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抗震支吊架在机电安装项目上的综合应用

时间:2019-08-12????编辑:????点击:43


引言根据国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 中第13.4.3 条和《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014中第3.1.3条均为强制条文,并规定了:抗震设防烈度为 6 度及 6 度以上地区的建筑机电工程设施必须进行抗震设计的要求,进行综合分析并确定抗震支吊架深化思路。

地震破坏会导致结构的破坏,如房屋的墙、梁、柱等建筑结构;也会导致非结构构件的破坏,如建筑机电设施,水管、风管、电缆桥架等。特别是震后机电系统中管道纵向拉伸断裂,水管破裂引发水灾,带来群众的生命和财产的巨大损失。因此,建设领域设计“抗震”是不可或缺的。 非结构构件的抗震是建立于结构抗震基础上的,抗震支吊架的安装施工是基于建筑机电系统的。因其设备管线复杂、设计图纸信息不充分,以及其对建筑物的主体结构依赖性强,则后续安装时安装难度大,安装空间浪费。这就需要在已进行抗震设计的结构体和相关机电系统平面图纸进行深化,并依据优质产品的力学性能,提供科学严谨的力学计算及验算。以便于安装,降低造价,美观可靠。 根据相关规范的要求和现场勘查实际情况后,以下是探讨抗震支吊架在实体工程中的实际运用。


1 抗震支架与传统承重支架的区别


1.1传统的承重支架系统是以重力为主要荷载的支撑系统,传统重力支吊架仅承受竖向荷载


存在两个缺点:一是侧向摆动大,破坏临近设施,甚至脱落;二是水平地震作用缺乏支撑结构。

1.2抗震支吊架主要承担管线水平方向的载荷

首先布设抗震支吊架,改变管线系统动力特性,由柔变刚,地震作用下响应明显变小;其次,改变抗震支吊架处的重力吊架的受力,进而改变其设计、选型、加劲、锚固等;再者,抗震支吊架分纵向、横向支吊架,其受力、布设、锚固等涉及地震工程、结构工程、机械工程、给排水等多学科多领域知识。传统型支吊架与抗震型支吊架的比较如下表:

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2抗震支吊架的实际运用

2.1抗震支吊架的使用范围和布置要求

根据抗震支吊架标准和设计图纸中设计说明的要求,在本项目:

(1) 重量超过 1.8KN 的风机等设备,内径大于等于DN60mm 的电气配管,150N/m 或以上的电缆桥架、电缆梯架、电缆线盒、母线槽都应设置抗震支吊架。排烟风道、事故通风风道及相关设备采用抗震支架。


(2) 刚性管道侧向抗震支撑设计间距不得超过 12m;柔性管道侧向抗震支撑最大设计间距不得超过 6m。


(3) 刚性管道纵向抗震支撑最大设计间距不得超过24m;柔性管道纵向抗震支撑最大设计间距不得超过 12m。


(4) 抗震支撑最终间距应根据具体深化设计及现场情况综合确定。 ?


连接构件和部件的抗震措施,应根据设防烈度、建筑使用功能、房屋高度、结构类型和变形特征、附属设备所处的位置和运转要求等,按相关专门标准的要求经综合分析后确定。建筑附属机电设备的支架应具有足够的刚度和强度;其与建筑结构应有可靠的连接和锚固,应使设备在遭遇设防烈度地震影响后能迅速恢复运转。根据构件性能进行验算,确定地震力影响值≤构件承载力。


2.2抗震支吊架的施工深化 ?


(1)深化流程


设计依据、初设布点→逐点计算地震力→选择合适的抗震大样并验算→调整间距直至满足力学要求→施工阶段安装角度及间距调整及验算


(2)初设布点及抗震支吊架详图


根据本工程某消防系统管道和某防排烟等平面布置图并配合结构专业图纸布置抗震支架点位,包括双向和四向支架的平面位置和方向,同时确认每个支架的分相关管道范围。通过计算调整抗震支架最优的安装位置。


(3)抗震支吊架的样式


根据抗震支吊架布点平面布置图,作出抗震支架大样图,以便进行受力核算和施工下料,详见下图。

图一管道支抗震吊架(给排水、消防管道)




图二风管抗震支吊架





图三电缆桥架抗震支吊架




图四管道组合抗震支吊架


(4)构件抗震验算


抗震支吊架的所有构件均应采用成品构件,除 C 型槽钢、全螺纹吊杆可以进行现场切断外,不得对其它产品进行现场加工。国内抗震设计系数应根据建筑功能系数、构件、部件所属系统等进行选取。以下是以侧向抗震支吊架为例,进行荷载分析,如下图。





图五抗震支吊架受力荷载分析图



抗震支吊架间距的计算公式


表一各种类型抗震支架最大间距设置位置(初设间距)


根据《国家建筑机电工程抗震设计规范》水平地震作用计算公式计算设计荷载,抗震计算(等效侧力法):



