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抗震支吊架在建筑机电工程中的应用

摘    要:在建筑机电工程施工过程中,抗震支吊架的安装与布设能够起到对机电管理的保护作用,可以有效减少并削弱地震灾害对建筑内部机电设备以及各类管道线路的破坏,控制震害及其带来的负面作用在局部范围内,确保机电系统可以在短时间内逐渐恢复正常使用功能。该文主要分析抗震支吊架的分类形式、应用范围及施工要点,供类似项目参考。
 
关键词:建筑机电;抗震支吊架;应用;工程技术;
 
 
民用建筑机电工程中,主要涉及油电气管线、消防管道等常见机电设备,若此类设备设施受到损坏,不仅会直接影响到消防系统的使用功能,还可能引发一系列无法预估的次生灾害,极大程度上威胁到住户的人身财产安全,甚至致使伤亡人数的大幅增加。为此,我国住房和城乡建设部门陆续出台了相关建筑机电工程抗震设计指导规范,针对建筑机电工程的抗震设计与施工提出了明确规定与要求,即若建筑物所在地区的抗震设防烈度在6度及6度以上,则在建筑机电系统的安装施工必须纳入抗震设计。由此可见,重视并强化建筑机电工程的抗震设计,对保障建筑安全具有重要的现实意义。
 
1 抗震支吊架的分类
1.1 定义
抗震支吊架:紧密连接在建筑物上,作为一种重要的抗震支撑设施,其以地震力为主要荷载。常见的抗震支吊架主要包含4个部分,分别是抗震斜撑、锚固体、抗震连接构件、加固吊杆。
 
1.2 分类
常用的建筑机电抗震支吊架包括4种类型:一是纵向抗震支吊架;二是侧向抗震支吊架;三是单管或单杆抗震支吊架;四是门型抗震支吊架。图1为抗震支吊架的结构图。
 
2 抗震支吊架的应用
在项目施工中应用抗震支吊架之前,需结合具体情况对其进行深化设计,明确所用抗震支吊架配件型号,确定每个抗震支吊架的对应位置,与此同时,对每个抗震支吊架的荷载予以验算,最大限度地压缩抗震支吊架所占用的空间,也为后续施工的管线提供便利的空间条件。下文将简单介绍建筑机电安装施工中抗震支吊架的具体应用[1]。
 
2.1 确定抗震支吊架的应用范围
首先依据项目设计说明及地下车库建筑机电各专业图纸对管道进行识别,确定需要安装抗震支吊架的管道等,依据具体如下。
 
(1)建筑所在地区的抗震设计烈度为6度及6度以上,则机电安装施工工程必须涵盖抗震设计;(2)消防管道、室内水管道、热水管道的管径大小不低于DN65的水平管道,且管道的固定涉及到对托架、支吊架或吊架的使用时,则应参照规范要求完善抗震支承的设置。对于高层建筑来说,若所在地区的抗震设防烈度在8度、9度以上,且排水立管与给水立管的直线长度均不低于100 m,需按照具体规定采取相应的抗震动措施;(3)对于矩形截面面积超出0.38 m2的事故通风风道、防排烟风道,以及圆形直径不低于0.7 m的风机设备与风管系统、重力不低于1.8 kN的空调机组,须设置抗震支吊架;(4)电缆梯架重力超出150 N/m、电气配管、电缆槽盒以及母线槽内径不小于60 mm;(5)内径大小不少于25 mm的燃气管道、抑或是建筑高度超出50 m的建筑物内的燃气管道,应重点完善抗震支撑的设置;(6)对于锅炉房、热交换站以及制冷机房内的管道,应采取有效的抗震支撑结构,从侧向、纵向两个方向上予以支撑。若支吊架由多根管道共用,或单根管道支吊架的管径大小不低于300 mm的,则应优先考虑选择门型抗震支吊架;(7)建筑机电工程中,若管道需要穿过隔震层,需采用柔性连接或其他适宜可靠的连接方式,与此同时,将抗震支吊架设置在隔震层的两侧位置处。
 
