抗震支吊架在鋼結構倉庫消防管道的應用探討

羅新立

（中鐵五局集團建筑工程有限責任公司 貴州貴陽 550000）

1 概述

抗震支吊架是對機電設備管線進行有效保護的重要抗震設施，有效確保各關鍵建筑機電設施免受地震災害的影響與破壞，達到“小震不壞、中震可用、大震不損”的抗震要求。國外多個先進國家在消防和防排煙兩個系統(tǒng)在20世紀70年代已開始執(zhí)行抗震設計應用。進入21世紀初，尤其是重大地震災害的發(fā)生，如，汶川地震等，各大生產商及設計單位對機電抗震問題的研究逐漸深入。在某種程度上促進了抗震技術的發(fā)展，我國近年來國內大多新建的新型工廠車間、軌道交通、城市綜合體、高鐵站房、交通機場、港口、超高層大廈等全方面的對建筑機電安裝工程進行了抗震支撐應用；建筑機電設備安裝的抗震設計正逐步接近世界先進水平。

2 工程概況

某中轉倉庫維修恢復工程位于某城市物流區(qū)，建筑面積11790m2，丙2類倉庫一層，建筑總高度23m。結構類型鋼結構。建筑長188m，寬65m?？拐鹪O計烈度Ⅷ度。倉庫分為三個10m高的低庫和一個23m高的立體倉庫，每個庫區(qū)為一防火分區(qū)。全庫配置室內消火栓滅火系統(tǒng)，三個低庫分區(qū)設計自動噴淋滅火系統(tǒng)，立體倉庫設置消防炮滅火系統(tǒng)。因該建筑物為事故受損建筑維修恢復，結構除部分柱梁受損嚴重而重建外，其他均利用原有鋼結構進行維修恢復。根據倉庫抗震要求，在該工程消防管道系統(tǒng)除了管道的承重支吊架外還需要設置相當數量的抗震支吊架保證抗震要求。

本工程各分區(qū)消火栓系統(tǒng)由消火栓管道、自動噴水管道和高架倉庫固定消防炮管道系統(tǒng)組成，分別由消防泵房消火栓泵及噴淋泵供水，倉庫內消火栓主管道DN150，支管DN65。各分區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)及消防炮滅火系統(tǒng)主管管徑DN200；主管至支管末端管徑依次由DN100變徑至DN50。確保相關設計與具體抗震規(guī)范要求的一致性。

3 抗震支吊架的應用范圍及布置原則

從系統(tǒng)結構來看，抗震支吊架主要由以下幾部分組成：錨固體、加固吊桿、抗震斜撐以及抗震連接構建等等。目前，我國相關設計規(guī)范標準中指出，Ⅵ及以上抗震設防地區(qū)，需在確保完成相關抗震設計標準前提下開展建筑機電工程。

另外，該規(guī)范還明確提出，建筑室內若需設進行給水、熱水以及消防管道的設計與安裝，需確保管道的管徑≥DN65，管道固定過程中，若借助支架、吊架、托架等固定方法時，同樣需嚴格遵循具體規(guī)范要求，并且按照施工規(guī)范和驗收標準，對室內氣體和自動噴水滅火系統(tǒng)相關管段進行抗震支架和防晃支架等的設置。該中轉倉庫執(zhí)行重要消防功能的消防水滅火系統(tǒng)必須設置抗震支撐。

在實際布置過程中，應確保管道的抗震支吊架達到側向和縱向兩大間距要求：溝槽與鍍鋅鋼管相連隨便的側向吊架間距應盡可能的控制在12m，縱向吊架的間距則應＜24m。

水平管道在90°轉彎時，需設置雙向抗震支吊架。

本工程因為受損結構建筑，設計院明確在該工程設計中結構允許為抗震支撐生根構件只能控制在為15kg/m2，不能大量地增加鋼結構負荷，且抗震支撐生根不能利用既有屋面結構檁條受力，局部需在鋼梁間架設H型鋼做為抗震支撐的生根結構，與鋼梁可靠連接確保，地震負荷通過結構傳遞。

4 管道抗震支吊架布置及抗震檢算及施工方法

4.1 抗震支吊架選型驗算

一般情況下，抗震支吊架需保持大于地震力狀態(tài)，由側向和縱向兩個方向作為抗震支撐基礎。并且在施工工作正式開展前做好相應的規(guī)劃，提前對側向和縱向抗震支吊架的使用規(guī)格和分布位置進行確定。

