暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震支吊架設(shè)置思考

沈雪峰

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

0 引言

建筑工程抗震包括建筑結(jié)構(gòu)抗震、建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震、建筑機(jī)電設(shè)備抗震三個(gè)方面的工作內(nèi)容。我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震和建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震相關(guān)研究起步較早，相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、鑒定已有較完備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件，而隨著GB50981-2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》于2015 年8 月1 日起正式實(shí)施，建筑機(jī)電設(shè)備抗震措施方才普遍地、成體系地在建筑工程中落實(shí)。建筑機(jī)電抗震措施主要包括合理規(guī)劃管線設(shè)備安裝位置、避免設(shè)備位移或傾倒、控制管線位移及因位移造成的接口破壞等，抗震支吊架作為控制吊裝設(shè)備、管線水平位移的裝置自其概念首次被GB50981 規(guī)范引入后，于2015 年起在建筑工程中被廣泛應(yīng)用。

作為建筑機(jī)電的重要組成部分，暖通空調(diào)系統(tǒng)中空調(diào)通風(fēng)及防排煙設(shè)備數(shù)量繁多，空調(diào)通風(fēng)風(fēng)管、防排煙風(fēng)管、空調(diào)水管工程量巨大，抗震支吊架用量也較大，在暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震支吊架設(shè)計(jì)及施工安裝中發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之間對(duì)接匹配的問(wèn)題、規(guī)范條文本身合理性的問(wèn)題，值得探討和研究。

1 抗震支吊架設(shè)置的規(guī)范要求及實(shí)施情況

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016 年版）適用于抗震設(shè)防烈度為6 度至9 度地區(qū)建筑工程抗震設(shè)計(jì)，確定了抗震設(shè)計(jì)減輕地震破壞、防止次生傷害、避免人員傷亡、減少經(jīng)濟(jì)損失的原則，對(duì)包括暖通空調(diào)系統(tǒng)在內(nèi)的建筑機(jī)電設(shè)備要求“自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)”，且明確“非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)由相關(guān)專業(yè)人員分別負(fù)責(zé)進(jìn)行”[1]。相關(guān)規(guī)范條文在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001 版本中即已存在，但因具體條文主要為原則性要求，包括暖通空調(diào)系統(tǒng)的建筑機(jī)電設(shè)備，在GB50981-2014 實(shí)施前極少有進(jìn)行相關(guān)抗震設(shè)計(jì)的情況。

《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014 適用于抗震設(shè)防烈度為6 度至9 度地區(qū)建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)，第1.0.4 條要求“抗震設(shè)計(jì)烈度為6 度及6 度以上地區(qū)的建筑機(jī)電工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)”并作為強(qiáng)制性條文執(zhí)行。該規(guī)范對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)提出了具體的抗震設(shè)計(jì)措施要求，明確了抗震支吊架設(shè)置的范圍，并規(guī)定了抗震支吊架形式、設(shè)置間距及數(shù)量。該規(guī)范第5.1.4 條為強(qiáng)制性條文：“防排煙風(fēng)道、事故通風(fēng)風(fēng)道及相關(guān)設(shè)備應(yīng)采用抗震支吊架”。同時(shí)要求應(yīng)設(shè)置抗震支吊架或抗震支撐的對(duì)象包括：鍋爐房、制冷機(jī)房、熱交換站內(nèi)的暖通水管道，吊裝、重量大于1.8kN的空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)等設(shè)備；要求可設(shè)置抗震支吊架或抗震支撐的對(duì)象包括矩形截面面積大于等于0.38 m2和圓形直徑大于等于0.70 m 的風(fēng)道；對(duì)冷熱源機(jī)房以外的空調(diào)水管未提及抗震支吊架設(shè)置要求[2]。

與GB50981-2014 匹配，城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑機(jī)電設(shè)備抗震支吊架通用技術(shù)條件》CJ/T476-2015 規(guī)定了建筑機(jī)電設(shè)備抗震支吊架的術(shù)語(yǔ)和定義、分類和標(biāo)記、材料、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)、包裝、運(yùn)輸和貯存等。中國(guó)工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《抗震支吊架安裝及驗(yàn)收規(guī)程》CECS420-2015 規(guī)定了抗震支吊架安裝及驗(yàn)收的相關(guān)要求。國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《裝配式管道支吊架（含抗震支吊架）》18R417-2 提供了裝配式抗震吊架做法及選型方案，適用于抗震設(shè)防烈度6～8 度地區(qū)、管徑≤DN300 的空調(diào)冷熱水管、供暖熱水管道[3]。國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《金屬、非金屬風(fēng)管支吊架（含抗震支吊架）》19K112 提供了風(fēng)管抗震支吊架做法及選型方案，適用于抗震設(shè)防烈度小于等于8 度地區(qū)、直徑不大于2000 mm 的圓形風(fēng)管或長(zhǎng)邊不大于2000 mm 的矩形風(fēng)管[4]。

