機電抗震設(shè)計在臨港某科技創(chuàng)新城項目中的應(yīng)用

朱立偉（上海建工七建集團(tuán)有限公司， 上海 200231）

1 概 述

根據(jù) GB 50981—2014《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》，抗震設(shè)防烈度 ≥ 6 度地區(qū)的建筑機電工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計。抗震設(shè)防烈度指的是按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，其中北京市、上海市、廣州市作為 3 個人口密集型產(chǎn)業(yè)中心，抗震設(shè)防烈度均在 6 度以上。北京 60% 以上的區(qū)域甚至達(dá)到了 8 級。

建筑機電設(shè)備的抗震應(yīng)用主要包括建筑給排水，供暖通風(fēng)與空調(diào)，電氣工程、燃?xì)狻⑾馈⑷蹼姷雀黝愋凸艿兰霸O(shè)備，主要的抗震措施為抗震支吊架。抗震支架在構(gòu)成上大致由加固的吊桿、抗震的斜撐、描固體和抗震所需的連接構(gòu)件組成。抗震支架主要是利用地震力作為主要抗震的維持系統(tǒng)，當(dāng)遭遇較強震度的地震時，可有效地將機電管線及設(shè)備承受的橫向力與縱向力，盡快傳遞到構(gòu)筑物上，使其在震中能不影響系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，在震后能盡快恢復(fù)建筑機電管線功能。

臨港某科技創(chuàng)新城 A 0202 地塊項目位于上海市浦東新區(qū)滴水湖畔。整個項目以辦公研發(fā)中心為主，包含一些配套的商業(yè)餐飲設(shè)施，并設(shè)置輔助的會議展示及多功能空間。其中，地下室面積達(dá) 4 萬 m2，頂部機電管線錯綜復(fù)雜，施工難度較大。作為抗震設(shè)計的關(guān)鍵區(qū)域，地下室的綜合管道在設(shè)計及施工中使用了抗震支架。

2 機電抗震設(shè)計的方案確認(rèn)

機電抗震設(shè)計的技術(shù)核心應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、建筑使用功能、房屋高度、結(jié)構(gòu)類型和變形特征、附屬設(shè)備所處的位置和運轉(zhuǎn)要求等，按國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)協(xié)會要求，經(jīng)綜合分析后確定。機電抗震設(shè)計作為一項技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)性過程，每個項目都具有其獨特性，設(shè)計方案不可一味照搬照抄。機電抗震需要經(jīng)過精細(xì)化的計算。結(jié)合現(xiàn)場實際管線布置，并配套廠家的成熟產(chǎn)品，為機電系統(tǒng)提供切實有效的抗震保護(hù)效果。

目前在抗震支架的選用上，普遍采用裝配式綜合支吊架（下文簡稱“裝配式支吊架”）。盡管規(guī)范并未強調(diào)抗震支架必須采用裝配式支吊架，但現(xiàn)在市場上大部分項目的抗震支架采用裝配式支吊架。采用裝配式支吊架大幅簡化了前期的深化設(shè)計和后期的施工。通常抗震支吊架的安裝通常分為4 個步驟，即抗震支吊架點位的確認(rèn)→抗震支吊架的選型計算→抗震支吊架的現(xiàn)場安裝→現(xiàn)場驗收。

建筑機電工程設(shè)施抗震設(shè)計應(yīng)以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為基準(zhǔn)，一般不會高于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計級別。機電管線類別數(shù)量繁多，尺寸大小不一，并非所有的機電管線均需要安裝抗震支吊架。根據(jù) GB 50981—2014，通常需要做抗震支吊架的管線主要有 4 類。