（1）取最大主管DN200滿水線密度73.9kg/m，根據本建筑實際結構柱、梁間距初選側向支撐間距7.5m，側縱向支撐15m，管道總重G縱向=73.9×7.5×9.8=5.44kN；G側縱向=73.9×15×9.8=10.87kN。

（2）通過運用等效側力法對管道水平地震作用下的標準值進行詳細計算：

F=αEKG=γηζ1ζ2αmaxG

其中：γ=1.4——為一類建筑消防水管的非結構構件功能系數；

η=1.0——消防水管非結構構件類別系數；

ζ1=2.0——管道支撐點狀態(tài)系數；

ζ2=2.0——管道位置系數；

αmax=0.16——地震最大影響系數；

水平地震力綜合系數：

=γηζ1ζ2αmax=1.4×1.0×2.0×2.0×0.16×1.0=0.89＜1；取 αEK=1。

（3）管道水平地震作用標準值F縱向=5.44kN；G側縱向=10.87kN。

（4）構件內力組合值：S=γGSGE+γEhSEhk，

其中：γG=1.2——重力荷載分項系數；

SGE——重力荷載代表值效應；

γEh=1.3——水平地震作用分項系數；

SEhk——水平地震標準值效應。

此次研究中的抗震支吊架在地震作用方面的考慮，僅局限于水平方向，基本組合 S縱向=1.3×5.44=7.07kN；S側縱向=1.3×10.87=14.13kN。

（5）以0.6M型槽鋼[41作為側向支撐承載力的斜撐，另一側連接全牙螺桿M12和抗震連接座B，并通過連接卡夾M12、抗震連接座A以及結構工字鋼三者，進行單側斜撐布置。經過S41=S側向/sin45°=10kN＜15kN驗算，所得出結論有效?？拐疬B接座A，B荷載作用效應：SA=S側縱向/sin45°=10kN＜13.5kN，側向支撐驗算通過。

（6）縱向支撐承載力驗算：S41=S22/2sin45°=10kN＜15kN，驗算通過。抗震連接座 A，B 荷載作用效應：SA=S側縱向/2sin45°=10N＜13.5kN，結構槽鋼抗拉及抗剪強度相對無窮大，側縱向支撐驗算通過。

在驗算總側向承載力支撐承載力過程中，以0.6m[41型槽鋼作為縱向支撐條件，通過有效連接抗震連接座B（M12）與螺桿M12、抗震連接座A（M12）和夾具M12與結構槽，以及縱向支撐單面形式在雙側進行合理布置?？v向支撐承載力驗算：S41=S22/2sin45°=10kN＜15kN，驗算通過?？拐疬B接座 A，B 荷載作用效應：SA=S側縱向/2sin45°=10N＜13.5kN。

4.2 施工技術過程中所涉及要點

4.2.1 具體的施工步驟

第一步：測量；第二步：下料；第三步：安裝吊點構件；第四步：安裝吊點螺栓；第五步：安裝垂直吊桿；第六步：安裝管卡；第七步：安裝縱向加固件和側向加固件。

4.2.2 施工技術要點及規(guī)范要求

（1）抗震支吊架懸吊螺桿、管道、斜撐三者之間的節(jié)點不應超過0.1m，根據相關加固標準和規(guī)范對螺桿進行相應的加固處理，若將兩個反向剛性支撐設置于同一位置時，則可直接省去懸吊螺桿過程。

