淺析用常規(guī)構件設計抗震支架

按照按照GB50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(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構體系進行受力分析，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)、燃氣供應系統(tǒng)、應急通信系統(tǒng)等重要機電工程無法正常使用，甚至引發(fā)次生災害。因此抗震支吊架對機電工程的抗震設計具有重要的意義。

2. 抗震支吊架的設計

圖3-1 簡易抗震支吊架

本文設計的抗震支吊架(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，保護管線不會產生側向位移；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計內容應包括地震作用計算和建筑機電設備支架、連接件或錨固件的截面承載力抗震驗算。

假設某地抗震設防烈度為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：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計規(guī)范》GB 50981-2014中，第3.5.1條建筑機電工程設施的地震作用效應和其他荷載效應的基本組合。

S=γGSGE+γEhSEhk（式3-1）

S為機電工程設施或構件內力組合的設計值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設計值；

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；

SEhk為水平地震作用標準值的效應。

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計規(guī)范》GB 50981-2014中，第3.4.5條規(guī)定的等效側力法計算。

F=γηζ1ζ2αmaxG（式3-2）

F為沿最不利方向施加于機電工程設施重心處的水平地震作用標準值；

γ為非結構構件功能系數(shù)，本次取1.0；

η為非結構構件類別系數(shù)，本次取0.9；

ξ1為狀態(tài)系數(shù)；對支承點低于質心的任何設備和柔性體系宜取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；對結構要求采用時程分析法補充計算的建筑，應按其計算結果調整；

αmax為地震影響系數(shù)最大值；

G為非結構構件的重力，應包括運行時有關的人員、容器和管道中的介質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)《建筑結構可靠性設計統(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《建筑結構荷載規(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結構節(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，錨固連接破壞應控制為錨栓鋼材破壞，避免混凝土基材破壞?；瘜W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，已經過大量試驗及工程實踐驗證，按理應在地震區(qū)優(yōu)先應用。后擴底錨栓和特殊倒錐形錨栓應用范圍限制在抗震設防烈度在8度(0.2g)及以下，主要是參考了現(xiàn)行國家標準《混凝土結構加固設計規(guī)范》GB 50367的有關規(guī)定。根據(jù)全國建筑物鑒定與加固標準技術委員會近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，并產生類似預埋的效應，而這對承載的安全至關重要。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)《混凝土結構加固設計規(guī)范》編制組的調研，市場上品牌多，存在著魚龍混雜的現(xiàn)象，兼之不少單位在設計概念和計算方法上很混亂，因而應謹慎使用。綜上所述，本次設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。

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

總結

本次設計針對常見的抗震支吊架形式進行了計算分析，使得各構件之間分工明確，節(jié)點連接簡單便捷，通過對結構形式的優(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濟性?？拐鹬У跫苁菍C電設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，避免造成次生災害。

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