抗震支吊架在建筑機電工程中的應用

文／崔磊、王剛、辛德廣、孫詩偉、李斌 中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

1.國內外抗震支吊架應用現狀

70 年代初期，隨著美國西部地震的頻繁發生，高層建筑物中的機電輔助設施的防震需求越來越強烈，建筑物的機電防震體系應運而生。主要用于電力系統，通風溫度控制系統，燃氣管道，消防管理系統，電梯系統等。當前，建筑物機電防震支護體系研究處于快速演化、完善與創新的階段。

在2000 年以前，中國工程建設普遍使用型鋼，在施工現場完成切割、焊接成支吊架后再進行安裝。該舊式支吊架的成形與組裝過程繁瑣且費時。支吊架的尺寸與成形，完全取決于施工人員的操作工藝與技術，因此，施工質量無法保證，經常會出現返工或廢棄的現象。其切削、焊接存在著潛在的火災危險，作業噪音、粉塵等問題，作業人員的生命安全得不到有效的保障。采用常規的施工方法，在施工過程中容易對混凝土主體結構產生破壞，且難以達到結構的使用壽命。

進入21 世紀之后，中國已逐步完善設計一種新型的建筑抗震支吊架。由工廠直接制造出具有固定長度與規格的C 型槽鋼，以及具有固定規格的抗震連接件，并將其配上相應的槽鋼螺母、緊固件、螺桿、管夾，直接將其運送到現場，最后將其與現場環境與使用需求相結合，展開組裝。這種方法大大提高了組裝的精確度。在出廠之前，所有的部件和配件都已經根據使用環境的需要，對其進行了相應的防腐處理，并逐步實現了標準化，生產也趨向于工廠化，這為后續的規范化施工和科學化管理創造了可能。

目前，各類工業、商業及民用建筑物均采用了防震支吊架。在城市地下綜合管廊、軌道交通等市政工程中，防震支吊架的應用日益廣泛。在我國的核電、火電、變電所、海上石油平臺等工程建設中，已開始應用抗震支撐吊架結構[1]。

2.建筑機電工程抗震設防的意義及現狀

建筑機電工程的隔震減震能夠有效地減輕地震損傷，降低并盡可能地預防次生災害的發生，它與機電設施抵抗地震災害的能力密切相關，與建筑的使用功能以及人們的生命財產安全也有著密切的關系，它對保障建筑機電設施的安全耐久使用有著重要的意義。尤其是在建筑機電工程中，防震支架是最主要的隔震措施之一，更是起到了至關重要的作用。近年來，在北京，浙江，江蘇，四川，重慶等地，建筑機電防震支吊架的應用與技術進步迅速，成為行業發展的新方向，然而，在一些中西部及北部地區，其實施進展緩慢，導致了我國建筑機電防震支吊架的應用與技術水平不高，從而使我國建筑機電防震支吊架的推廣應用受限。目前，我國機電工程中的隔震、減震和防震支架等方面的研究還不夠充分平衡。在法律層面上，李克強總理在2021 年5 月12 日主持的國務院常務會議上審議通過的《建設工程抗震管理條例(草案)》，明確了新建、改建、擴建項目的抗震設防標準與措施，進一步明確了抗震支吊架等抗震措施的強制執行，為建筑機電工程的抗震設計、施工與驗收提供了法律基礎，迫切需要從規劃、設計、施工、管理、驗收等多個層面與多個角度進行有機的協調，以達到機電工程抗震的平衡與全面落實。

3.抗震支吊架結構及功能分析

3.1 抗震支吊架結構

抗震吊索與建筑物緊密相連，是一種以地震動為主要荷載的防震裝置。與傳統的承重式吊索不同，地震式吊索的功能是以地震為主，而不是以承載為主。當地震發生時，由于支座僅承受垂直重力，所以會出現搖擺現象。在建筑抗震系統中，結構抗震是基礎，而機電抗震支吊架系統則是在此基礎上的安全加強保護措施，目的在于防止在地震災害期間，建筑結構主體抗震功能完好的情況下，由于機電管道位移或振動造成機電功能失效或機電設施墜落，從而產生二次災害。在結構方面，抗震吊支架可分為縱向式和橫向式兩類。橫向抗震支吊架是安裝在機電設施的同側，可以承受其左右晃動，而縱向抗震支吊架則可以承受其前后晃動，所以橫向和縱向抗震支吊架可以承受兩個不同的受力[2]。

