建筑给水直管段抗震支吊架间距计算分析

黎仕国

（广州设计院集团有限公司，广东 广州 510620）

0 前言

机电抗震支架是一种能把机电设施的地震作用荷载传递至承载结构上的组件或装置成品。机电抗震支架能够限制在地震作用下附属机电设施的位移，能够控制机电设施的振动幅度。抗震支吊架的设计流程如下：分析土建图纸→依据抗震规范选取抗震需求管线→确定间距，布置抗震支吊架→绘制节点、构造详图→荷载校核、编支吊架力学计算书。其中第一步和第二步一般属于设计院的工作内容；第三步设计院图纸一般采用通用节点大样图，实施前由成品抗震支吊架厂家深化；第五步则一般由中标成品抗震支吊架厂家出具。

1 分析计算过程

为了确定抗震支架的间距，需要按《建筑机电工程抗震设计规范》中，水平管线抗震支吊架计算间距公式计算取得，计算间距公式见式（1）：

式中：l-水平管线抗震支吊架的计算间距，m；lo-水平管线抗震支吊架的间距基准值，m；k-抗震支吊架斜撑角度的调整系数；αEK-水平地震力综合系数。

以下对式（1）中的参数进行逐个分析：

1.1 lo水平管线抗震支吊架的间距基准值分析

给水管道包括生活冷水给水管道、热水给水管道和消防给水管道。抗震支吊架的间距基准值分成以下四种情况：①对于新建工程刚性连接的金属管，侧向支架基准值为12m，纵向支架为24m；②对于新建工程柔性连接的金属管，侧向支架基准值为6m，纵向支架为12m；③对于改建工程刚性连接的金属管，侧向支架基准值为6m，纵向支架为12m；④对于改建工程柔性连接的金属管，侧向支架基准值为3m，纵向支架为6m。

可以看出，任何工况下，纵向支架的基准值均为侧向支架的2倍，这给抗震支架的计算和布置带来了极大的方便。故计算间距时，只需要计算侧向支架即可。布置抗震支架时，只需要按侧向支架的间距进行布置，然后按间隔把侧向支架替换为纵向支架即可。

1.2 k斜撑角度的调整系数的分析

斜撑角度的调整系数是一个与抗震支吊架斜撑角度相关的调整系数。抗震支吊架斜撑角度指抗震斜撑杆与承重垂直吊杆的夹角θ，在规范中表述为斜杆垂直长度与水平长度之比。为便于理解，已列出如表1所示所对照表。

从表1可以看出，当斜撑杆与垂直吊杆的夹角θ越小，即斜撑杆越接近垂直的时候，斜撑角度的调整系数k值越大，则抗震支吊架的计算间距l则越小。这是因为根据力学特性，斜撑杆越接近垂直，当其承受相同轴向应力时，水平分量更小，故需要设置更多的斜撑杆。规范同时要求侧向、纵向抗震支架的斜撑安装，垂直角度θ宜为45°，且不得小于30°。当垂直角度θ为30°时，斜杆垂直长度与水平长度之比为1.732，斜撑角度调整系数k值用内插法得到为1.976。即斜撑角度调整系数k值即宜为1，且不得大于1.976。

表1 斜撑角度的调整系数对照

1.3 αEK水平地震力综合系数分析

当水平地震力综合系数αEK≤1.0时，按1.0取。当αEK＞1.0时，按计算值。αEK的计算公式见式（2）：

式中：γ-功能系数；η-类别系数；ζ1-状态系数；ζ2-位置系数；αmax-地震影响系数最大值。

以下对式（2）中的参数进行逐个分析。

1.3.1 γ（功能系数）及η（类别系数）分析

首先把给水分层消防与非消防给水管两类，然后按表2进行选择。

表2 功能系数γ和类别系数η

表2中的甲类建筑、乙类建筑及丙类建筑的分类，属于按建筑物使用功能重要性的分类。具体可以详《建筑抗震设防分类标准（GB 50223—2008）》。工程设计时，可以按结构专业提资为准。

