建筑工程中抗震支架的施工、设计及应用探讨

摘 要：抗震支架属于特殊支架，区别于普通的承重支架，主要承载由于地震波的冲击管道所受的力，保证设备管道在地震发生时满足规范的要求，不至于受损、遭到破坏，进而影响人们的生活和生命安全。鉴于此，从抗震支架组成与材料要求、设置原则、施工顺序及要点、设计计算分析及创新设置等几方面对建筑工程中抗震支架的施工、设计及应用进行了论述。

关键词：抗震支架;材料;安装要点;设计计算分析;创新设置

0    引言

随着人民生活水平的提高，对建筑安全的要求越来越严格，全球变暖，人们赖以生存的环境不断恶化，可能发生的地震随时会破坏我们赖以生存的家园，尤其是与我们息息相关的地方——建筑小区。因此，实现对建筑小区的抗震设计、施工已刻不容缓，其中对机电管线支架体系的抗震设计、施工尤其重要。

嘉禾金茂府项目以住宅为主，涵盖幼儿园、农贸市场、商业，由26层高层、10层洋房，共计29栋楼组成高端住宅，占地约11万m2，总建筑面积约36万m2，地下一层。抗震支架在此项目得到了充分运用，并获得了当地政府的表扬及肯定。现以此项目为例，重点对抗震支架设计、施工中的难点进行论证、分析、计算，并对后续抗震支架发展方向进行了创新。

1    抗震支架组成与材料要求

抗震支吊架系统一般由C型成品槽钢、专用抗震连接件、抗震管卡、裂缝混凝土用后扩底锚栓或钢结构梁夹组成，抗震连接件与槽钢通过机械连接可随意调节抗震支吊架尺寸、高度。抗震支吊架现场应做到不焊接，而由锚栓与原有混凝土结构可靠连接，钢结构采用梁夹固定。

1.1    支架的主要制作材料

由单面C型槽钢、螺杆、螺母、抗震连接件、限位紧固件、槽钢端盖及管卡等组成。

1.2    支架的材料要求

（1）整套支吊架系统应具备抗冲击载荷耐火等级要求，在特殊荷载下发生火灾时能保证安全，确保发生火灾情况下具有一定的耐火等级（不小于180 min）。

（2）用于抗震支架的C型钢应为Q235B及以上强度的钢材，且要求为冷压成型槽钢;槽钢侧面应具有轴向加劲肋，以加强截面刚度及抗弯能力;应能提供检测机构出具的槽钢材质检验报告、槽钢正面抗压承载力测试报告、侧面抗压承载力测试报告、背部受拉承载力测试报告。

（3）抗震支吊架C型槽钢内缘须有齿牙，且齿牙深度不小于0.9 mm;所有配件的安装依靠机械咬合实现，严禁任何以配件的摩擦作用来承担受力的安装方式，以保证整个系统的可靠连接。

（4）抗震支吊架应防腐，槽钢表面应采用热浸锌处理（锌层厚度不低于55 μm），以满足抗震支吊架的耐久性。成品槽钢现场切割部分切口，应保证切口断面垂直，切割后应使用砂纸或板锉去除切口毛刺，然后对切口涂层进行修补处理，热镀锌成品槽钢用喷锌罐补锌，修补后的涂层厚度应不小于原涂层厚度。

2    抗震支架设置要点

（1）所有给排水、暖通、电气专业需要按规范要求进行抗震支架设置。

（2）对每段水平直管道应在其两端设置侧向抗震支吊架。

（3）对每段水平直管道都应至少设置一个纵向抗震支吊架，当两个纵向抗震支吊架距离超过最大设计间距时，应按要求间距依次增设纵向抗震支吊架。

（4）水平管道在安装柔性补偿器及伸缩节的两端必须设置侧向及纵向抗震支吊架。

3    抗震支架安装要点

本项目现场地下室总体面积较大，各专业管线多，大部分都采用水平平面排布，但局部管道交叉严重，因此所有管线安装前要充分利用BIM图，落实各自管线承重支架设置的位置，避免边施工边设计，减少打架。抗震支架安装前也要根据已有的承重支架，充分考虑自己的安装位置，并反映在图纸上，然后再进行施工。抗震支吊架的安装主要从以下几点进行把控：