2.2 确定抗震支吊架的位置及间距
在明确哪些管道需要安装抗震支吊架后,根据规范要求确定抗震支吊架布置位置及间距。
 
2.2.1 抗震支吊架间距设计
设计抗震支吊架的间距,应严格参照表1中抗震支吊架最大间距的要求。
 
以香邑花苑三期住宅项目DN100型号给水管道为例,依据抗震支吊架设置要求计算间距,具体如下。
 
水平地震力综合系数:
 
 
式(1)中,γ为非结构构件功能系数;此处取0.9;η为非结构构件类别系数,此处取0.6;ζ1为状态系数,此处取1.0;ζ1为位置系数,此处取1.0;αmax为地震影响系数最大值,此处取0.72。
 
水平管线侧向及纵向抗震支吊架间距:
 
 
式(2)中,L为水平管线侧向及纵向抗震支吊架间距(m);lo为抗震支吊架的最大间距(m),查表可知,侧向12 m,纵向24 m;αEk为水平地震斜撑综合系数;计算见公式(1),规范要求不足1.0时按照1.0计算;R为抗震斜撑角度调整系数,斜撑角度按照45°考虑,则此处取1。
 
因此,以香邑花苑三期住宅项目DN100型号给水管道为例,侧向抗震支架布置间距为12 m,纵向抗震支吊架布置间距为24 m。
 
2.2.2 抗震支吊架位置设计
经上述计算,DN100型号给水管道抗震设计中,布置侧向抗震支架的间距为12 m,布置纵向抗震支吊架的间距为24 m。则按照以下布置原则对抗震支吊架位置进行设计[2]。
 
原则1:选择合适的侧向抗震支吊架,稳定设置在每段水平直管道的两端位置上。
 
原则2:若两个相邻侧向抗震支吊架间距离过大,且超出了最大设计间距的要求下,应将侧向抗震支吊架增设在中间;在每段水平直管道的两端,至少增设一个可靠的纵向抗震支吊架,若两相邻纵向抗震支吊架之间的间隔距离过大,且超出最大设计间距的情况下,需以表1要求为基准,逐一完成纵向抗震支吊架的布设。例如:对于长度为36 m的DN100型号建筑给水管道,需以24 m的最大间距为基准,沿着既定顺序逐一完成纵向支撑的设置,直到所有支撑的间隔距离与规定要求相符即可。
 
原则3:如果水平管道采用刚性连接方式,则两相邻加固点间可以存在一定程度的纵向偏移,对于水管和电线套管等部件的设置,以低于1/16的最大侧向支吊架间距为宜。对于支撑风管、电缆梯架以及电缆托盘和槽盒的支吊架,间距大小应在其宽度大小的两倍以内。
 
原则4:对于侧向抗震支吊架的设置,应使其处于水平管线转弯位置的0.6 m范围内。若斜撑的支护支撑作用直接施加到管线上,则也可将其作为支护、支撑另一侧管线的纵向抗震支吊架。例如:以24 m为纵向抗震支吊架的最大间距,12 m为侧向抗震支吊架最大间距,那么计算双向抗震支吊架距离下一纵向抗震支吊架的多少:
 
 
原则5:依托于垂直管线实现水平管线与地面设备间的稳定连接,需优先考虑选用柔性连接的方式连接管线与设备,若水平管线处于垂直管线600 mm范围内,则应完善侧向支撑的设置,若垂直管线的底部与地面间的间隔距离超出0.15 m,则应结合实际情况加装抗震支撑。
 
2.3 抗震支吊架抗震验算
依据已经深化完成的抗震支吊架位置间距深化图纸对每种抗震支吊架抗震系统进行深化设计,从而确定抗震支吊架抗震系统[3]。
 
2.4 抗震支吊架施工流程及安装要点
2.4.1 抗震支吊架施工流程
首先测量放线而后进行下料,按要求工序安装吊点胀栓,安装垂直向吊杆,并安装横担或管卡,做好侧向加固件与纵向加固件的安装作业即可。
 
