裝配式支吊架的結(jié)構(gòu)設(shè)計解讀

裝配式支吊架的主要功能之一，就是把機(jī)電設(shè)備及附屬管線所承受的荷載傳遞到建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，也兼有控制位移、隔振減震的功效。裝配式支吊架的結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)裝配式支吊架所受荷載的類型、大小，可相應(yīng)進(jìn)行裝配式支吊架的結(jié)構(gòu)驗算和設(shè)計，以保證裝配式支吊架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的承載能力和正常使用。

荷載作用根據(jù)各專業(yè)相關(guān)設(shè)計規(guī)范以及設(shè)備、管線的實際情況和技術(shù)參數(shù)，裝配式支吊架系統(tǒng)可能承受的荷載會包括但不限于如下類型：■ 永久荷載——例如管線自身的重力作用；■ 可變荷載——例如室內(nèi)支吊架的施工荷載，室外支吊架還可能會承受的雪雨風(fēng)荷載等；■ 管線作用——例如管線熱脹冷縮導(dǎo)致的支座摩擦力、沉降縫兩側(cè)的不均勻沉降、防震縫兩側(cè)的相對位移以及振動等；■ 地震作用等。

設(shè)計使用年限及極限狀態(tài)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《GB 50068 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是 “設(shè)計符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的要求”，在規(guī)定的設(shè)計使用年限中不發(fā)生極限狀態(tài)失效。

現(xiàn)階段在不同的項目中，支吊架不發(fā)生極限狀態(tài)失效的時間段也可能由于項目種類及自身的設(shè)計需求不同。以一般的民用建筑為例，裝配式支吊架的設(shè)計使用年限可以考慮設(shè)備管線的設(shè)計使用年限，同時《GB 50068》中規(guī)定的“易更換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件”的設(shè)計使用年限為25年，考慮到裝配式支吊架為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，則一般民用建筑中的裝配式支吊架設(shè)計使用年限多為25年或更短。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，極限狀態(tài)失效的種類如下：a.承載能力極限狀失效：例如構(gòu)件或連接的強(qiáng)度破壞、脆性斷裂，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定性，幾何不變體系變?yōu)闄C(jī)動體系、或不適于繼續(xù)承載的過度變形等;b.正常使用極限狀態(tài)失效：例如影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形、振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞等；

以《GB 50068-2018》為原則，支吊架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，采用分項系數(shù)的設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計。具體的荷載分項系數(shù)應(yīng)以建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，綜合各建筑、構(gòu)筑物的荷載規(guī)范、以及機(jī)電暖通專業(yè)的設(shè)計規(guī)范。在需要進(jìn)行抗震設(shè)計時，還應(yīng)考慮《GB 50981 建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》；具體的材料、構(gòu)件、及連接的安全系數(shù)，應(yīng)基于現(xiàn)行《GB 50017 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《GB/T 50018冷彎薄壁型鋼技術(shù)規(guī)程》，以及產(chǎn)品規(guī)范，綜合廠家產(chǎn)品特性，同樣以概率理論為基礎(chǔ)衡量裝配式支吊架零件及組件的可靠度得出相應(yīng)安全系數(shù)。

結(jié)構(gòu)分析從現(xiàn)在市面上常見的裝配式支吊架構(gòu)件來看，大部分構(gòu)件為冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，從安全及設(shè)計便捷角度考慮，采用一階或二階彈性分析方法是比較合理的。而支吊架的型式相對而言較為復(fù)雜，可采用桿系模型對支吊架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，以便得到各單元比較準(zhǔn)確的受力；同時，由于連接件的受力表現(xiàn)形式比較復(fù)雜，傳力性質(zhì)不一定是完全的剛接或鉸接，支吊架結(jié)構(gòu)分析可多考慮桿件連接節(jié)點為鉸接，以確保安全。這也符合我國現(xiàn)行《GB 50017 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《GB/T 50018冷彎薄壁型鋼技術(shù)規(guī)程》的分析方法。

桿件及連接件設(shè)計對于裝配式支吊架結(jié)構(gòu)的桿件：比如說單管式支吊架的吊桿、門式支吊架的橫梁和立柱、或者抗震支吊架的斜撐等，應(yīng)根據(jù)桿件鋼材材質(zhì)及桿件截面特性，參考我國現(xiàn)行中受彎、受壓、受拉以及復(fù)合受力如拉彎、壓彎的桿件設(shè)計方法，進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計。

然而，裝配式支吊架桿件與桿件、管部件與管線、管部件與桿件的連接形式有別于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的方式，因此，在上述兩本鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中并無依據(jù)。

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，裝配式支吊架的連接節(jié)點承載力和剛度由基于概率分布理論的試驗及數(shù)據(jù)處理方式確認(rèn)，這種思路也與我國可靠度標(biāo)準(zhǔn)一致。

在上文所提到的現(xiàn)有兩本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 38053-2019裝配式支吊架通用技術(shù)要求》《GB/T 37267-2018建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》中給出了部分連接或系統(tǒng)的承載力的測試和取值方法，例如：對于角連接件位于門式支吊架槽鋼上部和下部的情況，其承載力性能應(yīng)通過如下圖所示的試驗進(jìn)行測試。

而角連接件位于槽鋼上部及下部承載力的設(shè)計值，是分別通過相應(yīng)的實驗結(jié)果，進(jìn)行基于概率理論的分析來的標(biāo)準(zhǔn)值，再除以規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)得出。

裝配式支吊架與結(jié)構(gòu)主體連接的設(shè)計分為兩大類：混凝土結(jié)構(gòu)的連接和鋼結(jié)構(gòu)的連接。對于和混凝土結(jié)構(gòu)的連接，現(xiàn)在最常用的連接方式是錨栓連接，可參考《JGJ 145-2013 混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》；對于鋼結(jié)構(gòu)的連接件承載力，也應(yīng)參考相應(yīng)連接件實際的連接形式和試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

小結(jié)裝配式支吊架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)該綜合考慮管線及設(shè)備對裝配式支吊架產(chǎn)生的荷載作用，對支吊架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，再依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及產(chǎn)品規(guī)范對桿件和連接件進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的驗算。如果發(fā)生極限狀態(tài)失效，則采用承載力更高，或剛度更大的構(gòu)件替換，來避免在支吊架的設(shè)計使用年限內(nèi)發(fā)生極限狀態(tài)失效。

以這種方式來進(jìn)行裝配式支吊架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是符合結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的要求的。

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