建筑工程中抗震支架的施工、設(shè)計及應(yīng)用探討

摘 要：抗震支架屬于特殊支架，區(qū)別于普通的承重支架，主要承載由于地震波的沖擊管道所受的力，保證設(shè)備管道在地震發(fā)生時滿足規(guī)范的要求，不至于受損、遭到破壞，進(jìn)而影響人們的生活和生命安全。鑒于此，從抗震支架組成與材料要求、設(shè)置原則、施工順序及要點(diǎn)、設(shè)計計算分析及創(chuàng)新設(shè)置等幾方面對建筑工程中抗震支架的施工、設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：抗震支架;材料;安裝要點(diǎn);設(shè)計計算分析;創(chuàng)新設(shè)置

0? ? 引言

隨著人民生活水平的提高，對建筑安全的要求越來越嚴(yán)格，全球變暖，人們賴以生存的環(huán)境不斷惡化，可能發(fā)生的地震隨時會破壞我們賴以生存的家園，尤其是與我們息息相關(guān)的地方——建筑小區(qū)。因此，實現(xiàn)對建筑小區(qū)的抗震設(shè)計、施工已刻不容緩，其中對機(jī)電管線支架體系的抗震設(shè)計、施工尤其重要。

嘉禾金茂府項目以住宅為主，涵蓋幼兒園、農(nóng)貿(mào)市場、商業(yè)，由26層高層、10層洋房，共計29棟樓組成高端住宅，占地約11萬m2，總建筑面積約36萬m2，地下一層?？拐鹬Ъ茉诖隧椖康玫搅顺浞诌\(yùn)用，并獲得了當(dāng)?shù)卣谋頁P(yáng)及肯定。現(xiàn)以此項目為例，重點(diǎn)對抗震支架設(shè)計、施工中的難點(diǎn)進(jìn)行論證、分析、計算，并對后續(xù)抗震支架發(fā)展方向進(jìn)行了創(chuàng)新。

1? ? 抗震支架組成與材料要求

抗震支吊架系統(tǒng)一般由C型成品槽鋼、專用抗震連接件、抗震管卡、裂縫混凝土用后擴(kuò)底錨栓或鋼結(jié)構(gòu)梁夾組成，抗震連接件與槽鋼通過機(jī)械連接可隨意調(diào)節(jié)抗震支吊架尺寸、高度。抗震支吊架現(xiàn)場應(yīng)做到不焊接，而由錨栓與原有混凝土結(jié)構(gòu)可靠連接，鋼結(jié)構(gòu)采用梁夾固定。

1.1? ? 支架的主要制作材料

由單面C型槽鋼、螺桿、螺母、抗震連接件、限位緊固件、槽鋼端蓋及管卡等組成。

1.2? ? 支架的材料要求

（1）整套支吊架系統(tǒng)應(yīng)具備抗沖擊載荷耐火等級要求，在特殊荷載下發(fā)生火災(zāi)時能保證安全，確保發(fā)生火災(zāi)情況下具有一定的耐火等級（不小于180 min）。

（2）用于抗震支架的C型鋼應(yīng)為Q235B及以上強(qiáng)度的鋼材，且要求為冷壓成型槽鋼;槽鋼側(cè)面應(yīng)具有軸向加勁肋，以加強(qiáng)截面剛度及抗彎能力;應(yīng)能提供檢測機(jī)構(gòu)出具的槽鋼材質(zhì)檢驗報告、槽鋼正面抗壓承載力測試報告、側(cè)面抗壓承載力測試報告、背部受拉承載力測試報告。

（3）抗震支吊架C型槽鋼內(nèi)緣須有齒牙，且齒牙深度不小于0.9 mm;所有配件的安裝依靠機(jī)械咬合實現(xiàn)，嚴(yán)禁任何以配件的摩擦作用來承擔(dān)受力的安裝方式，以保證整個系統(tǒng)的可靠連接。

（4）抗震支吊架應(yīng)防腐，槽鋼表面應(yīng)采用熱浸鋅處理（鋅層厚度不低于55 μm），以滿足抗震支吊架的耐久性。成品槽鋼現(xiàn)場切割部分切口，應(yīng)保證切口斷面垂直，切割后應(yīng)使用砂紙或板銼去除切口毛刺，然后對切口涂層進(jìn)行修補(bǔ)處理，熱鍍鋅成品槽鋼用噴鋅罐補(bǔ)鋅，修補(bǔ)后的涂層厚度應(yīng)不小于原涂層厚度。

2? ? 抗震支架設(shè)置要點(diǎn)

（1）所有給排水、暖通、電氣專業(yè)需要按規(guī)范要求進(jìn)行抗震支架設(shè)置。

（2）對每段水平直管道應(yīng)在其兩端設(shè)置側(cè)向抗震支吊架。

（3）對每段水平直管道都應(yīng)至少設(shè)置一個縱向抗震支吊架，當(dāng)兩個縱向抗震支吊架距離超過最大設(shè)計間距時，應(yīng)按要求間距依次增設(shè)縱向抗震支吊架。