（1）懸吊管道中重力＞1.8 KN 的設(shè)備（通俗說法為大約 180 kg 的承重）。

（2）DN 65 以上的生活給水、消防管道系統(tǒng)（水管）。

（3）矩形截面積 ≥ 0.38 m2和圓形直徑 ≥ 0.7 m 的風(fēng)管系統(tǒng)。

（4）內(nèi)徑 ≥ 60 mm 的電氣配管及重力 ≥ 150 N/m 的電纜橋架、電纜槽盒、母線槽。

抗震支吊架四部分之一的抗震斜撐，通常采用 C 型鋼，型鋼鋼材力學(xué)性能如表1 所示。在臨港某科技創(chuàng)新城項目中，以地下室主通道的綜合管線進(jìn)行的抗震設(shè)計，對于抗震支吊架的點位，須嚴(yán)格按照規(guī)范要求的范圍內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況進(jìn)行點位布置，水、暖、電 3 專業(yè)的圖紙均需要布點。

表1 型鋼鋼材力學(xué)性能表

圖 1 地下室暖通防排煙風(fēng)管布點

對地下室暖通防排煙風(fēng)管和地下室空調(diào)水管道進(jìn)行抗震支吊架布點深化設(shè)計。為有效結(jié)合抗震設(shè)計的功能性、節(jié)能性、美觀性原則，對管道進(jìn)行單項抗震和雙向抗震支架交替布置，間距基本一致，同時滿足規(guī)范的最大布置間距要求。本項目地下室暖通防排煙風(fēng)管布點如圖 1 所示。

在抗震支吊架的型鋼的選用上，受力較大的為支撐形式型鋼，以本項目最大的綜合管組為例（總重約 800 kg 的冷凍水供回水管組）進(jìn)行力學(xué)計算選型。 在 8 KN（約 816 kg）的集中力作用下，通過表1 的型鋼鋼材力學(xué)性能表，按簡支梁計算公式，得出對應(yīng)型鋼的不同跨距的撓度表，如表2 所示。根據(jù)選型表，可以直觀地對現(xiàn)場的大管道進(jìn)行抗震支吊架型鋼規(guī)格的匹配，如 DN 300 以上的冷凍水供回水管道，應(yīng)采用尺寸 41 mm×41 mm 規(guī)格及以上的雙拼槽鋼最為合適。

表2 8 kN 集中力下不同跨距的撓度表

抗震支吊架四部分之一的吊桿，采用圖集 03 S 402《室內(nèi)管道支架及吊架》規(guī)定，進(jìn)行吊桿凈面積 An按式（2）計算。

式中：An—吊桿凈截面面積，mm2；

N—吊桿拉力設(shè)計值，N；

F—鋼材強度設(shè)計值，N/mm。

吊桿最大使用荷載如表3 所示。根據(jù)不同拉力允許值，對應(yīng)配置不同直徑的吊桿，大直徑吊桿可以覆蓋小直徑吊桿，確保吊桿管材在拉力允許范圍內(nèi)進(jìn)行最佳經(jīng)濟(jì)性選型。抗震支吊架的錨固件通常采用具有機械鎖鍵效應(yīng)的后擴(kuò)底錨栓，不同于膨脹螺栓通過擠壓產(chǎn)生摩擦力的方式來固定，后擴(kuò)底錨栓允許有光面螺桿，利用機械鎖鍵力進(jìn)行受力，其具有極強的錨固效果，適用于對安全系數(shù)要求高的場合。對于抗震支吊架而言，在承重支吊架或托架在地震作用下松脫滑落的情況下，其務(wù)必保證與結(jié)構(gòu)體的可靠連接，同時還需要將地震作用力盡快傳遞到構(gòu)筑物上，故后擴(kuò)底錨栓是最佳的錨固件選擇。另外還需注意的是，錨入基材混凝土強度不得 ＜ C 15，本項目臨港科技創(chuàng)新城主體結(jié)構(gòu)的混凝土強度均 ≥ C 40。

