機(jī)電抗震設(shè)計(jì)在科技新創(chuàng)項(xiàng)目中應(yīng)用

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摘要：地震是自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性和不可預(yù)測性。我國是全世界地震活動(dòng)最活躍、地震災(zāi)害影響最大的國家之一，有近30%的區(qū)域、1/2的城市和80%以上的特大城市位于7度以上的高地震烈度區(qū)。因此，建筑物的抗震要求顯得尤為重要，通常建筑抗震由3部分構(gòu)成，即建筑結(jié)構(gòu)抗震、建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震、建筑機(jī)電設(shè)備抗震。通過項(xiàng)目實(shí)例，展望建筑機(jī)電設(shè)備抗震的應(yīng)用和前景。

關(guān)鍵詞：抗震支架；大型管道；建筑抗震

1概述

根據(jù)GB50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，抗震設(shè)防烈度≥6度地區(qū)的建筑機(jī)電工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)防烈度指的是按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)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(gè)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(jī)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)?、消防、弱電等各類型管道及設(shè)備，主要的抗震措施為抗震支吊架?？拐鹬Ъ茉跇?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?？拐鹬Ъ苤饕抢玫卣鹆ψ鳛橹饕拐鸬木S持系統(tǒng)，當(dāng)遭遇較強(qiáng)震度的地震時(shí)，可有效地將機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，在震后能盡快恢復(fù)建筑機(jī)電管線功能。臨港某科技創(chuàng)新城A0202地塊項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)滴水湖畔。整個(gè)項(xiàng)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(huì)議展示及多功能空間。其中，地下室面積達(dá)4萬m2，頂部機(jī)電管線錯(cuò)綜復(fù)雜，施工難度較大。作為抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵區(qū)域，地下室的綜合管道在設(shè)計(jì)及施工中使用了抗震支架。

2機(jī)電抗震設(shè)計(jì)的方案確認(rèn)

機(jī)電抗震設(shè)計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)要求等，按國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)協(xié)會(huì)要求，經(jīng)綜合分析后確定。機(jī)電抗震設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)性過程，每個(gè)項(xiàng)目都具有其獨(dú)特性，設(shè)計(jì)方案不可一味照搬照抄。機(jī)電抗震需要經(jīng)過精細(xì)化的計(jì)算。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際管線布置，并配套廠家的成熟產(chǎn)品，為機(jī)電系統(tǒng)提供切實(shí)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(qiáng)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(xiàng)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(jì)和后期的施工。通常抗震支吊架的安裝通常分為4個(gè)步驟，即抗震支吊架點(diǎn)位的確認(rèn)→抗震支吊架的選型計(jì)算→抗震支吊架的現(xiàn)場安裝→現(xiàn)場驗(yàn)收。建筑機(jī)電工程設(shè)施抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，一般不會(huì)高于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)級別。機(jī)電管線類別數(shù)量繁多，尺寸大小不一，并非所有的機(jī)電管線均需要安裝抗震支吊架。根據(jù)GB50981—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＞1.8KN的設(shè)備（通俗說法為大約180kg的承重）。（2）DN65以上的生活給水、消防管道系統(tǒng)（水管）。（3）矩形截面積≥0.38m2和圓形直徑≥0.7m的風(fēng)管系統(tǒng)。（4）內(nèi)徑≥60mm的電氣配管及重力≥150N/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(xiàng)目中，以地下室主通道的綜合管線進(jìn)行的抗震設(shè)計(jì)，對于抗震支吊架的點(diǎn)位，須嚴(yán)格按照規(guī)范要求的范圍內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行點(diǎn)位布置，水、暖、電3專業(yè)的圖紙均需要布點(diǎn)。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(diǎn)深化設(shè)計(jì)。為有效結(jié)合抗震設(shè)計(jì)的功能性、節(jié)能性、美觀性原則，對管道進(jìn)行單項(xiàng)抗震和雙向抗震支架交替布置，間距基本一致，同時(shí)滿足規(guī)范的最大布置間距要求。本項(xiàng)目地下室暖通防排煙風(fēng)管布點(diǎn)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(xiàng)目最大的綜合管組為例（總重約800kg的冷凍水供回水管組）進(jìn)行力學(xué)計(jì)算選型。在8KN（約816kg）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(jì)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DN300以上的冷凍水供回水管道，應(yīng)采用尺寸41mm×41mm規(guī)格及以上的雙拼槽鋼最為合適?？拐鹬У跫芩牟糠种坏牡鯒U，采用圖集03S402《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(jì)算。An≥1.5N/（0.85F）（2）式中：An——吊桿凈截面面積，mm2；N——吊桿拉力設(shè)計(jì)值，N；F——鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)械鎖鍵力進(jìn)行受力，其具有極強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度不得＜C15，本項(xiàng)目臨港科技創(chuàng)新城主體結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度均≥C40?？拐鹬У跫芩璧倪B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(diǎn)

本項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)繁多，管線錯(cuò)綜復(fù)雜。作為抗震設(shè)計(jì)重點(diǎn)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(jì)之后，將成套支吊架運(yùn)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(xiàng)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。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(gè)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(cuò)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(shí)，兼顧了機(jī)電管線的美觀度。本項(xiàng)目地下室主通道及各類型機(jī)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(xiàng)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(shí)了如下幾點(diǎn)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(shí)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(shí)不會(huì)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0.6m范圍內(nèi)。

4結(jié)語

上海臨港某科技創(chuàng)新城項(xiàng)目大量采用抗震設(shè)計(jì)，其中主要在機(jī)電安裝方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并安裝了大面積的抗震支吊架。根據(jù)本項(xiàng)目的抗震支吊架使用經(jīng)驗(yàn)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(jì)，同時(shí)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?yàn)榉彪s密集的管線會(huì)給現(xiàn)場施工帶來一定的難度?？拐鹬У跫懿捎么罅砍善愤B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?？拐鹬У跫苡腥缦绿攸c(diǎn)。（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(cái)產(chǎn)安全。（2）一體化趨勢。深化圖紙、設(shè)計(jì)相配套的軟件包括報(bào)價(jià)軟件、力學(xué)計(jì)算軟件、繪圖軟件等，其采購、設(shè)計(jì)、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。

作者:朱立偉 單位:上海建工七建集團(tuán)有限公司