3.2 抗震支吊架功能

抗震支吊架系統則是通過對利用三角形穩定性原理的安裝形式，承擔了機電設施橫向的載荷抗，避免了機電設施的無序擺動，從而起到了強化建筑抗震安全性能的作用，因此，兩者并不能相互代替。抗震支吊架是以地震力作為首要荷載，對機電工程設施產生位移進行約束，并將設施的荷載轉送到支承結構上的裝置，它主要被用來保證給排水管道、供熱設施、通風管道、天然氣管道、供電設備、通訊設備等設備的安全運行。在地震發生時，能夠有效地降低機電工程設施的損耗，在最大限度內保證這些設備的安全，避免其坍塌造成的安全危害，在一定程度上，大大減少地震對人類生命安全及財產造成的損失。

4.抗震支吊架較傳統支吊架的應用優勢

通過對傳統支吊架在建筑中使用的特征進行分析，可以不難看出，它只能對垂直荷載產生有效的承載，并且在地震災害發生的時候，會產生幅度很大、非常顯著的橫向擺動現象，這就很容易對周圍的設施造成損害，甚至對建筑的機電工程系統造成損害，從而引發一系列的次生災害。這不但增加了后期維修的難度，而且也無法避免地震造成的損失。基于三角穩定的抗震支吊架，在地震作用下，能夠將縱向與橫向兩個方向的受力統一起來，從而改變管道系統的動態性能，表現出從柔韌到剛韌的轉變特征，從而顯著提高設備與管道的可靠度，最大程度地降低與控制地震災害引發的次生事故。按受力方向，可簡單地將其劃分為兩類：一類是與管道中心線垂直的橫向支撐；另一類是與管道中心線平行的縱向支架。在建筑物中，支座是一種重要的支承體系，它與建筑物的主體結構有著密切的聯系。當地震發生時，建筑內的抗震支撐系統可將管道及設備的地震力傳遞給主體結構，實現“小震不損，中震可修，大震不垮”的效果，從而極大地減少建筑結構、構件、功能、設備等的破壞，并將地震對人員生命的影響降到最低。

5.抗震支吊架在建筑機電工程中的應用

5.1 抗震支吊架的前期準備

在設計階段，按照《GB50981-2014 建筑機電工程抗震設計規范》中的規定，進行抗震支撐體系的設置。（1）給水消防（噴淋）系統：凡是≥DN65 的管線，都應有抗震支撐；（2）電力系統：在重力場大于或等于150N/m 的情況下，必須安裝防震支架；（3）緊急通風和防排煙系統：管路橫截面≥0.38m2 的管路和全部防排煙管路，應有抗震支撐裝置。此外，對于自重超過1.8Kn的空調機組和風機等設備，如果要進行吊運，則必須在其上安裝防震支架。

在選擇抗震支吊架時，應遵循以下幾個基本程序：（1）第一步：確定支架的位置及方位；（2）第二步：對結構的設計載荷進行了計算；（3）第三步：根據地震支吊架與結構的連接位置、架桿與豎直方向上的角度和設計荷載的計算結果，確定合理的地震支吊架的形狀、尺寸和最大長度；（4）第四步：依據第二步中的設計荷載及架體與豎向之間的角度，選取合適的扣件種類及規格，將地震支撐架安裝到建筑物上。如果使用具有經驗和計算能力的深化團隊，就可以通過對抗震支吊架的布置進行合理優化，使有限的建筑空間得到最大程度的利用，同時也可以避免出現由于空間狹小而無法安裝的支吊架系統，從而對建筑機電工程整體抗震設防的可靠性產生影響。