单管荷载的计算,以单管节点为例,管道公称直径 DN150管道类型为消防管。支吊架形式如图六所示。





图六 支吊架形式



图中管径从 DN65-DN150,各部件的荷载如下:


  DN150-168 的 U 型管吊架设计荷载:18000N


  M20 全螺纹吊杆设计荷载:14000N


  M12 可调式铰链 A 设计荷载:7300N


验算过程:


  M12 槽钢连接件设计荷载:7300N


  单位长度管重:428.75N/m


  侧向管长:11m 纵向管长:22m


  侧向荷载=单位长度管重×侧向管长×数量×最大水平


加速度为:


  428.75N/m×11m×1×0.5=2358N


  纵向荷载=单位长度管重×纵向管长×数量×最大水平


加速度为:


  428.75N/m×22m×1×0.5=4716N


  承载量=单位长度管重×数量×6 为:


  428.75N/m×1×6m=2572.5N


  侧撑荷载余量 45°-60°:可调式铰链 A–1.414×侧撑荷载为:


  7300N-1.414×2358N=3966N


  由 3966N>0 可知符合要求,不用增大各部件型号。


  纵撑荷载余量 45°-60°:可调式铰链 A–1.414×纵撑荷载为:


  7300N-1.414×4716N=632N


  由 632N>0 可知符合要求,不用增大各部件型号。


  吊杆荷载余量 45-60:全螺纹吊杆–1×max(侧撑荷载,纵撑荷载)–承载量


  14000N-1×4716N-2572.5=11856.5N


  由 11856.5N>0 可知符合要求,不用增大各部件型号。


2.3抗震支吊架荷载测试 ?


向支撑配件加荷载试验,侧向支撑试验荷载在施加时应垂直于受支撑的管道轴线,纵向支撑试验荷载在施加时应平行于受支撑的管道轴线。详见下图。







结构固定配件施加试验荷载应先与建筑结构垂直施加,然后再与建筑结构平行施加。对于多用途支撑座,则在施加第二道试验荷载时应与该结构固定件相平行。随后再与上述平行试验荷载的方向成 90°来施加。如果结构固定配件能够处于 90°的位置并与前述第二道试验荷载处在同一平面内,则可沿该方向施加第三道荷载。



3抗震支吊架的施工技术


3.1抗震支吊架的组成


抗震支撑由锚固体、加固吊杆、斜撑和抗震连接构件组成。悬吊螺杆与管线的节点距离不得超过0.1m,螺杆根据需 要作加固处理。如果在同一位置设立两个反向的刚性抗震支撑,则可以省去悬吊螺杆。考虑到地震力的荷载,刚性抗震 支撑的悬吊螺杆和结构锚固件均需加大尺寸,螺杆和锚固件 的最大承载力需大于算得的地震力。


3.2抗震支吊的施工依据


抗震支吊架在地震中可对给排水系统、空调系统、电气管线系统提供充分的保护,所以抗震支吊架在任何时候、任 何安装角度都须大于地震力。水平方向的地震负荷可由两个不同方向的抗震支撑承担,即侧向抗震支撑承担侧向负荷,纵向抗震支撑承担纵向负荷。所有抗震支撑须和结构体作可靠连接。与钢筋混凝土框架结构的梁柱板作刚性连接,与钢结构作柔性连接,且须经设计人员验算。


3.3 抗震支吊架的施工步骤


测量→下料→吊点胀栓(或拧爆)安装→垂直向吊杆安装→横担(或管卡)安装→侧向、纵向加固件安装。


3.4抗震支吊架在机电安装工程中的施工技术


(1)管道和电线套管允许纵向偏移,但不得超过最大侧向支撑间距的1/16;风管允许偏移,但不得超过风管宽度的2倍。


(2)水平管道在90?转弯时,需设抗震支吊架:其他角度转弯长度大于抗震设计间距的1/16时,需设侧向及纵向 抗震支吊架。


(3)计算水平地震力荷载时,只需考虑满负荷重量而不需要考虑其他因素。


(4)抗震吊架不应限制管线热胀冷缩产生的应力,当 把热胀冷缩因素考虑在内时,纵向吊架应在构件选型上考虑所选型号应能抵抗管线的热胀冷缩应力。


(5)保温管线的抗震吊架管码需按保温后的尺寸考虑,门型吊架用于保温风管,水管亦按此考虑。


(6)用于刚性的管道抗震支撑不能安装与建筑的不同 结构部位或功能部位,否则会因地震作用而产生不同的位移。


(7)单管抗震支撑双向侧向或纵向或具有侧/纵向作用


的拐点抗震支撑,应直接与管线或电线套管连接。应注意支 管或小一级管线的支撑不能作为主管的抗震支撑,即不能作为另一方向(主管)的支撑


(8)管线穿越建筑沉降缝时,应考虑沉降位移的设计。


(9)侧/纵向斜撑安装的最佳垂直角度为45?,可根据 现场实际情况适当调整。


(10)对水、电、风系统的单管或多管共用门型吊架, 无论侧向或纵向斜撑,斜撑偏离中心线2.5?时不会影响其承载力。



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