（4）水平管道在安裝柔性補(bǔ)償器及伸縮節(jié)的兩端必須設(shè)置側(cè)向及縱向抗震支吊架。

3? ? 抗震支架安裝要點(diǎn)

本項目現(xiàn)場地下室總體面積較大，各專業(yè)管線多，大部分都采用水平平面排布，但局部管道交叉嚴(yán)重，因此所有管線安裝前要充分利用BIM圖，落實各自管線承重支架設(shè)置的位置，避免邊施工邊設(shè)計，減少打架。抗震支架安裝前也要根據(jù)已有的承重支架，充分考慮自己的安裝位置，并反映在圖紙上，然后再進(jìn)行施工?？拐鹬У跫艿陌惭b主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行把控：

3.1? ? 抗震支吊架構(gòu)件的存放及加工處理

（1）抗震支吊架構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場時，應(yīng)盡量存放于干燥的室內(nèi)，小型構(gòu)件應(yīng)分序放好。

（2）槽鋼及吊桿放置在室內(nèi)時，應(yīng)在地面放置木條或防水薄膜。當(dāng)受場地制約不得不放置到室外時，存放方式同室內(nèi)一樣，但地面必須設(shè)置一層防水層，防止抗震產(chǎn)品構(gòu)件腐蝕。

（3）槽鋼及吊桿放置時堆疊高度不宜過高，且接觸全螺紋吊桿時應(yīng)戴上手套，防止被螺紋劃傷。

（4）切割槽鋼和吊桿應(yīng)采用無齒距或砂輪鋸。有孔槽鋼切割時必須按照槽鋼標(biāo)示的刻度進(jìn)行，以保證后續(xù)安裝精度。

（5）為保證槽鋼斷面的垂直度，對于C型槽鋼，要采用背切（開口朝下）。

（6）切割槽鋼或吊桿后，應(yīng)把材料上吸附的鐵屑清除，還應(yīng)把材料的切口用砂輪磨去毛刺并噴上鍍鋅劑，以保護(hù)抗震支吊架構(gòu)件，防止毛刺劃傷人體。

3.2? ? 抗震支吊架的安裝、固定

施工人員先對照施工圖紙熟悉現(xiàn)場施工環(huán)境及已完成安裝管道的走向和規(guī)格，確認(rèn)樓板厚度是否滿足受力要求，確認(rèn)現(xiàn)場實際可利用的安裝空間是否足夠滿足要求，確認(rèn)抗震支架的規(guī)格與現(xiàn)場管線規(guī)格是否相符合。

3.2.1? ? 測量、錨栓定位

主要是測量所要安裝點(diǎn)的風(fēng)管、水管規(guī)格，風(fēng)管、水管底標(biāo)高距樓板的高度，來決定全螺紋吊桿的長度、上下兩根橫梁槽鋼的長度、加勁槽鋼的長度及斜撐槽鋼的長度;確定膨脹錨栓的位置，以便進(jìn)行鉆孔。在混凝土結(jié)構(gòu)上，機(jī)械錨栓的打入必須達(dá)到規(guī)定的深度值。

3.2.2? ? 切料

根據(jù)測量出的數(shù)據(jù)來決定全螺紋吊桿、上下槽鋼、加勁槽鋼及斜撐槽鋼的長度，然后進(jìn)行切割，切割完后須在切口處噴灑金屬噴鋅劑，避免切口腐蝕。

3.2.3? ? 主吊的安裝

根據(jù)主吊膨脹螺栓的位置鉆孔，進(jìn)而安裝膨脹錨栓及全螺紋吊桿。

3.2.4? ? 橫梁的安裝

風(fēng)管抗震支架安裝上下兩根橫梁時，其下橫梁須擰緊，進(jìn)而安裝限位組件，上橫梁維持松弛狀態(tài)。水管抗震支架安裝橫梁槽鋼，需要用P型管夾或Ω型夾將水管固定在橫梁槽鋼上。

3.2.5? ? 側(cè)向、縱向支撐的安裝

先定位側(cè)向、縱向支撐的膨脹錨栓的位置，然后鉆孔，進(jìn)而安裝側(cè)向、縱向支撐。其中安裝風(fēng)管抗震支架時上橫梁也須安裝擰緊。

3.2.6? ? 加勁裝置的安裝

安裝加勁裝置時，間距應(yīng)該滿足相應(yīng)的要求。

3.3? ? 抗震支架安裝注意事項

（1）固定于混凝土結(jié)構(gòu)的抗震支吊架，應(yīng)采用具有機(jī)械鎖效應(yīng)的后擴(kuò)底錨栓;