自《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014于2015 年8 月1 日正式實(shí)施，得益于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)施性較強(qiáng)，同時(shí)受強(qiáng)制性條文約束的影響，抗震支吊架在暖通空調(diào)系統(tǒng)中得到了廣泛而普遍的應(yīng)用，并主要應(yīng)用于防排煙風(fēng)道、事故通風(fēng)風(fēng)道及相關(guān)設(shè)備。暖通空調(diào)系統(tǒng)中幾種常見(jiàn)抗震支吊架工程應(yīng)用場(chǎng)景如圖1～3 所示。

圖1 風(fēng)管側(cè)向抗震支吊架

2021 年4 月9 日發(fā)布并已于2022 年1 月1 日實(shí)施的強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》GB55002-2021 第5.1.12 條規(guī)定“建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及附屬機(jī)電設(shè)備，其自身及與結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)防”，而《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014 第1.0.4 條、第5.1.4 條強(qiáng)制性條文隨GB55002-2021 實(shí)施同時(shí)廢止?？紤]相關(guān)條文廢止主要出于規(guī)范工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化體系的目的，在《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981 版本更新發(fā)布之前，抗震支吊架在暖通空調(diào)系統(tǒng)中仍維持原設(shè)置要求。

圖2 風(fēng)管雙向抗震支吊架

圖3 風(fēng)機(jī)雙向抗震支吊架

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震支吊架設(shè)置應(yīng)用現(xiàn)狀

暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震支吊架設(shè)計(jì)工作內(nèi)容包括確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)置范圍、選型應(yīng)力計(jì)算、點(diǎn)位布置等。目前較為普遍的實(shí)施方式是由項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位暖通專業(yè)確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)置范圍，后續(xù)由抗震支吊架專業(yè)生產(chǎn)廠家或其關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)單位深化設(shè)計(jì)并完成相關(guān)計(jì)算及點(diǎn)位布置圖紙，深化設(shè)計(jì)成果提交設(shè)計(jì)單位審核確認(rèn)后，由專業(yè)生產(chǎn)廠家供貨，最終安裝工作由專業(yè)生產(chǎn)廠家或項(xiàng)目安裝單位實(shí)施。

該實(shí)施方式基于現(xiàn)行規(guī)范要求及設(shè)計(jì)行業(yè)現(xiàn)狀產(chǎn)生，有其合理性，主要原因在于根據(jù)GB50981-2014第8.1.2 條要求，“組成抗震支吊架的所有構(gòu)件應(yīng)采用成品構(gòu)件”，而不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品存在一定的差異，相關(guān)圖集選型做法也僅基于有限類型產(chǎn)品，根據(jù)《中華人民共和國(guó)建筑法（2019 年修訂）》第五十七條的規(guī)定，項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)人員不能根據(jù)規(guī)范、圖集直接選用最終采購(gòu)應(yīng)用的產(chǎn)品，而必須待抗震支吊架產(chǎn)品采購(gòu)意向確定后由專業(yè)生產(chǎn)廠家參與深化設(shè)計(jì)。不過(guò)，近年來(lái)工程應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了專業(yè)生產(chǎn)廠家深化設(shè)計(jì)模式存在的一些問(wèn)題。因抗震支吊架招標(biāo)后才能進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，招標(biāo)時(shí)尚無(wú)精確的工程量清單，采用單價(jià)合同形式時(shí)往往存在過(guò)度設(shè)計(jì)的問(wèn)題，而采用總價(jià)合同形式時(shí)又容易出現(xiàn)質(zhì)量難以保證的情況[5]。

3 問(wèn)題及思考

3.1 抗震支吊架設(shè)置范圍與抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

暖通空調(diào)系統(tǒng)包含眾多類型的設(shè)備管線，管線種類包括空調(diào)冷熱水管、冷卻水管、空調(diào)風(fēng)管、平時(shí)通風(fēng)風(fēng)管、事故通風(fēng)風(fēng)管、防排煙系統(tǒng)風(fēng)管等，設(shè)備種類包括空調(diào)末端設(shè)備、平時(shí)通風(fēng)設(shè)備、事故通風(fēng)設(shè)備、防排煙風(fēng)機(jī)等。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016 年版）附錄A，我國(guó)各縣級(jí)及縣級(jí)以上主要城鎮(zhèn)中心地區(qū)抗震設(shè)防烈度均在6 度及以上，《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014 規(guī)定的暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震支吊架設(shè)置范圍與建筑自身抗震設(shè)防類別無(wú)關(guān)，也與地區(qū)抗震設(shè)防烈度無(wú)關(guān)，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的差異僅體現(xiàn)在抗震支吊架間距計(jì)算和地震作用力計(jì)算兩個(gè)方面。

抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)建筑所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度和建筑自身的抗震設(shè)防類別確定。根據(jù)國(guó)務(wù)院令第744 號(hào)文及《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223-2008 相關(guān)條文，根據(jù)使用功能以及在抗震救災(zāi)中的作用等因素，建筑工程分為特殊設(shè)防類、重點(diǎn)設(shè)防類、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類、適度設(shè)防類共四個(gè)抗震設(shè)防類別，簡(jiǎn)稱甲類、乙類、丙類、丁類。甲類、乙類建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)“應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施”，丙類建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)“應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其抗震措施”，丁類建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)“允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低其抗震措施”[6]。

從采取抗震措施的目的角度考慮，抗震支吊架設(shè)置范圍應(yīng)根據(jù)地區(qū)抗震設(shè)防烈度和建筑抗震設(shè)防類別兩方面因素綜合確定差異化的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即結(jié)合地區(qū)抗震設(shè)防烈度、建筑自身抗震設(shè)防類別兩方面進(jìn)行考慮。以醫(yī)院建筑為例，為保證其防災(zāi)救災(zāi)功能的可靠性，對(duì)抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)、劃為特殊設(shè)防類的三級(jí)醫(yī)院的門診、醫(yī)院、住院用房，暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震支吊架設(shè)置范圍建議覆蓋空調(diào)冷熱水管、空調(diào)通風(fēng)風(fēng)管，以降低因地震破壞導(dǎo)致的系統(tǒng)受損程度、減少災(zāi)后維修恢復(fù)的工作量，而非僅針對(duì)防排煙系統(tǒng)、事故通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置。對(duì)于地區(qū)抗震設(shè)防烈度較低的適度設(shè)防類建筑，也宜相應(yīng)適度降低抗震支吊架的設(shè)置范圍要求。

3.2 抗震支吊架設(shè)置方位

暖通空調(diào)系統(tǒng)中抗震支吊架設(shè)置范圍，除按系統(tǒng)分類進(jìn)行考慮外，建議基于避免人員傷亡的原則，增加人員疏散逃生通道上方管線的抗震措施?！督ㄖC(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014 要求重量大于180 kg 的空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)等設(shè)備避免設(shè)置在人員活動(dòng)和疏散通道位置的上方，而對(duì)于大口徑空調(diào)冷熱水管、冷卻水管未提及抗震措施。大口徑水管在充水狀態(tài)下重量較大，以Φ530×12 規(guī)格保溫水管為例，管道滿水含保溫重量達(dá)332 kg/m，且在工程中水管路由很難避開(kāi)疏散位置。針對(duì)這種情況，建議參照給水排水系統(tǒng)管道抗震設(shè)計(jì)要求，在抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高的項(xiàng)目中對(duì)大口徑空調(diào)冷熱水管、冷卻水管設(shè)置抗震支吊架或采取其他有效抗震措施。

3.3 抗震支吊架與既有支吊架體系之間的關(guān)系

支吊架用于支承管道、設(shè)備并與結(jié)構(gòu)主體連接，承受來(lái)自各方的力和力矩。暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用到眾多類型的支吊架，根據(jù)其使用用途可分為抗震支吊架、固定支吊架、承重支吊架、滑動(dòng)支吊架、導(dǎo)向支吊架和防晃支吊架等不同類型，各類型支吊架用途見(jiàn)表1。