表3 吊桿最大許用拉力表（Q 235 材質(zhì)）

抗震支吊架所需的連接構(gòu)件，因廠家不同，連接構(gòu)件的差異較大，具體可根據(jù)不同廠家的選型表進(jìn)行匹配選型。

3 現(xiàn)場施工要點

本項目機電系統(tǒng)繁多，管線錯綜復(fù)雜。作為抗震設(shè)計重點區(qū)域的地下室，面積達(dá) 4 萬 m2，特別是主車道上方的管線，抗震支吊架施工難度較大。對圖紙進(jìn)行深化設(shè)計之后，將成套支吊架運抵現(xiàn)場安裝，需要注意的是抗震支吊架的施工需在原支架和管線安裝完成后進(jìn)行，本項目現(xiàn)場抗震支吊架由以下 4 類管線組成。① 管道支撐（給排水、消防管道）。② 電纜橋架支撐（電纜線盒、母線槽）。③ 矩形風(fēng)管支撐（空調(diào)送排風(fēng)、防排煙管道）。④ 組合式支架（適用于多種類型管道組合）。給排水管道的抗震支吊架如圖 2 所示。

圖 2 給排水管道抗震支吊架

按形式，抗震支吊架分為側(cè)向抗震支吊架與縱向抗震支吊架 2 類。確保管線在各個方向上的抗震性能穩(wěn)定、可靠。管道組的縱向抗震支吊架如圖 3 所示，上下兩排管道的抗震支吊架角度一致，排列整齊，錯落有致，不影響原有管道承重支架的設(shè)置，在滿足規(guī)范要求的同時，兼顧了機電管線的美觀度。

本項目地下室主通道及各類型機房是抗震支架應(yīng)用最為廣泛的區(qū)域。對于臨港科技創(chuàng)新城項目管線密集復(fù)雜的地下室，其抗震支吊架的現(xiàn)場施工過程中，貫徹落實了如下幾點要求。

（1）所有的抗震支吊架均應(yīng)在管道支撐（承重）支架安裝完成后進(jìn)行，抗震支吊架不得作為支撐支架。

（2）抗震支吊架必須和現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)可靠連接。當(dāng)管道穿越建筑沉降縫時應(yīng)考慮不均勻沉降的影響，預(yù)留一定的伸縮余量，確保管線在地震作用下，建筑物出現(xiàn)沉降時不會斷裂損壞。

（3）側(cè)向、縱向抗震支撐的斜撐安裝應(yīng)避開支撐支架，垂直角度應(yīng) ≥ 30°，且 ≤ 90°，宜采用 45°。連接立管的水平管道應(yīng)在靠近立管 0.6 m 范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語

上海臨港某科技創(chuàng)新城項目大量采用抗震設(shè)計，其中主要在機電安裝方面進(jìn)行設(shè)計，并安裝了大面積的抗震支吊架。根據(jù)本項目的抗震支吊架使用經(jīng)驗來，抗震支吊架必須在前期進(jìn)行較為詳細(xì)的圖紙深化設(shè)計，同時對現(xiàn)場已完成的支撐（承重）支架和管道進(jìn)行考察丈量，避開支撐（承重）支架位置，因為繁雜密集的管線會給現(xiàn)場施工帶來一定的難度。抗震支吊架采用大量成品連接件和型鋼，除部分異型支撐外，均采用成品現(xiàn)場加工制作及安裝。如此又給施工帶來了便利，大幅縮短了施工工期。抗震支吊架有如下特點。

（1）抗震支吊架的應(yīng)用越來越廣泛，從商用建筑逐步向民用住宅的推進(jìn)，進(jìn)一步保障人民的生命財產(chǎn)安全。

（2）一體化趨勢。深化圖紙、設(shè)計相配套的軟件包括報價軟件、力學(xué)計算軟件、繪圖軟件等，其采購、設(shè)計、施工一體化服務(wù)或成趨勢。

（3）抗震連接件其連接的模式多元化。采用圓球式可萬向轉(zhuǎn)連接方式、去外螺桿連接方式，盡可能采用圓管來支撐，普通支架參與加裝抗震連接件等。