（2）固定于鋼柱及鋼梁上的抗震支吊架，在不能焊接和打孔連接時，應(yīng)采用專門的夾具進(jìn)行連接，對于焊接連接要保證焊接強(qiáng)度，打孔連接要保證連接錨栓具有足夠強(qiáng)度;

（3）安裝前要保證錨固區(qū)表面堅實、平整，不應(yīng)有起砂、起殼、蜂窩、麻面、油污等影響錨固承載力的缺陷;

（4）在錨固深度的范圍內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)達(dá)到C30或以上;

（5）錨固操作應(yīng)符合錨栓設(shè)計要求，避免遇到鋼筋和預(yù)埋管線。

4? ? 抗震支架的設(shè)計計算分析

4.1? ? 抗震支架的計算公式

（1）水平地震力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算（采用等效側(cè)力法進(jìn)行水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計算）：

F=γηE1E2SmaxG=SekG

式中，F(xiàn)為機(jī)電管線水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值;γ為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù);η為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù);E1為狀態(tài)系數(shù);E2為位置系數(shù);Smax為水平地震影響系數(shù)最大值;G為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力，即抗震支吊架間管線滿負(fù)荷重力值。

（2）水平地震綜合系數(shù)Sek可按下式計算：

Sek=γηE1E2Smax

注：當(dāng)Sek計算值小于0.5時，按0.5取值。

（3）地震作用效應(yīng)值按下式計算：

S=γGSGA+γEHSEHA

式中，S為機(jī)電工程設(shè)施或構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計值;γG為重力荷載分項系數(shù)，一般情況應(yīng)采用1.2;γEH為水平地震作用分項系數(shù)，取1.3;SGA為重力荷載代表值的效應(yīng);SEHA為水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。

（4）復(fù)核：地震作用效應(yīng)值S≤R時，即為合格，否則為不合格。R為構(gòu)件承載力設(shè)計值（抗震支架）。

4.2? ? 實例計算分析

嘉禾金茂府項目效果圖如圖1所示，地庫機(jī)電管道包括消防、給排水、通風(fēng)、電氣橋架等，敷設(shè)較復(fù)雜，按設(shè)計要求本小區(qū)應(yīng)對機(jī)電管道設(shè)置抗震措施。但抗震支架設(shè)置對大部門管理者來說都是第一次施工管理，經(jīng)驗不足，為避免支架設(shè)置安裝完成后不符合要求，不能達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)，本項目設(shè)置的所有抗震支架必須在安裝前使用4.1中3個公式進(jìn)行設(shè)計計算，然后復(fù)核抗震支架的制作、安裝及設(shè)置間距是否符合當(dāng)?shù)氐卣鹆τ绊懙囊?，這樣才能保證最終的施工設(shè)計結(jié)果滿足要求。

4.2.1? ? 地下室DN150消防管的抗震支架設(shè)計計算分析

管道抗震支架安裝示意圖如圖2所示。

（1）各參數(shù)確定：

1）本地設(shè)防烈度為7度，地震加速度為0.1g;

2）位置系數(shù)E1：由于支架設(shè)置在地下室底層，位置系數(shù)取1;

3）狀態(tài)系數(shù)E2：由于支承點(diǎn)低于質(zhì)心的管道，狀態(tài)系數(shù)取2;

4）水平地震影響系數(shù)最大值Smax：對應(yīng)設(shè)防烈度為7度的地震影響系數(shù)為0.08;

5）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù)η：設(shè)防類別按丙類建筑計算，消防系統(tǒng)類別系數(shù)取1;

6）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù)γ：設(shè)防類別按丙類建筑計算，消防系統(tǒng)功能系數(shù)取1.4。

（2）水平地震綜合系數(shù)計算：

Sek=γηE1E2Smax=1×1.4×2×10.08=0.224<0.5，按要求直接取0.5。

（3）水平地震力標(biāo)準(zhǔn)值計算：

F=γηE1E2SmaxG=SekG=0.5G

消防管DN150每米重量經(jīng)計算為400 N，按抗震支架間距12 m計算：

F=0.5G=0.5×400×12=2 400 N

（4）地震作用效應(yīng)值計算：

S=γGSGA+γEHSEHA，消防管承重支架按3 m間距計算。重力荷載分項系數(shù)γG取1.2，水平地震作用分項系數(shù)γEH取1.3。

S=2 400×1.3=3 120 N（不計算重力荷載代表值的效應(yīng)）

S=3×400×1.2+2 400×1.3=4 560 N（計算重力荷載代表值的效應(yīng)）

（5）通過計算比較S與R值，復(fù)核結(jié)果是否符合要求，結(jié)果如表1所示。

結(jié)論：經(jīng)過以上計算，現(xiàn)場設(shè)置的水管抗震支架符合要求。

4.2.2? ? 地下室1 200×400風(fēng)管抗震支架的設(shè)計計算分析

風(fēng)管抗震支架安裝示意圖如圖3所示。

（1）各參數(shù)確定：

1）本地設(shè)防烈度為7度，地震加速度為0.1g;

