鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震支吊架設計思路淺析

萬里鵬，周洋，王強

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

建筑物內(nèi)安裝的機電管線，傳統(tǒng)的安裝固定方式是解決管線因自身重力而產(chǎn)生的強度問題，僅考慮了豎直方向的重力支撐。影響傳統(tǒng)支吊架設置的因素主要為管線最大跨度和相鄰支撐點間距，在工程設計中，只要綜合考慮這兩個因素，就能確定最優(yōu)的管線支吊解決方案。而國家標準GB50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》強制要求對抗震設防烈度在6度及以上的建筑機電工程進行抗震設計，傳統(tǒng)的管線支吊方式已不能滿足要求。規(guī)范實施5年來，機電管線抗震支吊方案已廣泛應用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式的民建、公建領域。而在工業(yè)領域的鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)，因支吊點設置相對困難，造成抗震支吊架設計難度增加。本文將介紹鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)機電管線抗震支吊架的設計流程及重點，為工廠設計相關(guān)從業(yè)人員提供一些有益的參考。

表1 常見架空敷設管線跨距表

1 管線支吊方案設計

1．1 荷載收集

工程進入施工圖設計階段的首要任務，就是根據(jù)工藝輸入資料，確定廠房的機電管線的種類、大致規(guī)格和走向。區(qū)別于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)廠房，鋼結(jié)構(gòu)廠房對荷載要求更加敏感，荷載直接決定用鋼量并對工程造價有更大影響。因此，我們需要將廠房內(nèi)全部架空敷設的管線進行荷載估算，匯總后提交給鋼結(jié)構(gòu)設計人員建模。需要注意的是，匯總設計并非簡單的荷載疊加，我們需要根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)形式和管線跨度，對各種管線的走向進行優(yōu)化設計，形成管線集中通道，并確定管線支吊架的大致方案，這是荷載收集階段的主要任務。

1．2 確定吊掛方案

鋼結(jié)構(gòu)廠房常見機電管線主要有給水、消防、供暖、通風、空調(diào)、電纜橋架、母線、天然氣、熱力、壓縮空氣及其他各種工藝氣體、液體類管道。室內(nèi)架空敷設的管線一般采用綜合管架敷設，綜合管架的設置間距要考慮各種管線的跨距、支吊點限制條件等因素。常見管線跨距見表1。

綜合管架要與廠房主體鋼結(jié)構(gòu)可靠連接和錨固，連接錨固點的選擇決定了吊掛方案的合理與否。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的管線一般都能從梁、板或柱上生根支吊點，而鋼結(jié)構(gòu)廠房由于空間更大，常見的建筑高度9～15m、柱距6～10m，所以支吊點的選取會相對困難。國家標準規(guī)定采用抗震支吊架的管線基本涵蓋了大部分管線類型，抗震支吊架設計幾乎成為必選項。根據(jù)國標圖集18R417-2《裝配式管道支吊架（含抗震支吊架）》，抗震支吊架的抗震功能由側(cè)向和縱向支撐來實現(xiàn)，實際應用為側(cè)向抗震吊架、雙向抗震吊架和防晃吊架。支吊點的設置位置一般會對鋼結(jié)構(gòu)設計有直接影響。表2總結(jié)了不同類型鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震支吊架的設置方法。

表2 鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震支吊架設置方案

1．3 提出設計需求

確定了抗震支吊架設置方案后，需要向結(jié)構(gòu)設計人員提出相關(guān)設計需求。設計需求資料主要包括管線荷載平面布置圖和抗震支吊點布置圖，其中抗震支吊點布置圖還需明確水平地震力荷載，按國家標準GB50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》第3.4.5條的公式進行計算。提出設計需求的目的，是讓結(jié)構(gòu)專業(yè)設計人員在建模階段就把各種荷載考慮進去，避免后期因荷載增加或變更而造成的較大工作量的設計返工。

2 抗震支吊架施工圖設計

2．1 確定支吊架間距及型式

水平管線側(cè)向及縱向抗震支吊架間距根據(jù)規(guī)范公式8.2.3計算，與抗震支吊架最大間距l(xiāng)0、水平地震力綜合系數(shù)αEk和抗震斜撐角度調(diào)整系數(shù)k有關(guān)。當αEk＞1.0或斜撐角度小于45°時，支吊架需加密。典型的柱上抗震支架和梁下抗震吊架如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震支吊架設置方案

