鋼結構廠房抗震支吊架設計思路淺析

萬里鵬，周洋，王強

（中機中聯工程有限公司，重慶 400039）

建筑物內安裝的機電管線，傳統的安裝固定方式是解決管線因自身重力而產生的強度問題，僅考慮了豎直方向的重力支撐。影響傳統支吊架設置的因素主要為管線最大跨度和相鄰支撐點間距，在工程設計中，只要綜合考慮這兩個因素，就能確定最優的管線支吊解決方案。而國家標準GB50981-2014《建筑機電工程抗震設計規范》強制要求對抗震設防烈度在6度及以上的建筑機電工程進行抗震設計，傳統的管線支吊方式已不能滿足要求。規范實施5年來，機電管線抗震支吊方案已廣泛應用于鋼筋混凝土框架結構形式的民建、公建領域。而在工業領域的鋼結構廠房內，因支吊點設置相對困難，造成抗震支吊架設計難度增加。本文將介紹鋼結構廠房內機電管線抗震支吊架的設計流程及重點，為工廠設計相關從業人員提供一些有益的參考。

表1 常見架空敷設管線跨距表

1 管線支吊方案設計

1．1 荷載收集

工程進入施工圖設計階段的首要任務，就是根據工藝輸入資料，確定廠房的機電管線的種類、大致規格和走向。區別于鋼筋混凝土框架結構廠房，鋼結構廠房對荷載要求更加敏感，荷載直接決定用鋼量并對工程造價有更大影響。因此，我們需要將廠房內全部架空敷設的管線進行荷載估算，匯總后提交給鋼結構設計人員建模。需要注意的是，匯總設計并非簡單的荷載疊加，我們需要根據廠房結構形式和管線跨度，對各種管線的走向進行優化設計，形成管線集中通道，并確定管線支吊架的大致方案，這是荷載收集階段的主要任務。

1．2 確定吊掛方案

鋼結構廠房常見機電管線主要有給水、消防、供暖、通風、空調、電纜橋架、母線、天然氣、熱力、壓縮空氣及其他各種工藝氣體、液體類管道。室內架空敷設的管線一般采用綜合管架敷設，綜合管架的設置間距要考慮各種管線的跨距、支吊點限制條件等因素。常見管線跨距見表1。

綜合管架要與廠房主體鋼結構可靠連接和錨固，連接錨固點的選擇決定了吊掛方案的合理與否。鋼筋混凝土結構建筑物的管線一般都能從梁、板或柱上生根支吊點，而鋼結構廠房由于空間更大，常見的建筑高度9～15m、柱距6～10m，所以支吊點的選取會相對困難。國家標準規定采用抗震支吊架的管線基本涵蓋了大部分管線類型，抗震支吊架設計幾乎成為必選項。根據國標圖集18R417-2《裝配式管道支吊架（含抗震支吊架）》，抗震支吊架的抗震功能由側向和縱向支撐來實現，實際應用為側向抗震吊架、雙向抗震吊架和防晃吊架。支吊點的設置位置一般會對鋼結構設計有直接影響。表2總結了不同類型鋼結構廠房抗震支吊架的設置方法。

表2 鋼結構廠房抗震支吊架設置方案

1．3 提出設計需求

確定了抗震支吊架設置方案后，需要向結構設計人員提出相關設計需求。設計需求資料主要包括管線荷載平面布置圖和抗震支吊點布置圖，其中抗震支吊點布置圖還需明確水平地震力荷載，按國家標準GB50981-2014《建筑機電工程抗震設計規范》第3.4.5條的公式進行計算。提出設計需求的目的，是讓結構專業設計人員在建模階段就把各種荷載考慮進去，避免后期因荷載增加或變更而造成的較大工作量的設計返工。