表1 暖通空調(diào)系統(tǒng)支吊架分類

基于承受荷載的能力，同一支吊架具備同時(shí)滿足不同用途的可能。引入抗震支吊架概念之前的既有支吊架體系也能夠滿足部分情況下抗震支撐的需求，如國(guó)標(biāo)圖集《室內(nèi)管道支架及吊架》03S402 中的支吊架已按地震設(shè)防烈度≤8 度計(jì)算荷載設(shè)計(jì)[7]。固定支吊架承受管道膨脹收縮產(chǎn)生的推力，該推力往往遠(yuǎn)大于管道重力荷載和地震力荷載，即便考慮不同類型荷載同時(shí)綜合作用，大部分情況下固定支吊架也能夠同時(shí)滿足抗震支吊架、承重支吊架和防晃支吊架的功能，在復(fù)核滿足地震力荷載要求的情況下，理應(yīng)可以替代相應(yīng)部位的抗震支吊架。對(duì)防晃支吊架，抗震支吊架也能滿足防晃功能，根據(jù)《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50243-2016 相關(guān)條文，暖通空調(diào)系統(tǒng)“懸吊的水平主、干風(fēng)管直線長(zhǎng)度大于20 m 時(shí)，應(yīng)設(shè)置防晃支架或防止擺動(dòng)的固定點(diǎn)”，“冷（熱）媒水、冷卻水系統(tǒng)管道機(jī)房?jī)?nèi)總、干管的支、吊架，應(yīng)采用承重防晃管架”，“當(dāng)水平支管的管架采用單桿吊架時(shí)，應(yīng)在系統(tǒng)管道的起始點(diǎn)、閥門、三通、彎頭處及長(zhǎng)度每隔15 m 處設(shè)置承重防晃支、吊架”[8]，建議當(dāng)相應(yīng)風(fēng)管、空調(diào)水管有抗震支吊架設(shè)置要求時(shí)，防晃支吊架與抗震支吊架合并設(shè)置。

抗震支吊架設(shè)置的思路應(yīng)在既有支吊架體系基礎(chǔ)上對(duì)不滿足地震荷載作用的局部部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，保證抗震功能的同時(shí)避免過(guò)度冗余設(shè)置?，F(xiàn)行《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014 要求組成抗震支吊架所有構(gòu)件采用成品構(gòu)件，這對(duì)利用其它能滿足抗震功能要求的支吊架作為抗震支撐制造了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上的困難，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)在既有支吊架體系外整體增設(shè)抗震支吊架，造成不必要的重復(fù)投資。在各支吊架相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)更新前，暖通空調(diào)系統(tǒng)各類支吊架設(shè)置可在規(guī)范允許的尺度范圍內(nèi)合理規(guī)劃搭配，同時(shí)，支吊架整體應(yīng)用研究、復(fù)合功能支吊架開(kāi)發(fā)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化更新都是行業(yè)內(nèi)應(yīng)該關(guān)注的內(nèi)容。

3.4 抗震支吊架形式

建筑機(jī)電抗震設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程條件和系統(tǒng)抗震需要選擇最合理的抗震措施和抗震支吊架形式。能夠滿足抗震支承要求的支吊架具體的形式、材質(zhì)是多種多樣的，以日本《建筑設(shè)備耐震設(shè)計(jì)·施工指針2014 年版》為例，其水平管道抗震措施章節(jié)列舉了13 種抗震支撐做法，除利用穿越結(jié)構(gòu)梁、墻位置方式外，其余均為支吊架做法，而所用材料主要為角鋼、槽鋼和螺紋鋼筋拉索等[9]。目前，《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014 要求組成抗震支吊架所有構(gòu)件采用成品構(gòu)件，將抗震支吊架作為一種產(chǎn)品，而相關(guān)配套設(shè)計(jì)圖集也均采用裝配式支吊架產(chǎn)品，一方面，這種認(rèn)定方式適應(yīng)了發(fā)展裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)政策，促進(jìn)了裝配式抗震支吊架產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但另一方面，對(duì)控制工程成本、提高創(chuàng)新熱情可能存在不利影響。因此，建議規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)圖集在提高裝配式抗震支吊架應(yīng)用便利性的同時(shí)，允許更多形式的抗震支吊架做法，以期根據(jù)不同位置管線設(shè)備受力情況采取最合理的抗震措施，不斷提高建筑機(jī)電抗震的水平、促進(jìn)安裝施工工藝的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

自建筑機(jī)電抗震設(shè)計(jì)首部規(guī)范實(shí)施以來(lái)，暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)得到了很大重視，系統(tǒng)抗震水平也得到了提高。在已取得成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，建議根據(jù)地區(qū)抗震設(shè)防烈度和建筑抗震設(shè)防類別綜合考慮確定抗震支吊架設(shè)置范圍，結(jié)合抗震需求進(jìn)一步研究抗震支吊架設(shè)置范圍和方位、做法形式，并結(jié)合抗震支吊架和既有支吊架形式研究支吊架體系整體應(yīng)用、開(kāi)發(fā)復(fù)合功能支吊架，優(yōu)化完善相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提升暖通空調(diào)系統(tǒng)抗震水平。