled with water = We + Ww

S = cross section basis =) / O.D (π / 32) × (O.D4-I.D4, mm3

I = Inertia duration = ((π / 64) × (O.D4-I.D4, mm4

r = irradiation radius =, mm

The insulating volume is determined according to the following equation.

* The values ​​in the table are multiplied to 0.033 m3 / m.

Volumetric weight of insulating materials, iγ

The following equation is used to calculate the insulating weight.

Multiply the values ​​of Wi to be converted to m3 / m at 1.5.

Item 2. Supports for pipes of different sizes. Shape (case 2) 3.

Wind load:

The calculation of wind load for various structures has been standardized in many building codes. ASCE 7 and UBC Regulations are used to calculate the wind load if their values ​​are not disclosed by the relevant department. For more information, see QMS-CV-CI-09.

The coefficient of shape for calculating the wind force for several layers of pipe on a rack or structure pipette should be taken in accordance with Table 3.

Heat loads:

Heat loads are due to the friction between the surface of the supports and the expansion or contraction of the tubes caused by temperature changes. When only a small number of light tubes are exposed to temperature variations, if the rest of the tubes are at a limited temperature, these frequencies may be insignificant. In other words, frictional forces become very important when a number of heavy pipes are exposed to extreme thermal changes. When multi-storey support is exposed to thermal changes, calculating true frictional forces can be very complicated. Thermal loads are calculated according to the degree not specified by the relevant department.

Earthquake load:

The ASCE 7 and UBC regulations are used to calculate the earthquake force. For further information, refer to the degree.

Combine load:

The combination of loads used to design a support pip is considered in accordance with ASCE and UBC regulations. For further information, refer to the degree.

6.2 Effective K coefficient for supporting pip columns:

The proposed values ​​of the coefficients K in Figure 4 are indicated for piping supports with one and two columns, as well as loading in a transverse direction (perpendicular to the pipe) or longitudinally (in parallel with the pipe length).

The basic design criteria described in this section are the first steps to reach the final design. In the detailed design, consider the following considerations.

Provide conditions for future classes.

The effect of changes.

Severity of corrosive conditions.

The need for skilled manpower and new construction methods.

Choosing the right combination of load.

Refer to the PyroPak Design Guidelines for details.