2）位置系數(shù)E1：由于支架設(shè)置在地下室底層，位置系數(shù)取1;

3）狀態(tài)系數(shù)E2：由于支承點(diǎn)低于質(zhì)心的管道，狀態(tài)系數(shù)取2;

4）水平地震影響系數(shù)最大值Smax：對應(yīng)設(shè)防烈度為7度的地震影響系數(shù)為0.08;

5）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù)η：設(shè)防類別按丙類建筑計算，風(fēng)管系統(tǒng)類別系數(shù)取0.9;

6）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù)γ：設(shè)防類別按丙類建筑計算，風(fēng)管系統(tǒng)功能系數(shù)取0.6。

（2）水平地震綜合系數(shù)計算：

Sek=γηE1E2Smax=0.9×0.6×2×10.08=0.086 4<0.5，按要求直接取0.5。

（3）水平地震力標(biāo)準(zhǔn)值計算：

F=γηE1E2SmaxG=SekG=0.5G

風(fēng)管1 200×400每米重量經(jīng)計算為340 N，按抗震支架間距9 m計算：

F=0.5G=0.5×340×9=1 530 N

（4）地震作用效應(yīng)值計算：

S=γGSGA+γEHSEHA，風(fēng)管承重支架按3 m間距計算。重力荷載分項系數(shù)γG取1.2，水平地震作用分項系數(shù)γEH取1.3。

S=1 530×1.3=1 989 N（不計算重力荷載代表值的效應(yīng)）

S=3×340×1.2+1 530×1.3=3 213 N（計算重力荷載代表值的效應(yīng)）

每個吊桿抗拉荷載值：3 213÷2≈1 607 N。

（5）通過計算比較S與R值，復(fù)核結(jié)果是否符合要求，結(jié)果如表2所示。

結(jié)論：經(jīng)過以上計算，現(xiàn)場設(shè)置的風(fēng)管抗震支架符合要求。5? ? 創(chuàng)新設(shè)置

目前民用建筑設(shè)置抗震設(shè)施的項目不多，大部分應(yīng)當(dāng)?shù)卣囊?，也僅是對管道設(shè)置抗震支架。但按以后的發(fā)展趨勢，抗震設(shè)施設(shè)置會越來越多，要求也會越來越嚴(yán)格，如設(shè)備的抗震設(shè)施設(shè)置，目前這一領(lǐng)域基本都未實行。本項目初步對落地風(fēng)機(jī)安裝設(shè)置了抗震設(shè)施，并復(fù)核驗算地震效應(yīng)下地腳螺栓所受的抗拉力、抗剪力，滿足每個螺栓的受拉、受剪設(shè)計值要求，符合規(guī)定。本次初步對設(shè)備進(jìn)行了抗震設(shè)施的安裝，總結(jié)經(jīng)驗，以后會逐步增加設(shè)備抗震設(shè)施的設(shè)置范圍，如運(yùn)用于吊式風(fēng)機(jī)的抗震設(shè)施、配電柜的抗震設(shè)施等。

管道支架的設(shè)置創(chuàng)新——設(shè)置承重與抗震共用支架。目前大部門抗震支架的設(shè)置都是只考慮地震力的效應(yīng)，是在管道承重支架的基礎(chǔ)上額外設(shè)置抗震支架，主要原因有：一是承重支架和抗震支架是兩家單位甚至多家分開設(shè)計、施工，各家負(fù)責(zé)各自的施工內(nèi)容;二是各家設(shè)置支架時，只計算各自的參數(shù)，并未綜合考慮共用的問題。這樣最終產(chǎn)生的不利影響是既增加了安裝工程量，又增加了材料使用量，也延長了施工工期，增加了施工管理難度。因此，以后在設(shè)置支架時，可以充分考慮抗震支架和承重支架的規(guī)范要求，設(shè)置共用支架，同時要嚴(yán)格根據(jù)參數(shù)計算好，必須滿足所有要求。

6? ? 結(jié)語

本文從抗震支架組成與材料要求、設(shè)置原則、施工順序及要點(diǎn)、設(shè)計計算分析及創(chuàng)新設(shè)置等幾方面對建筑工程中抗震支架的施工、設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行了論述，并對后續(xù)抗震支架發(fā)展方向進(jìn)行了創(chuàng)新，以更好地保障人們的居住安全。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50981—2014[S].

[2] 建筑電氣設(shè)施抗震安裝：16D707-1[S].

收稿日期：2020-04-15

作者簡介：汪進(jìn)步（1978—），男，安徽宿州人，工程師，研究方向：工程管理。