淺析用常規(guī)構(gòu)件設(shè)計抗震支架

按照按照GB50981-2014《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》要求，參照現(xiàn)有的國標圖集，本文通過對抗震支吊架的結(jié)構(gòu)體系進行受力分析，對抗震支吊架的連接節(jié)點進行簡化，使抗震支吊架的受力更簡單，力的傳遞更明確，不僅可以滿足工程所需，而且降低了工程造價，減少施工難度。

1.必要性

觀察現(xiàn)階段已存在的建筑，機電工程抗震實施效果不佳，不能很好地抵抗地震作用。因為機電工程中，那些吊裝于天花板下的設(shè)備管道使用的支架僅為普通支架，這種普通支架僅提供垂直方向的支撐，缺少抵抗地震作用的構(gòu)件。地震來臨時，會導致給排水系統(tǒng)、通風排煙系統(tǒng)、燃氣供應(yīng)系統(tǒng)、應(yīng)急通信系統(tǒng)等重要機電工程無法正常使用，甚至引發(fā)次生災(zāi)害。因此抗震支吊架對機電工程的抗震設(shè)計具有重要的意義。

2. 抗震支吊架的設(shè)計

圖3-1 簡易抗震支吊架

本文設(shè)計的抗震支吊架(如圖3-1)由錨固件、橫擔、豎向吊桿、縱向斜撐及側(cè)向斜撐組成。

以給排水管道的抗震支吊架為例，圖3-1所示側(cè)向斜撐抵抗平行于管道截面的水平地震作用，保護管線不會產(chǎn)生側(cè)向位移；縱向斜撐抵抗垂直于管道截面的水平地震作用保護管線不會產(chǎn)生縱向位移；豎向吊桿和橫擔提供管道的重力支撐。

規(guī)范規(guī)定，建筑機電工程抗震設(shè)計內(nèi)容應(yīng)包括地震作用計算和建筑機電設(shè)備支架、連接件或錨固件的截面承載力抗震驗算。

假設(shè)某地抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g），一棟乙類建筑中，給排水管道的抗震支吊架設(shè)計。參考圖集《裝配式管道支吊架》（含抗震支吊架）18R417中，DN150的水管外徑為159mm，在滿水狀態(tài)下的重量為0.395kN/m。支吊架高度為1m。

本次計算平行于管道截面的水平地震作用：

圖3-2 抗震支吊架受力分析

假設(shè)：抗震支吊架安裝距離為12m一個，普通吊架安裝距離為2m一個。

計算應(yīng)分為兩種工況：

①工況Ⅰ：地震作用下的計算

根據(jù)《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50981-2014中，第3.5.1條建筑機電工程設(shè)施的地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的基本組合。

S=γGSGE+γEhSEhk（式3-1）

S為機電工程設(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)，一般情況取1．2；

γEh為水平地震作用分項系數(shù)，取1．3；

SGE為重力荷載代表值的效應(yīng)；

SEhk為水平地震作用標準值的效應(yīng)。

重力荷載代表值SGE可以根據(jù)普通吊架安裝距離為2m計算求得。

水平地震作用標準值SEhk采用《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50981-2014中，第3.4.5條規(guī)定的等效側(cè)力法計算。

F=γηζ1ζ2αmaxG（式3-2）

F為沿最不利方向施加于機電工程設(shè)施重心處的水平地震作用標準值；

γ為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù)，本次取1.0；

η為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù)，本次取0.9；

ξ1為狀態(tài)系數(shù)；對支承點低于質(zhì)心的任何設(shè)備和柔性體系宜取2．0，其余情況可取1．0；

ξ2為位置系數(shù)，建筑的頂點宜取2．0，底部宜取1．0，沿高度線性分布；對結(jié)構(gòu)要求采用時程分析法補充計算的建筑，應(yīng)按其計算結(jié)果調(diào)整；