3.1    抗震支吊架构件的存放及加工处理

（1）抗震支吊架构件运输到现场时，应尽量存放于干燥的室内，小型构件应分序放好。

（2）槽钢及吊杆放置在室内时，应在地面放置木条或防水薄膜。当受场地制约不得不放置到室外时，存放方式同室内一样，但地面必须设置一层防水层，防止抗震产品构件腐蚀。

（3）槽钢及吊杆放置时堆叠高度不宜过高，且接触全螺纹吊杆时应戴上手套，防止被螺纹划伤。

（4）切割槽钢和吊杆应采用无齿距或砂轮锯。有孔槽钢切割时必须按照槽钢标示的刻度进行，以保证后续安装精度。

（5）为保证槽钢断面的垂直度，对于C型槽钢，要采用背切（开口朝下）。

（6）切割槽钢或吊杆后，应把材料上吸附的铁屑清除，还应把材料的切口用砂轮磨去毛刺并喷上镀锌剂，以保护抗震支吊架构件，防止毛刺划伤人体。

3.2    抗震支吊架的安装、固定

施工人员先對照施工图纸熟悉现场施工环境及已完成安装管道的走向和规格，确认楼板厚度是否满足受力要求，确认现场实际可利用的安装空间是否足够满足要求，确认抗震支架的规格与现场管线规格是否相符合。

3.2.1    测量、锚栓定位

主要是测量所要安装点的风管、水管规格，风管、水管底标高距楼板的高度，来决定全螺纹吊杆的长度、上下两根横梁槽钢的长度、加劲槽钢的长度及斜撑槽钢的长度;确定膨胀锚栓的位置，以便进行钻孔。在混凝土结构上，机械锚栓的打入必须达到规定的深度值。

3.2.2    切料

根据测量出的数据来决定全螺纹吊杆、上下槽钢、加劲槽钢及斜撑槽钢的长度，然后进行切割，切割完后须在切口处喷洒金属喷锌剂，避免切口腐蚀。

3.2.3    主吊的安装

根据主吊膨胀螺栓的位置钻孔，进而安装膨胀锚栓及全螺纹吊杆。

3.2.4    横梁的安装

风管抗震支架安装上下两根横梁时，其下横梁须拧紧，进而安装限位组件，上横梁维持松弛状态。水管抗震支架安装横梁槽钢，需要用P型管夹或Ω型夹将水管固定在横梁槽钢上。

3.2.5    侧向、纵向支撑的安装

先定位侧向、纵向支撑的膨胀锚栓的位置，然后钻孔，进而安装侧向、纵向支撑。其中安装风管抗震支架时上横梁也须安装拧紧。

3.2.6    加劲装置的安装

安装加劲装置时，间距应该满足相应的要求。

3.3    抗震支架安装注意事项

（1）固定于混凝土结构的抗震支吊架，应采用具有机械锁效应的后扩底锚栓;

（2）固定于钢柱及钢梁上的抗震支吊架，在不能焊接和打孔连接时，应采用专门的夹具进行连接，对于焊接连接要保证焊接强度，打孔连接要保证连接锚栓具有足够强度;

（3）安装前要保证锚固区表面坚实、平整，不應有起砂、起壳、蜂窝、麻面、油污等影响锚固承载力的缺陷;

（4）在锚固深度的范围内混凝土强度等级应达到C30或以上;

（5）锚固操作应符合锚栓设计要求，避免遇到钢筋和预埋管线。

4    抗震支架的设计计算分析

4.1    抗震支架的计算公式

（1）水平地震力标准值按下式计算（采用等效侧力法进行水平地震作用标准值计算）：

F=γηE1E2SmaxG=SekG

式中，F为机电管线水平地震作用标准值;γ为非结构构件功能系数;η为非结构构件类别系数;E1为状态系数;E2为位置系数;Smax为水平地震影响系数最大值;G为非结构构件的重力，即抗震支吊架间管线满负荷重力值。

（2）水平地震综合系数Sek可按下式计算：

Sek=γηE1E2Smax

注：当Sek计算值小于0.5时，按0.5取值。

（3）地震作用效应值按下式计算：

S=γGSGA+γEHSEHA

式中，S为机电工程设施或构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值;γG为重力荷载分项系数，一般情况应采用1.2;γEH为水平地震作用分项系数，取1.3;SGA为重力荷载代表值的效应;SEHA为水平地震作用标准值的效应。

（4）复核：地震作用效应值S≤R时，即为合格，否则为不合格。R为构件承载力设计值（抗震支架）。

4.2    实例计算分析

嘉禾金茂府项目效果图如图1所示，地库机电管道包括消防、给排水、通风、电气桥架等，敷设较复杂，按设计要求本小区应对机电管道设置抗震措施。但抗震支架设置对大部门管理者来说都是第一次施工管理，经验不足，为避免支架设置安装完成后不符合要求，不能达到抗震标准，本项目设置的所有抗震支架必须在安装前使用4.1中3个公式进行设计计算，然后复核抗震支架的制作、安装及设置间距是否符合当地地震力影响的要求，这样才能保证最终的施工设计结果满足要求。

4.2.1    地下室DN150消防管的抗震支架设计计算分析

管道抗震支架安装示意图如图2所示。

（1）各参数确定：

1）本地设防烈度为7度，地震加速度为0.1g;