1.3.2 ζ1（状态系数）分析

按照规范中的说法，状态系数ζ1当支承点低于管道质心时，宜取2.0；其余情况取1.0。故当采用支架时，支承点均位于管道上方，故取1.0；但应注意当采用支撑托架时，支承点均位于管道下方，此时宜取2.0。

1.3.3 ζ2（位置系数）分析

当管道位于建筑物的顶点时，宜取2.0；当管道位于建筑物的底部时，宜取1.0。当管道位于建筑物中部时，位置系数ζ2值用线型内插值就得。注意此处建筑物底部指首层，而地下室均取1.0。按可见，同一类管道位于不同楼层时，其位置系数是不一样的，也就说明不同楼层的抗震支架的间距将有可能不同。

1.3.4 αmax（地震影响系数最大值）分析

地震影响系数αmax值按多遇地震，并按抗震设防烈度及不同的设计基本地震加速度值进行选取。抗震设防及设计基本地震加速度值详《建筑抗震设计规范（GB 50011—2010）》（2016年版）。工程设计时，可以按结构专业提资为准。地震影响系数最大值αmax见表3。

表3 地震影响系数最大值αmax

2 布置抗震支吊架方式对间距的影响

抗震支架进行手工排布时，可以采取两种方式——终点不等间距布置法以及全程等间距布置法。以上两种方法将对抗震支吊架的最终间距产生影响，以下进行分析。

（1）终点不等间距布置法的布置原理如下。根据式（1）求得计算间距l，从直管道的起点段（距离端点不大于600mm）开始布置第一个支架，然后按计算间距l布置后续支架，当支架距终点端点不大于600mm时，布置结束；支架距终点端点大于600mm时，随后再布置最后一个支架，布置结束。但也可适量减少倒数第二个支架与倒数第三个支架的间距。这种布置方法特点是除最后两个支架间距外，直管段的支架间距均等于计算间距l。对于手工绘图布置来讲，终点不等间距布置法具有过程简单、速度快的优点。

（2）全程等间距布置法的布置原理如下。测量需布置抗震支架的管道的直线长度，然后除以计算间距l，得出支架数No；No一般为带小数的实数，No往上取为整数后得N，用管道直线长度除以N，得到抗震支吊架的实际间距ls，然后在直管道上按实际间距ls依次均匀布置支架。这种布置方法特点是直管段上的支架间距均相等，并且实际间距小于计算间距l。但对于手工绘图布置来讲，等间距布置法的布置过程稍复杂、绘图速度较终点不等间距布置法慢。

3 结论

（1）根据上述对影响水平地震力综合系数αEK的各参数分析，可知得出以下结论：

①当抗震设防烈度为Ⅶ度级及以下时，αEK的计算值均小于1.0，故αEK取1.0即可，无须再计算；

②当抗震设防烈度为Ⅷ度（0.30g）及以下时，只要不采用支撑托架（只采用吊架），αEK的计算值均小于1.0，故αEK取1.0即可，无须再计算；

③当抗震设防烈度为Ⅷ度（0.20g）及以下时，只要不是甲类建筑的消防管道，αEK的计算值均小于1.0，故αEK取1.0即可，无须再计算；

④当抗震设防烈度为Ⅸ度级以下时，只要不是甲类建筑的消防管道，并不采用支撑托架（只采用吊架），αEK的计算值均小于1.0，故αEK取1.0即可，无须再计算。

（2）对水平管线抗震支吊架的计算间距l的计算式可知，当αEK的取值等于1时，有且只有当斜撑角度的调整系数k值等于1时，l才等于lo。此时斜撑角度指抗震斜撑杆与承重垂直吊杆的夹角θ只能为45°。但由于施工现场管线众多，安装条件复杂，难以绝对保证现场斜撑安装夹角θ为45°。为了便于现场按实际情况调整夹角θ，减少后期施工深化时的抗震支架数量变更，建议布置抗震支架时采用全程等间距布置法，该方法布置的支架实际间距小于计算间距l，为现场调整夹角θ提供一定的裕度。