對生根于鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面構(gòu)件的支吊架，其型式和抗震固定方式同樣可以參考上圖，在屋架鋼梁、屋面支撐、屋面檁條上選擇合適的錨固連接點。需要注意的是，屋面構(gòu)件對荷載相對敏感，需要在荷載匯總階段向結(jié)構(gòu)設計人員提出盡量準確的資料，有利于對需要加強的檁條和屋面支撐作出經(jīng)濟合理的設計。抗震支吊架的設置除了滿足規(guī)范要求，還應與構(gòu)件布置、柱網(wǎng)布置相協(xié)調(diào)，同時兼顧經(jīng)濟美觀、便于施工安裝的原則。

2．2 支吊架構(gòu)件選型設計

抗震支吊架的所有構(gòu)件均要求采用成品構(gòu)件，即裝配式支吊架，傳統(tǒng)的現(xiàn)場焊接的型鋼支吊架已不能滿足規(guī)范要求?？拐鹬У跫艿闹饕獦?gòu)件包括錨栓、C型槽鋼（用作底座、立柱、橫梁、連接件、斜撐）及管架等。抗震支吊架設計需要繪制節(jié)點詳圖，其構(gòu)件的選型設計，可以依據(jù)18R417-2《裝配式管道支吊架（含抗震支吊架）》進行，但實際由于構(gòu)件種類數(shù)量眾多，工作量會比較大?？梢圆捎玫姆绞绞牵瑢?gòu)件選型設計交給成品支吊架廠家負責。設計方負責提供管線荷載、支吊架布置方案，并進行最終驗算復核。

2．3 支吊架受力驗算

抗震支吊架布置圖和節(jié)點圖完成后，還需要對其進行受力驗算。受力驗算只需考慮水平地震作用。地震力作用下需作強度驗算的構(gòu)件包括：受壓斜撐、吊桿、各類錨栓等。受力驗算結(jié)果一般以計算書形式提供。計算書主要包括以下內(nèi)容：工程信息：管線組成及規(guī)格、支吊架編號；構(gòu)件信息：豎向額定荷載、側(cè)向額定荷載、縱向額定荷載；支撐信息：吊桿、斜撐的規(guī)格和最大承載力，斜撐角度，吊桿長細比等；錨栓信息：安裝方向、鉆頭直徑、有效錨固深度、安裝扭矩、抗拉和抗剪承載力等；抗震支吊架節(jié)點詳圖；

校核信息：抗震支吊架最大間距l(xiāng)0、水平地震力綜合系數(shù)αEk、側(cè)向計算荷載、縱向計算荷載。

3 施工注意事項

抗震抗震支吊架與與鋼結(jié)構(gòu)應采用焊接或螺栓連接。采用焊接連接時，應注意被連接結(jié)構(gòu)體是否允許有焊接。采用螺栓連接時，應注意采用震動工況下防松動的雙螺帽緊固。側(cè)向、縱向抗震支吊架的斜撐安裝，垂直角度宜為45°，且不得小于30°。配套安裝金屬管道的管卡內(nèi)需配惰性橡膠內(nèi)襯墊，以達到絕緣、防震、降噪（降噪至少達到8dB）的效果。同時，還應該根據(jù)現(xiàn)場使用環(huán)境，對抗震支吊架構(gòu)件表面進行防腐處理。成品抗震支吊架安裝時，需要有廠家的技術(shù)人員現(xiàn)場指導。機電管線安裝到抗震支吊架上時，應注意協(xié)調(diào)施工，不允許出現(xiàn)誰先進場誰占領有利安裝位置的情況，應嚴格按照設計圖紙的管線排布施工。當抗震構(gòu)件妨礙管線安裝敷設時，可以臨時拆除，待管線安裝完畢再安裝還原。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震支吊架的設計，需要綜合考慮支吊點位置、用鋼量控制以及整體協(xié)調(diào)美觀性。設計人員在施工圖開始階段就要確定布置方案，這需要一定的設計施工經(jīng)驗積累。理順抗震支吊架設計思路，掌握好設計重點及施工注意事項，可以有效地減少施工階段的返工，并能保證系統(tǒng)抗震安全，為打造一個優(yōu)質(zhì)工程奠定堅實基礎。