5.2 確定抗震支吊架的應用范圍

首先，根據項目的設計說明書和地下車庫建筑中的各個機電專業的圖紙，對管線進行了辨識，并確定了所需的抗震支撐裝置等管線，其依據是以下幾點。（1）如建筑物所處區域地震設計強度為6 度或更高，則其機電安裝工程應納入地震設計范圍內；（2）如消防、室內水、熱水管道等管道直徑不小于DN65 的水平管道，管道的安裝需與支吊架等有關，需按規范的規定做好抗震支撐的安裝工作。就高層建筑而言，如果其所處區域的地震設防烈度為8 度、9 度以上，并且排水立管和給水立管的直線長度都不小于100m，則需要根據具體的規定，采取適當的抗震動措施；（3）如事故通風風道和排煙風道為矩形，其橫斷面超過0.38m2，且風管系統為圓形，其風管系統為0.7m，且其重力不低于1.8kN，則需安裝防震支架；（4）所述電纜梯支架的自重超過150N/m，所述電纜管、電纜槽盒和所述匯流排的內徑至少為60mm；（5）對于內徑大于25mm 的氣體管道，或建筑高度超過50m 的建筑物，應著重改進抗震支座的設置；（6）對鍋爐房、換熱器和制冷機組中的管線，采用橫向和縱向的抗震支護結構。在多個管線共同使用的情況下，或者單個管線的直徑不小于300mm 時，應優先選用門式防震支架；（7）在建筑機械和電氣工程中，當管線必須通過隔震層時，應使用撓性連接或其它合適、可靠的連接方法，并在隔震層的兩端安裝防震支架。

5.3 抗震支架施工工藝

建筑機電防震支架的施工步驟是：（1）按照合同和圖紙的技術要求，進行現場測量；（2）根據安裝圖，設計者應編制相應的配套表，其中包含防震支架、機械配件、電氣配件等；（3）做好入廠前的各項準備工作，包括施工現場的主要工作，施工現場的物料存放地點，人員后勤，電力的使用等等。（4）按照設計圖進行安裝和施工；（5）工程完工后，對工程質量進行檢驗，直到驗收合格為止。施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 抗震支架施工工藝流程

施工中應注意的技術要點如下：（1）測量：測量待安裝的設備管道之間的距離和底部標高距樓板的高度。并重新檢查吊柱、橫梁和斜支撐的尺寸，以確定地腳螺栓的位置。（2）切割：根據測量和復查的數據，對材料進行切割。槽鋼切割后，必須在切口處噴涂金屬鋅噴霧，以避免腐蝕。（3）主起重機的安裝：根據懸掛立柱的位置鉆孔，然后安裝后地腳螺栓和懸掛立柱。（4）橫梁安裝及設備管路固定：安裝橫梁槽鋼，用螺栓連接吊柱，用P 型線夾或Ω 型線夾將水管固定在橫梁上。吊裝管道時可上下調整支吊架橫梁，就位后可重新擰緊。管道安裝時，不允許在支吊架上拖拉。搬運時應輕拿輕放，防止損壞支吊架。（5）斜支撐安裝：定位橫向和縱向支撐的地腳螺栓位置，鉆孔，然后安裝橫向和縱向支架。抗震支吊架的斜支撐安裝垂直角應為45°。管道安裝作業人員在腳手架上作業時，不得坐或站在支吊架上。不允許將支吊架用作腳手架或固定裝置。

5.4 抗震支吊架的安裝要求

5.4.1 固定混凝土結構抗震支吊架安裝

（1）錨固區基材表面應堅實平整，不得有影響錨固承載力的砂層、剝落、蜂窩、麻面、油污等缺陷。（2）在錨固深度范圍內，混凝土強度等級應達到C30 及以上。（3）錨固操作應符合地腳螺栓的設計要求。鉆孔前，應使用鋼筋探測器進行檢查，避免遇到鋼筋、導線管等隱蔽物體。固定在鋼柱和鋼梁上的抗震支吊架應使用專用夾具連接。

5.4.2 抗震支吊架其他構件安裝

（1）在管夾與管道的接頭上，要有防震的絕緣橡膠墊，以避免接頭上的電化學腐蝕，管夾與管道的接頭要牢固。（2）用設計的扭力將螺絲和螺帽鎖住，不能使其松脫。（3）安裝和施工完成后，必須用抹布擦凈，在沒有積水的情況下，將所有的槽鋼裸露在外的部分，連同槽鋼端帽一并安裝好。在垂直轉彎的管道中安裝抗震支吊架，首先要看向轉彎的角度，當轉彎的角度超過90°時，需加大抗震支吊架的長度，同時在兩端添加支架，以增強穩定性。在機電系統中比較狹窄的地方進行安裝時，由于受各種因素的影響，要注意沉降和位移的問題，施工時要根據實際情況，確保45°的安裝角度。若遇到多管門或單管門型時，則需掌握斜撐的角度，通常以中心對稱線為準，控制角度為2.5 度。如果大于2.5 度，則支撐的力量將減小。由于在輸油管線上安裝了剛性支架，因此，在輸油管線上安裝的支架，不能與輸油管線上的其它部位相連，而直接相連則會使輸油管線的抗震性能下降[3]。

