淺析用常規(guī)構(gòu)件設(shè)計(jì)抗震支架

按照按照GB50981-2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，參照現(xiàn)有的國(guó)標(biāo)圖集，本文通過(guò)對(duì)抗震支吊架的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行受力分析，對(duì)抗震支吊架的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化，使抗震支吊架的受力更簡(jiǎn)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(jià)，減少施工難度。

1.必要性

觀察現(xiàn)階段已存在的建筑，機(jī)電工程抗震實(shí)施效果不佳，不能很好地抵抗地震作用。因?yàn)闄C(jī)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(lái)臨時(shí)，會(huì)導(dǎo)致給排水系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、應(yīng)急通信系統(tǒng)等重要機(jī)電工程無(wú)法正常使用，甚至引發(fā)次生災(zāi)害。因此抗震支吊架對(duì)機(jī)電工程的抗震設(shè)計(jì)具有重要的意義。

2. 抗震支吊架的設(shè)計(jì)

圖3-1 簡(jiǎn)易抗震支吊架

本文設(shè)計(jì)的抗震支吊架(如圖3-1)由錨固件、橫擔(dān)、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(hù)管線不會(huì)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(hù)管線不會(huì)產(chǎn)生縱向位移；豎向吊桿和橫擔(dān)提供管道的重力支撐。

規(guī)范規(guī)定，建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括地震作用計(jì)算和建筑機(jī)電設(shè)備支架、連接件或錨固件的截面承載力抗震驗(yàn)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(jì)。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(jì)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(gè)，普通吊架安裝距離為2m一個(gè)。

計(jì)算應(yīng)分為兩種工況：

①工況Ⅰ：地震作用下的計(jì)算

根據(jù)《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50981-2014中，第3.5.1條建筑機(jī)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(jī)電工程設(shè)施或構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計(jì)值；

γG為重力荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般情況取1．2；

γEh為水平地震作用分項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算求得。

水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值SEhk采用《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50981-2014中，第3.4.5條規(guī)定的等效側(cè)力法計(jì)算。

F=γηζ1ζ2αmaxG（式3-2）

F為沿最不利方向施加于機(jī)電工程設(shè)施重心處的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)支承點(diǎn)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(diǎn)宜取2．0，底部宜取1．0，沿高度線性分布；對(duì)結(jié)構(gòu)要求采用時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算的建筑，應(yīng)按其計(jì)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(yùn)行時(shí)有關(guān)的人員、容器和管道中的介質(zhì)及儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)值SEhk。

工況②：承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068-2018中第8.2.4條計(jì)算，其中永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)普通吊架安裝距離為2m計(jì)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(shì)

3.1結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)做法的選擇。

地震作用是一個(gè)反復(fù)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?；瘜W(xué)植筋，因其錨固深度可根據(jù)計(jì)算受力要求、基材尺寸及現(xiàn)場(chǎng)條件確定，目前，已經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)及工程實(shí)踐驗(yàn)證，按理應(yīng)在地震區(qū)優(yōu)先應(yīng)用。后擴(kuò)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50367的有關(guān)規(guī)定。根據(jù)全國(guó)建筑物鑒定與加固標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)近10年來(lái)對(duì)各種錨栓所進(jìn)行的安全性檢測(cè)及其使用效果的觀測(cè)結(jié)果，自擴(kuò)底錨栓嵌入基材混凝土后，能起到機(jī)械鎖鍵作用，并產(chǎn)生類似預(yù)埋的效應(yīng)，而這對(duì)承載的安全至關(guān)重要。與此同時(shí)，化學(xué)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(shí)錨固承載力分項(xiàng)系數(shù)γ

R較大，施工工序較擴(kuò)底型機(jī)械錨栓較為復(fù)雜，且根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》編制組的調(diào)研，市場(chǎng)上品牌多，存在著魚(yú)龍混雜的現(xiàn)象，兼之不少單位在設(shè)計(jì)概念和計(jì)算方法上很混亂，因而應(yīng)謹(jǐn)慎使用。綜上所述，本次設(shè)計(jì)均采用擴(kuò)底型機(jī)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(jìn)而能更有效的防止螺母自動(dòng)松脫。

3.2制作及加工上的優(yōu)勢(shì)。

抗震支吊架構(gòu)件均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，構(gòu)件組成簡(jiǎn)單明了，構(gòu)件的采購(gòu)及安裝簡(jiǎn)易便捷。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與設(shè)計(jì)圖紙有出入時(shí)，構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)安裝根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整較為方便。同時(shí)構(gòu)件的維護(hù)管理簡(jiǎn)單，構(gòu)件易于替換。

總結(jié)

本次設(shè)計(jì)針對(duì)常見(jiàn)的抗震支吊架形式進(jìn)行了計(jì)算分析，使得各構(gòu)件之間分工明確，節(jié)點(diǎn)連接簡(jiǎn)單便捷，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，一方面使得受力更簡(jiǎn)單，傳力途徑更清晰，另一方面簡(jiǎn)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(gòu)成本，提高了抗震支吊架的經(jīng)濟(jì)性。抗震支吊架是對(duì)機(jī)電設(shè)備及管線進(jìn)行保護(hù)的重要抗震措施，抗震支吊架的有效使用，可以提高對(duì)機(jī)電管道的保護(hù)能力，能有效保證重要管道的正常運(yùn)行，將重要機(jī)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。

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