電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及水泥工程管線橋架抗震設(shè)計(jì)分析

張煜，向崢

1 前言

水泥工程項(xiàng)目中的抗震設(shè)計(jì)不僅僅涉及結(jié)構(gòu)專業(yè)、建筑專業(yè)，電氣專業(yè)也應(yīng)重視抗震設(shè)計(jì)。GB 50981-2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》總則中明確規(guī)定，“抗震設(shè)防烈度為6 度及6 度以上地區(qū)的建筑機(jī)電工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)”[1]，住建部2021年7月30 日發(fā)布的《建筑機(jī)電工程抗震技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》中，再次明確了上述規(guī)定。2023年8月17 日，住建部編制完成了國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件（修訂征求意見稿）》，更加充分地顯示了國家對(duì)抗震設(shè)計(jì)相關(guān)工作的重視。GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A“我國主要城鎮(zhèn)設(shè)防烈度表”顯示，全國城市的抗震設(shè)防烈度基本都在6 度及6 度以上，這就要求電氣專業(yè)在工程項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)階段即應(yīng)重視電氣設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)。

2 電氣抗震國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求

目前，與電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)相關(guān)的工程領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)或國標(biāo)圖集主要包括：GB 50981-2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）、GB 50556-2010《工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50260-2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集16D707-1《建筑電氣設(shè)施抗震安裝》、T/CECS 420-2022《抗震支吊架安裝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、CJ/T 476-2015《建筑機(jī)電設(shè)備抗震支吊架通用技術(shù)條件》、GB/T 37267-2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》等。

GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確了全國主要城鎮(zhèn)的抗震設(shè)防烈度，是工程項(xiàng)目電氣抗震設(shè)計(jì)施工的基準(zhǔn)。GB 50260-2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了單機(jī)容量為12～1 000MW火力發(fā)電廠、單機(jī)容量為10MW 及以上水力發(fā)電廠、電壓等級(jí)為110～750kV 交流輸變電工程、電壓等級(jí)為±660kV 及以下直流輸變電工程及電力通信微波塔的電力設(shè)施相關(guān)的抗震設(shè)計(jì)要求。GB 50556-2010《工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確了適用于抗震烈度9度及以下地區(qū)，且電壓為220kV及以下的工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要求抗震設(shè)防烈度6度及以上地區(qū)的電氣設(shè)備，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。在該規(guī)范的第六章中，對(duì)電力變壓器、各類電瓷設(shè)備、電容補(bǔ)償裝置、蓄電池（即直流屏或UPS）、高低壓開關(guān)柜、電抗器、整流柜等電氣設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)提出了具體要求。CJ/T 476-2015和GB/T 37267-2018 是對(duì)抗震支吊架通用技術(shù)的具體要求。國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集16D707-1《建筑電氣設(shè)施抗震安裝》則對(duì)抗震支吊架的安裝部位和方案做了說明。GB 50981-2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要求抗震設(shè)防烈度6度及6 度以上地區(qū)的建筑機(jī)電工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，明確要求了在電氣施工圖設(shè)計(jì)中需對(duì)相關(guān)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。在該規(guī)范第七章中，規(guī)定了電氣設(shè)備、變電所、線路敷設(shè)等的抗震設(shè)計(jì)要求；在第3.1.6中，規(guī)定了“對(duì)重力≯1.8kN的設(shè)備或吊桿計(jì)算長度≯300mm 的吊桿懸掛管道，可不進(jìn)行設(shè)防”；同時(shí)，在第7.1.2 中，規(guī)定了“內(nèi)徑≮60mm 的電氣配管及重力≮150N/m的電纜梯架/電纜槽盒/母線槽均應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)防”。

3 電氣抗震國外標(biāo)準(zhǔn)要求

國外與電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)相關(guān)的工程領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有美國IEEE Std 693-2018《變電站抗震設(shè)計(jì)推薦規(guī)程》、日本JEAG 5003-2010《電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)指南》、國際電工委員會(huì)IEC 62271-207、IEC 60068 系列和IEC 62271-300 等。美國標(biāo)準(zhǔn)在電氣設(shè)備安裝的抗震措施上，考慮了場地效應(yīng)對(duì)電氣設(shè)備基礎(chǔ)的影響，因此，美國的電氣設(shè)備安裝設(shè)計(jì)抗震標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格[2]。在電氣設(shè)備的抗震能力要求方面，IEC 的要求最嚴(yán)格，在電氣設(shè)備的抗震能力要求選擇方面，美國標(biāo)準(zhǔn)的界定具體且有操作性[2]。對(duì)于變電站中的重要電氣設(shè)備，IEC 和日本規(guī)范均明確要求采用一級(jí)設(shè)防，即，不降低設(shè)備功能，類似于我國抗震要求中的“大震可修”[3]。

4 水泥工程管線橋架抗震設(shè)防分析

4.1 電氣配管抗震設(shè)防分析

水泥工程項(xiàng)目中常用的電氣配管一般是鍍鋅鋼管，具體規(guī)格見表1。從表1 可以看出，DN80 及以上的鍍鋅鋼管內(nèi)徑均＞60mm，需考慮抗震設(shè)防；DN50的鍍鋅鋼管雖然外徑＞60mm，但考慮壁厚，其內(nèi)徑＜60mm，無需考慮抗震設(shè)防。

表1 鍍鋅鋼管公稱直徑

4.2 母線槽抗震設(shè)防分析

母線槽一般應(yīng)用于電力室變壓器至進(jìn)線柜之間，或應(yīng)用于不同低壓母線段的橋間連接，而水泥工程中常用的變壓器容量均在630kVA 及以上，應(yīng)用的母線槽額定電流一般都在1 250A及以上。查閱母線槽廠家資料可知，額定電流為1 250A 的空氣絕緣型及密集絕緣型母線槽，其重量均＞30kg/m（＞294N/m），需考慮抗震設(shè)防。