2 抗震支吊架施工圖設計

2．1 確定支吊架間距及型式

水平管線側向及縱向抗震支吊架間距根據規范公式8.2.3計算，與抗震支吊架最大間距l0、水平地震力綜合系數αEk和抗震斜撐角度調整系數k有關。當αEk＞1.0或斜撐角度小于45°時，支吊架需加密。典型的柱上抗震支架和梁下抗震吊架如圖1所示。

圖1 鋼結構廠房抗震支吊架設置方案

對生根于鋼結構廠房屋面構件的支吊架，其型式和抗震固定方式同樣可以參考上圖，在屋架鋼梁、屋面支撐、屋面檁條上選擇合適的錨固連接點。需要注意的是，屋面構件對荷載相對敏感，需要在荷載匯總階段向結構設計人員提出盡量準確的資料，有利于對需要加強的檁條和屋面支撐作出經濟合理的設計。抗震支吊架的設置除了滿足規范要求，還應與構件布置、柱網布置相協調，同時兼顧經濟美觀、便于施工安裝的原則。

2．2 支吊架構件選型設計

抗震支吊架的所有構件均要求采用成品構件，即裝配式支吊架，傳統的現場焊接的型鋼支吊架已不能滿足規范要求。抗震支吊架的主要構件包括錨栓、C型槽鋼（用作底座、立柱、橫梁、連接件、斜撐）及管架等。抗震支吊架設計需要繪制節點詳圖，其構件的選型設計，可以依據18R417-2《裝配式管道支吊架（含抗震支吊架）》進行，但實際由于構件種類數量眾多，工作量會比較大。可以采用的方式是，將構件選型設計交給成品支吊架廠家負責。設計方負責提供管線荷載、支吊架布置方案，并進行最終驗算復核。

2．3 支吊架受力驗算

抗震支吊架布置圖和節點圖完成后，還需要對其進行受力驗算。受力驗算只需考慮水平地震作用。地震力作用下需作強度驗算的構件包括：受壓斜撐、吊桿、各類錨栓等。受力驗算結果一般以計算書形式提供。計算書主要包括以下內容：工程信息：管線組成及規格、支吊架編號；構件信息：豎向額定荷載、側向額定荷載、縱向額定荷載；支撐信息：吊桿、斜撐的規格和最大承載力，斜撐角度，吊桿長細比等；錨栓信息：安裝方向、鉆頭直徑、有效錨固深度、安裝扭矩、抗拉和抗剪承載力等；抗震支吊架節點詳圖；

校核信息：抗震支吊架最大間距l0、水平地震力綜合系數αEk、側向計算荷載、縱向計算荷載。

3 施工注意事項

抗震抗震支吊架與與鋼結構應采用焊接或螺栓連接。采用焊接連接時，應注意被連接結構體是否允許有焊接。采用螺栓連接時，應注意采用震動工況下防松動的雙螺帽緊固。側向、縱向抗震支吊架的斜撐安裝，垂直角度宜為45°，且不得小于30°。配套安裝金屬管道的管卡內需配惰性橡膠內襯墊，以達到絕緣、防震、降噪（降噪至少達到8dB）的效果。同時，還應該根據現場使用環境，對抗震支吊架構件表面進行防腐處理。成品抗震支吊架安裝時，需要有廠家的技術人員現場指導。機電管線安裝到抗震支吊架上時，應注意協調施工，不允許出現誰先進場誰占領有利安裝位置的情況，應嚴格按照設計圖紙的管線排布施工。當抗震構件妨礙管線安裝敷設時，可以臨時拆除，待管線安裝完畢再安裝還原。

4 結語

鋼結構廠房抗震支吊架的設計，需要綜合考慮支吊點位置、用鋼量控制以及整體協調美觀性。設計人員在施工圖開始階段就要確定布置方案，這需要一定的設計施工經驗積累。理順抗震支吊架設計思路，掌握好設計重點及施工注意事項，可以有效地減少施工階段的返工，并能保證系統抗震安全，為打造一個優質工程奠定堅實基礎。