2.4.2 抗震支吊架安装要点
(1)对于锚栓区表面需保持平整与坚实的状态,通常情况下需避免出现起砂、起壳及蜂窝、麻面、油污等问题现象,防止给锚栓的承载力与使用安全造成负面影响。
 
(2)对于整个锚固深度范围内的混凝土强度等级大于C30以上。
 
(3)进行锚栓操作的过程中,应严格遵守相关的设计要求,尤其是在实施钻孔前,施工人员需利用钢筋探测器,对其进行全面检查,防止孔位与线管钢筋等隐蔽物相遇。
 
(4)对于螺母与全螺纹吊杆、锚栓之间的连接处理,应按照旋入深度划线逐渐旋入螺纹端头,在适宜旋入深度的确定上,通常不得低于45%的连接螺母长度。
 
(5)待完成全螺纹吊杆的安装后,检测其垂直度,一般允许偏差在±4°以内。
 
(6)以工程设计要求为基准,垂直安装斜撑,并准确控制其垂直度,通常安装角度不得小于30°。
 
(7)合理控制单管抗震支吊架斜撑与吊架之间的距离大小,一般不得大于10 cm。
 
(8)安装抗震支吊架斜撑,应控制其与中心线间的偏离角度在2.5°以内。
 
(9)将适宜大小的防震绝缘胶垫布设在管卡和管道的连接处,主要目的是避免连接处出现电化学腐蚀现象,保证管卡与管道间得以稳固连接。
 
(10)按设计要求,扭矩锁紧螺杆螺母,避免在后续使用期间出现松动等问题现象[4]。
 
2.5 抗震支吊架较传统支吊架的应用优势
观察分析建筑中传统支吊架的应用特点可以发现,其仅能够对竖向荷载起到有效的承受作用,且在发生地震灾害时,会出现程度较大且十分明显的侧向摆动现象,很容易对临近设施造成破坏,甚至损坏建筑机电工程系统,引发一系列的次生灾害。这不仅会使得后期维护的难度进一步加大,还难以避免一定的震后损失[5]。
 
抗震支吊架的原理为三角形稳定性,一旦发生地震,其可以综合承载纵向力和横向力,使得管线系统原有的动力特性发生改变,呈现出由柔变刚的变化特点,显著提升设备、管道的牢固性,最大限度内减轻、控制地震灾害引起的次生事故。从受力方向的角度上来看,抗震支吊架可以简要分为两种类型:一是侧向支吊架,垂直于管线中心线;二是纵向支吊架,平行于管线中心线。
 
作为建筑中起到关键作用的支撑系统,抗震支吊架与建筑主体结构紧密连接。在发生地震灾害时,建筑物中的抗震支吊架可以向主体结构传送管道和设备产生的地震作用力,以达到小震不损、中震可修、大震不倒的效果,可大大降低对建筑的结构、构件、使用功能、设备的损坏程度,最大程度地减小地震对人身安全的影响[6]。
 
3 结语
该文通过对建筑机电工程中的抗震支吊架的定义、分类、应用范围、布置原则、现场施工应用进行了一定解释,将质量控制贯彻落实到实际安装施工作业的整个过程中,提出科学的针对性建议,加快推进BIM技术等新型技术手段在抗震支吊架中的应用,降本增效。
 
参考文献
 
[1] 王伟蔚,姜新华,潘邻.建筑抗震支吊架生产及施工应用现状与展望[J].建筑技术,2021,52(9):1148-1152.
[2] 罗干,丁幼亮,朱浩樑.抗震支吊架抗震连接构件的破坏试验与数值分析研究[J].工程建设与设计,2020(3):40-44.
[3] 罗新立.抗震支吊架在钢结构仓库消防管道的应用探讨[J].建材与装饰,2020(14):236-237.
[4] 李林珊,白羽,周立超,等.管道抗震支吊架振动台试验研究[J].四川建筑科学研究,2021,47(3):36-42.
[5] 刘纪才,李伟锋.新型装配式(抗震)一体化支吊架系统整体解决方案[J].安装,2021(2):11-13.
[6]冼哲毅,卢有根,卓乐君走廊机电管线综合支吊架的应用[J].安装2021(3):20-22.