（2）應按照大于驗算所得地震力標準進行螺桿和錨固件最大承載力的有效選取。

（3）允許管道在縱向方向上產生便宜，但需以最大側向支撐間距為標準，不應超過其1/15。

（4）水平管道在90°轉彎時，需設置雙向抗震支吊架。

（5）斜撐安裝的最佳垂直角度為45°。角度可根據實際適當調整，但不得小于30°。

（6）在對水平地震力荷載進行詳細計算時，需將滿負荷重量作為重點考慮因素。

（7）抗震支吊架限位應按管道尺寸設計，有保溫層的應考慮保溫層尺寸，且不應限制管線熱脹冷縮產生的位移。

（8）管道穿越建筑沉降伸縮縫時應考慮沉降位移設計。

（9）直線段抗震支吊架按照側向支架與雙向支架間隔布置。

（10）每段水平管道在兩端設置雙向抗震支吊架。

（11）剛性管道的抗震支撐應盡可能的避免在建筑不同結構和功能部位的安裝，最大限度的避免因地震災害所引起的不同程度的位置變化和移動。

（12）支吊架采用工廠按國標制作的成品構件，表面采用鋅鉻涂層、熱浸鍍鋅等方式處理。

（13）抗震支吊架，承受壓力的桿件長細比應小于等于200，只承受拉力的桿件長細比應小于等于300。

（14）當水平管道通過垂直管道與地面設備連接時，水平管道距垂直管道0.6m范圍內設置側向支撐，垂直管道底部距地面大于0.15m應設置抗震支撐。

5 抗震支吊架的應用效果示例

（1）抗震支吊架按照受力需要增加H型鋼橫梁滿足側、縱向支架生根節(jié)點。如圖1所示，H型鋼通過夾片及螺栓與鋼梁堅固連接，安裝簡便。

圖1

（2）管道通過下方承重支托及抗震支吊架將管道的重力負荷及地震負荷傳遞給鋼結構。

（3）規(guī)范規(guī)定水平直管段中間增加側向支吊架最大間距小于12m，側縱向支吊架最大間距小于24m，為滿足規(guī)范的條件可根據工程實際情況間距分別縮短為7.5m和15m，間隔布置。

（4）噴淋支管大于DN65管道設置雙向抗震支吊架。

（5）整體管道系統(tǒng)效果，抗震支吊架和承重支吊架分別對管道的垂直重力及水平地震作用力起到了完美的補充保護作用。

6 質量保證措施

（1）充分做好施工準備，認真做好圖紙審、會審，并作好記錄。對所有施工人員進行圖紙和技術方案交底，嚴格按照《抗震支架安裝及驗收規(guī)程》（CECS 420—2015）要求施工。特殊重要部位交底后施工時現(xiàn)場進行監(jiān)督指導。

（2）嚴把入場關，抗震支吊架的構件及組件門口合格證、檢測報告進場使用前必須進行檢查驗收，核對尺寸及厚度等規(guī)格是否與報告書一致，具有足夠的剛度和承載力；在監(jiān)理或建設方的監(jiān)督驗收合格后方可入場使用。

（3）所有組成抗震支吊架的構件應采用有資質廠家的成品構件。所有支架部件均在工廠預制標準化產品，現(xiàn)場直接裝配。標高、位置可調節(jié)。施工前做好測量計量工作，經過系統(tǒng)檢驗，確保相關測量器具的準確性和標準性后方可投入實際應用。在工程質量檢驗、型號，編號記錄過程中，計量器具的具體單位應與國家所規(guī)定的計量單位相符。

（4）抗震支吊架與鋼結構采用焊接或錨栓連接。焊接由持證上崗的特種操作人員操作，焊接質量要符合結構焊縫要求；采用專用高強夾具錨固連接時，仔細檢查安裝鈕矩符合要求，不得遺漏。

（5）C型鋼桿件采用鍍鉻或熱鍍鋅處理，現(xiàn)場下料切割時開口朝下，切口打磨平滑。做好切割面的防腐或加裝封蓋。

（6）必須按照設計要求做好抗震節(jié)點錨固及安裝，在安裝過程中的隨時實測實量并做好記錄；嚴禁隨意調整位置導致組件承載力低于設計值。

（7）生根用的H型鋼安裝后要按照防火級別做好防火噴涂，與鋼結構防火涂料顏色效果應一致，以保證視覺美觀。

（8）施工時做好施工工序交接檢查及成品保護措施，嚴格執(zhí)行工序“三檢”制度。

7 結束語

綜上所述，在建筑工程消防管道安裝作業(yè)實際開展過程中，應在對建筑結構和管道綜合布置要求充分考慮的基礎上，并與地震應力相關傳遞情況相結合的基礎上，安裝相關管道抗震支撐，這樣一來，能夠最大程度的保障管道系統(tǒng)在地震情況下的安全穩(wěn)定性，減少地震破壞造成安全及財產損失。由于每個點位都經過科學的力學驗算，利用工廠成品構件現(xiàn)場裝配安裝支吊架工程現(xiàn)場工藝簡捷，干擾少，減少了傳統(tǒng)支吊架現(xiàn)場切割、焊接及油漆噴涂工作量，有利于“快速施工、綠色施工”的建設。

裝配式抗震支吊架應用還能夠充分利用工廠等場外的生產資源，實行構件生產專業(yè)化、標準化、工廠化。將機電管線安裝效果提升了一個層次。本工程抗震支吊架系統(tǒng)一次驗收合格率100%，業(yè)主及對工程質量放心滿意。