2）位置系数E1：由于支架设置在地下室底层，位置系数取1;

3）状态系数E2：由于支承点低于质心的管道，状态系数取2;

4）水平地震影响系数最大值Smax：对应设防烈度为7度的地震影响系数为0.08;

5）非结构构件类别系数η：设防类别按丙类建筑计算，消防系统类别系数取1;

6）非结构构件功能系数γ：设防类别按丙类建筑计算，消防系统功能系数取1.4。

（2）水平地震综合系数计算：

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

（3）水平地震力标准值计算：

F=γηE1E2SmaxG=SekG=0.5G

消防管DN150每米重量经计算为400 N，按抗震支架间距12 m计算：

F=0.5G=0.5×400×12=2 400 N

（4）地震作用效应值计算：

S=γGSGA+γEHSEHA，消防管承重支架按3 m间距计算。重力荷载分项系数γG取1.2，水平地震作用分项系数γEH取1.3。

S=2 400×1.3=3 120 N（不计算重力荷载代表值的效应）

S=3×400×1.2+2 400×1.3=4 560 N（计算重力荷载代表值的效应）

（5）通过计算比较S与R值，复核结果是否符合要求，结果如表1所示。

结论：经过以上计算，现场设置的水管抗震支架符合要求。

4.2.2    地下室1 200×400风管抗震支架的设计计算分析

风管抗震支架安装示意图如图3所示。

（1）各参数确定：

1）本地设防烈度为7度，地震加速度为0.1g;

2）位置系数E1：由于支架设置在地下室底层，位置系数取1;

3）状态系数E2：由于支承点低于质心的管道，状态系数取2;

4）水平地震影响系数最大值Smax：对应设防烈度为7度的地震影响系数为0.08;

5）非结构构件类别系数η：设防类别按丙类建筑计算，风管系统类别系数取0.9;

6）非结构构件功能系数γ：设防类别按丙类建筑计算，风管系统功能系数取0.6。

（2）水平地震综合系数计算：

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

（3）水平地震力标准值计算：

F=γηE1E2SmaxG=SekG=0.5G

风管1 200×400每米重量经计算为340 N，按抗震支架间距9 m计算：

F=0.5G=0.5×340×9=1 530 N

（4）地震作用效應值计算：

S=γGSGA+γEHSEHA，风管承重支架按3 m间距计算。重力荷载分项系数γG取1.2，水平地震作用分项系数γEH取1.3。

S=1 530×1.3=1 989 N（不计算重力荷载代表值的效应）

S=3×340×1.2+1 530×1.3=3 213 N（计算重力荷载代表值的效应）

每个吊杆抗拉荷载值：3 213÷2≈1 607 N。

（5）通过计算比较S与R值，复核结果是否符合要求，结果如表2所示。

结论：经过以上计算，现场设置的风管抗震支架符合要求。5    创新设置

目前民用建筑设置抗震设施的项目不多，大部分应当地政府的要求，也仅是对管道设置抗震支架。但按以后的发展趋势，抗震设施设置会越来越多，要求也会越来越严格，如设备的抗震设施设置，目前这一领域基本都未实行。本项目初步对落地风机安装设置了抗震设施，并复核验算地震效应下地脚螺栓所受的抗拉力、抗剪力，满足每个螺栓的受拉、受剪设计值要求，符合规定。本次初步对设备进行了抗震设施的安装，总结经验，以后会逐步增加设备抗震设施的设置范围，如运用于吊式风机的抗震设施、配电柜的抗震设施等。

管道支架的设置创新——设置承重与抗震共用支架。目前大部门抗震支架的设置都是只考虑地震力的效应，是在管道承重支架的基础上额外设置抗震支架，主要原因有：一是承重支架和抗震支架是两家单位甚至多家分开设计、施工，各家负责各自的施工内容;二是各家设置支架时，只计算各自的参数，并未综合考虑共用的问题。这样最终产生的不利影响是既增加了安装工程量，又增加了材料使用量，也延长了施工工期，增加了施工管理难度。因此，以后在设置支架时，可以充分考虑抗震支架和承重支架的规范要求，设置共用支架，同时要严格根据参数计算好，必须满足所有要求。

6    结语

本文从抗震支架组成与材料要求、设置原则、施工顺序及要点、设计计算分析及创新设置等几方面对建筑工程中抗震支架的施工、设计及应用进行了论述，并对后续抗震支架发展方向进行了创新，以更好地保障人们的居住安全。

[参考文献]

[1] 建筑机电工程抗震设计规范：GB 50981—2014[S].

[2] 建筑电气设施抗震安装：16D707-1[S].

收稿日期：2020-04-15

作者简介：汪进步（1978—），男，安徽宿州人，工程师，研究方向：工程管理。