αmax為地震影響系數(shù)最大值；

G為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力，應(yīng)包括運行時有關(guān)的人員、容器和管道中的介質(zhì)及儲物柜中物品的重力。

αmax=0.08小于0.5，故αmax=0.5，γ=1.0，η=0.9，ζ1=1.0，ζ2=1.0。

根據(jù)抗震支吊架間距為12.0m，由式3-2可以求得水平地震作用標準值SEhk。

工況②：承載能力極限狀態(tài)的計算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》GB 50068-2018中第8.2.4條計算，其中永久作用的標準值根據(jù)普通吊架安裝距離為2m計算其重力作用，檢修荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012中第5.5.1條取7.0kN。

3. 抗震支吊架的優(yōu)勢

3.1結(jié)構(gòu)節(jié)點做法的選擇。

地震作用是一個反復荷載作用，從滯回性能和耗能角度分析，錨固連接破壞應(yīng)控制為錨栓鋼材破壞，避免混凝土基材破壞。化學植筋，因其錨固深度可根據(jù)計算受力要求、基材尺寸及現(xiàn)場條件確定，目前，已經(jīng)過大量試驗及工程實踐驗證，按理應(yīng)在地震區(qū)優(yōu)先應(yīng)用。后擴底錨栓和特殊倒錐形錨栓應(yīng)用范圍限制在抗震設(shè)防烈度在8度(0.2g)及以下，主要是參考了現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》GB 50367的有關(guān)規(guī)定。根據(jù)全國建筑物鑒定與加固標準技術(shù)委員會近10年來對各種錨栓所進行的安全性檢測及其使用效果的觀測結(jié)果，自擴底錨栓嵌入基材混凝土后，能起到機械鎖鍵作用，并產(chǎn)生類似預(yù)埋的效應(yīng)，而這對承載的安全至關(guān)重要。與此同時，化學植筋在地震作用下錨固承載力降低系數(shù)k較低，混合破壞時錨固承載力分項系數(shù)γ

R較大，施工工序較擴底型機械錨栓較為復雜，且根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》編制組的調(diào)研，市場上品牌多，存在著魚龍混雜的現(xiàn)象，兼之不少單位在設(shè)計概念和計算方法上很混亂，因而應(yīng)謹慎使用。綜上所述，本次設(shè)計均采用擴底型機械錨栓。螺栓連接處采用雙螺母，增加了使螺母穩(wěn)定的摩擦阻力，進而能更有效的防止螺母自動松脫。

3.2制作及加工上的優(yōu)勢。

抗震支吊架構(gòu)件均采用國家標準構(gòu)件，構(gòu)件組成簡單明了，構(gòu)件的采購及安裝簡易便捷。當現(xiàn)場實際情況與設(shè)計圖紙有出入時，構(gòu)件及節(jié)點安裝根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整較為方便。同時構(gòu)件的維護管理簡單，構(gòu)件易于替換。

總結(jié)

本次設(shè)計針對常見的抗震支吊架形式進行了計算分析，使得各構(gòu)件之間分工明確，節(jié)點連接簡單便捷，通過對結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，一方面使得受力更簡單，傳力途徑更清晰，另一方面簡化了所需的構(gòu)件種類及數(shù)量，在保證安全性的前提下，減少采購成本，提高了抗震支吊架的經(jīng)濟性?？拐鹬У跫苁菍C電設(shè)備及管線進行保護的重要抗震措施，抗震支吊架的有效使用，可以提高對機電管道的保護能力，能有效保證重要管道的正常運行，將重要機電工程的震害可控制在局部范圍內(nèi)，避免造成次生災(zāi)害。

       廣州凡祖建筑科技有限公司，是國家高新技術(shù)企業(yè)，行業(yè)標準、驗收規(guī)程、國家標準圖集參編單位。廣州凡祖是一家專注于抗震、管廊、成品支架的設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高新型、研發(fā)型、技術(shù)型企業(yè)。

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