5.5 抗震支吊架的管理措施

不同的防震支架，其抗震性能各不相同，故此使用效果也各不相同。因此，為防止震后支架不穩定而導致機械系統失效，就必須對支架進行定期的監控與檢測。地震支撐裝置的敏感程度很低，因此，在實際使用過程中，必須對其敏感程度進行重點監控，并對其進行更新，才能保證其正常工作。對于安裝了防震支架的機電系統，首先要對其進行全面的檢測；同時，要建立一套完善的檢驗體系，嚴格按照檢驗體系的要求進行檢驗，才能有效地提高支吊架的工作效率。通過加強對機械設備的質量檢驗，提高機械設備在震后失效時的安全性。所以，對其進行全方位的監控與檢測是非常重要的。

6.抗震支吊架在建筑機電工程中的應用推廣策略

6.1 提高機電抗震設防的意識

建筑機械和電氣設備是建筑工程中的一項關鍵技術，其質量的優劣將直接關系到建筑物的使用性能和安全運營。為了防止由于地震災害而導致的建筑機電工程的質量和安全事故發生，工程質量監督機構及各參建單位要對此給予足夠的關注，工程質量監督部門要積極引導各參建單位對其自身的質量責任進行正確的履行，讓建設單位對工程建設的首要責任、參建單位對其負有主體責任的意識得到切實的加強。在項目建設過程中，嚴格遵守抗震設防有關規范標準和施工圖設計要求，開展抗震設防質量管理工作，保證施工質量滿足抗震設防規范要求，確保建筑機電工程抗震規范標準的貫徹有力、執行到位。

6.2 加強機電抗震設計的源頭管控

（1）在施工圖設計中，對地震設防措施要做到“應設盡設”，并在設計時要有足夠的深度，以滿足工程的要求。（2）對在建工程中的機電設備抗震設計深度不夠的，應當進行進一步的設計或補充，并對抗震設防部位、抗震節點作詳細說明，對于抗震支吊架，應當提供計算書、平面布置圖、支吊架類型詳細說明，并確定桿件型式、錨栓的規格和型號。已完成的工程圖，須由原設計單位核準，并在必要的情況下，由原設計單位復審。

6.3 加強過程控制，落實主體責任

（1）建設方應組織各參與方對工程進行抗震設計圖紙的會審，并確定其設計圖紙符合建筑抗震設計的要求。（2）建設單位、施工單位和監理單位要加強對建筑機械和電氣工程中所涉及到的材料的進場驗收工作，其材料的材質、規格、性能要與設計相一致，其主要的質量保證資料，如出廠合格證，型式檢驗，出廠檢驗報告，都要齊全有效，并做好進場驗收的記錄。當采用后錨固定支吊架時，應檢查后錨的承載力。（3）承建方須具備機械電氣設備的安裝資質，在安裝防震支架之前，須根據施工圖紙，編制施工計劃，并提交監理機構審查，在安裝時，須根據施工圖、施工計劃，對機械、電氣等結構及支架進行施工，不得擅自改動，以保證安裝質量符合機械、電氣抗震相關規范及設計要求。以某工程為例，通過對工程實例的分析，說明了其在工程中的成功運用，將對工程中的機電防震支架在工程中的應用起到示范和帶動作用。（4）在機電工程中，在主要部位及結合部的原材料進場驗收時，由監理單位在現場旁觀，并做好記錄。（5）對建筑機械和電氣工程的隔震和減震，應按各分項項目列入相應的部分項目，對其所含的檢查批次進行全面的檢查，并對施工技術過程進行詳細記錄。

結語：

當地震發生的時候，利用機電工程抗震支吊架的橫向和縱向的抗震支承，可以有效地限制機電設施在各個方向上的無序晃動，從而更好地確保機電設施的系統穩定性，從而達到“小震不損、中震可修、大震不倒”的目的，大大降低或避免次生災害的發生，最大限度地減少人員傷亡和經濟損失。所有的參與單位和項目的有關管理人員，都要對有關建筑機電隔震減震的法律法規和標準規范有一個正確的認識，并將其與機電工程的其他分部分項一樣，在實際工作中也要給予足夠的重視。尤其是在推廣使用階段，需要有關部門的積極參與。加強多部門、多層次的管理，加強技術的推廣，提高機電工程的抗震性。