浅析用常规构件设计抗震支架

文通过对抗震支吊架的结构体系进行受力分析，对抗震支吊架的连接节点进行简化，使抗震支吊架的受力更简单，力的传递更明确，不仅可以满足工程所需，而且降低了工程造价，减少施工难度。

1.必要性

观察现阶段已存在的建筑，机电工程抗震实施效果不佳，不能很好地抵抗地震作用。因为机电工程中，那些吊装于天花板下的设备管道使用的支架仅为普通支架，这种普通支架仅提供垂直方向的支撑，缺少抵抗地震作用的构件。地震来临时，会导致给排水系统、通风排烟系统、燃气供应系统、应急通信系统等重要机电工程无法正常使用，甚至引发次生灾害。因此抗震支吊架对机电工程的抗震设计具有重要的意义。

2. 抗震支吊架的设计

图3-1 简易抗震支吊架

本文设计的抗震支吊架(如图3-1)由锚固件、横担、竖向吊杆、纵向斜撑及侧向斜撑组成。

以给排水管道的抗震支吊架为例，图3-1所示侧向斜撑抵抗平行于管道截面的水平地震作用，保护管线不会产生侧向位移；纵向斜撑抵抗垂直于管道截面的水平地震作用保护管线不会产生纵向位移；竖向吊杆和横担提供管道的重力支撑。

规范规定，建筑机电工程抗震设计内容应包括地震作用计算和建筑机电设备支架、连接件或锚固件的截面承载力抗震验算。

假设某地抗震设防烈度为7度（0.10g），一栋乙类建筑中，给排水管道的抗震支吊架设计。参考图集《装配式管道支吊架》（含抗震支吊架）18R417中，DN150的水管外径为159mm，在满水状态下的重量为0.395kN/m。支吊架高度为1m。

本次计算平行于管道截面的水平地震作用：

图3-2 抗震支吊架受力分析

假设：抗震支吊架安装距离为12m一个，普通吊架安装距离为2m一个。

计算应分为两种工况：

①工况Ⅰ：地震作用下的计算

根据《建筑机电工程抗震设计规范》GB 50981-2014中，第3.5.1条建筑机电工程设施的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合。

S=γGSGE+γEhSEhk（式3-1）

S为机电工程设施或构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；

γG为重力荷载分项系数，一般情况取1．2；

γEh为水平地震作用分项系数，取1．3；

SGE为重力荷载代表值的效应；

SEhk为水平地震作用标准值的效应。

重力荷载代表值SGE可以根据普通吊架安装距离为2m计算求得。

水平地震作用标准值SEhk采用《建筑机电工程抗震设计规范》GB 50981-2014中，第3.4.5条规定的等效侧力法计算。

F=γηζ1ζ2αmaxG（式3-2）

F为沿最不利方向施加于机电工程设施重心处的水平地震作用标准值；

γ为非结构构件功能系数，本次取1.0；

η为非结构构件类别系数，本次取0.9；

ξ1为状态系数；对支承点低于质心的任何设备和柔性体系宜取2．0，其余情况可取1．0；

ξ2为位置系数，建筑的顶点宜取2．0，底部宜取1．0，沿高度线性分布；对结构要求采用时程分析法补充计算的建筑，应按其计算结果调整；

αmax为地震影响系数最大值；

G为非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中的介质及储物柜中物品的重力。

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

根据抗震支吊架间距为12.0m，由式3-2可以求得水平地震作用标准值SEhk。

工况②：承载能力极限状态的计算

根据《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018中第8.2.4条计算，其中永久作用的标准值根据普通吊架安装距离为2m计算其重力作用，检修荷载按《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012中第5.5.1条取7.0kN。

3. 抗震支吊架的优势

3.1结构节点做法的选择。

地震作用是一个反复荷载作用，从滞回性能和耗能角度分析，锚固连接破坏应控制为锚栓钢材破坏，避免混凝土基材破坏。化学植筋，因其锚固深度可根据计算受力要求、基材尺寸及现场条件确定，目前，已经过大量试验及工程实践验证，按理应在地震区优先应用。后扩底锚栓和特殊倒锥形锚栓应用范围限制在抗震设防烈度在8度(0.2g)及以下，主要是参考了现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB 50367的有关规定。根据全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会近10年来对各种锚栓所进行的安全性检测及其使用效果的观测结果，自扩底锚栓嵌入基材混凝土后，能起到机械锁键作用，并产生类似预埋的效应，而这对承载的安全至关重要。与此同时，化学植筋在地震作用下锚固承载力降低系数k较低，混合破坏时锚固承载力分项系数γ

R较大，施工工序较扩底型机械锚栓较为复杂，且根据《混凝土结构加固设计规范》编制组的调研，市场上品牌多，存在着鱼龙混杂的现象，兼之不少单位在设计概念和计算方法上很混乱，因而应谨慎使用。综上所述，本次设计均采用扩底型机械锚栓。螺栓连接处采用双螺母，增加了使螺母稳定的摩擦阻力，进而能更有效的防止螺母自动松脱。

3.2制作及加工上的优势。

抗震支吊架构件均采用国家标准构件，构件组成简单明了，构件的采购及安装简易便捷。当现场实际情况与设计图纸有出入时，构件及节点安装根据现场实际情况调整较为方便。同时构件的维护管理简单，构件易于替换。

总结

本次设计针对常见的抗震支吊架形式进行了计算分析，使得各构件之间分工明确，节点连接简单便捷，通过对结构形式的优化，一方面使得受力更简单，传力途径更清晰，另一方面简化了所需的构件种类及数量，在保证安全性的前提下，减少采购成本，提高了抗震支吊架的经济性。抗震支吊架是对机电设备及管线进行保护的重要抗震措施，抗震支吊架的有效使用，可以提高对机电管道的保护能力，能有效保证重要管道的正常运行，将重要机电工程的震害可控制在局部范围内，避免造成次生灾害。

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