4.3 電纜橋架抗震設(shè)防分析

水泥工程項(xiàng)目中一般都會(huì)采用梯級(jí)電纜橋架用于敷設(shè)電纜，需根據(jù)橋架本身的重量與敷設(shè)的電纜重量之和判斷是否考慮抗震設(shè)防。水泥工程項(xiàng)目中常用的電纜橋架規(guī)格一般有200mm×100mm、400mm×100mm、500mm×100mm、600mm×100mm，同時(shí)，考慮防塵因素，室外放置的橋架還需放置橋架蓋板，蓋板重量也需考慮。表2為不同規(guī)格梯級(jí)電纜橋架的參考重量，基于表2 可知，橋架在室外安裝時(shí)考慮敷設(shè)蓋板，400mm×100mm 規(guī)格的電纜橋架重量是16.56kg/m（162.2N/m），在尚未考慮電纜重量的情況下，橋架重量已大于GB 50981-2014規(guī)范中規(guī)定的15.30kg/m（150N/m），因此，必須對(duì)帶蓋板的400mm×100mm 規(guī)格的梯級(jí)電纜橋架考慮抗震設(shè)防。

表2 不同規(guī)格梯級(jí)電纜橋架的參考重量

在橋架不放置蓋板的情況下，不同規(guī)格橋架及低壓動(dòng)力電纜參數(shù)及橋架填充率見表3，其中，橋架填充率為橋架內(nèi)電纜總截面積與橋架截面積之比。由表3 可知，若不考慮抗震設(shè)計(jì)，在不同規(guī)格橋架內(nèi)的最多敷設(shè)電纜根數(shù)下，橋架填充率最大僅為17.6%。根據(jù)國家規(guī)范要求，橋架內(nèi)的動(dòng)力電纜總截面積不應(yīng)超過橋架截面積的40%，工程實(shí)際中橋架均需敷設(shè)電纜，實(shí)際上水泥工程項(xiàng)目中常用的梯級(jí)橋架均需考慮抗震設(shè)防。同規(guī)格托盤式橋架重量往往大于梯級(jí)橋架重量，若項(xiàng)目采用托盤式橋架，同樣需考慮抗震設(shè)防。在水泥工程項(xiàng)目中，封閉式電纜槽盒多用于敷設(shè)通訊電纜或其他弱電類電纜，封閉式電纜槽盒一般不獨(dú)立敷設(shè)，需放置在橋架內(nèi)，此種情況下，也需考慮抗震設(shè)防。

表3 不同規(guī)格橋架及低壓動(dòng)力電纜參數(shù)及橋架填充率

4.4 抗震支吊架設(shè)計(jì)使用注意事項(xiàng)

在需要進(jìn)行抗震設(shè)防的母線槽或電纜橋架施工時(shí)，一般應(yīng)考慮使用抗震支吊架，電氣施工中需使用的支吊架樣式如圖1所示。根據(jù)國標(biāo)圖集，基于Revit 軟件開發(fā)的抗震支吊架族如圖2 所示，可在項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)中使用。

圖1 電纜橋架用抗震支吊架

圖2 Revit開發(fā)的抗震支吊架族

對(duì)于電氣工程師來說，除了在設(shè)計(jì)圖紙說明中明確項(xiàng)目地震烈度及電纜橋架、母線槽是否需進(jìn)行抗震設(shè)防外，對(duì)于使用抗震支吊架的總承包項(xiàng)目，還應(yīng)明確如下內(nèi)容：

（1）抗震支吊架的設(shè)計(jì)使用須滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)T/CECS 420-2022《抗震支吊架安裝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、CJ/T 476-2015《建筑機(jī)電設(shè)備抗震支吊架通用技術(shù)條件》、GB/T 37267-2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》、GB 50981-2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。

（2）抗震支吊架生產(chǎn)廠家需提供包括產(chǎn)品使用說明、細(xì)化的布置方案、培訓(xùn)指導(dǎo)等服務(wù)，且需通過ISO9001 認(rèn)證。供應(yīng)商應(yīng)配合總包方進(jìn)行抗震支吊架的施工圖深化設(shè)計(jì)工作，提供所有節(jié)點(diǎn)的抗震支吊架大樣圖。

（3）抗震支吊架生產(chǎn)廠家需提供產(chǎn)品及使用材料的CMA 測試報(bào)告、型式檢測報(bào)告及地震模擬測試報(bào)告。

（4）抗震支吊架應(yīng)采用型鋼，配件鋼材強(qiáng)度不應(yīng)低于Q235B，表面處理方式應(yīng)采用熱浸鋅方式。

5 結(jié)語

隨著國家規(guī)范及項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙審核對(duì)電氣專業(yè)抗震設(shè)計(jì)要求越來越高，電氣專業(yè)在施工圖設(shè)計(jì)階段即應(yīng)充分考慮電氣設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)。在總承包項(xiàng)目中，不僅應(yīng)在施工圖設(shè)計(jì)說明中加注抗震設(shè)計(jì)說明，還應(yīng)明確電氣設(shè)備抗震支吊架的使用注意事項(xiàng)。本文在國內(nèi)外電氣抗震設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范和圖集基礎(chǔ)上，分析了不同規(guī)格的電氣配管、母線槽、電纜橋架是否需進(jìn)行抗震設(shè)防，以及抗震支吊架的設(shè)計(jì)使用注意事項(xiàng)，并利用Revit 軟件制作了抗震支吊架族模型，便于在施工圖三維設(shè)計(jì)中使用。