暖通空调系统抗震支吊架设置思考

沈雪峰

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

0 引言

建筑工程抗震包括建筑结构抗震、建筑非结构构件抗震、建筑机电设备抗震三个方面的工作内容。我国建筑结构抗震和建筑非结构构件抗震相关研究起步较早，相关设计、施工、鉴定已有较完备的标准规范文件，而随着GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》于2015 年8 月1 日起正式实施，建筑机电设备抗震措施方才普遍地、成体系地在建筑工程中落实。建筑机电抗震措施主要包括合理规划管线设备安装位置、避免设备位移或倾倒、控制管线位移及因位移造成的接口破坏等，抗震支吊架作为控制吊装设备、管线水平位移的装置自其概念首次被GB50981 规范引入后，于2015 年起在建筑工程中被广泛应用。

作为建筑机电的重要组成部分，暖通空调系统中空调通风及防排烟设备数量繁多，空调通风风管、防排烟风管、空调水管工程量巨大，抗震支吊架用量也较大，在暖通空调系统抗震支吊架设计及施工安装中发现标准规范之间对接匹配的问题、规范条文本身合理性的问题，值得探讨和研究。

1 抗震支吊架设置的规范要求及实施情况

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016 年版）适用于抗震设防烈度为6 度至9 度地区建筑工程抗震设计，确定了抗震设计减轻地震破坏、防止次生伤害、避免人员伤亡、减少经济损失的原则，对包括暖通空调系统在内的建筑机电设备要求“自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计”，且明确“非结构构件的抗震设计，应由相关专业人员分别负责进行”[1]。相关规范条文在《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 版本中即已存在，但因具体条文主要为原则性要求，包括暖通空调系统的建筑机电设备，在GB50981-2014 实施前极少有进行相关抗震设计的情况。

《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014 适用于抗震设防烈度为6 度至9 度地区建筑机电工程抗震设计，第1.0.4 条要求“抗震设计烈度为6 度及6 度以上地区的建筑机电工程必须进行抗震设计”并作为强制性条文执行。该规范对暖通空调系统提出了具体的抗震设计措施要求，明确了抗震支吊架设置的范围，并规定了抗震支吊架形式、设置间距及数量。该规范第5.1.4 条为强制性条文：“防排烟风道、事故通风风道及相关设备应采用抗震支吊架”。同时要求应设置抗震支吊架或抗震支撑的对象包括：锅炉房、制冷机房、热交换站内的暖通水管道，吊装、重量大于1.8kN的空调机组、风机等设备；要求可设置抗震支吊架或抗震支撑的对象包括矩形截面面积大于等于0.38 m2和圆形直径大于等于0.70 m 的风道；对冷热源机房以外的空调水管未提及抗震支吊架设置要求[2]。

与GB50981-2014 匹配，城镇建设行业标准《建筑机电设备抗震支吊架通用技术条件》CJ/T476-2015 规定了建筑机电设备抗震支吊架的术语和定义、分类和标记、材料、要求、试验方法、检验规则、标准、包装、运输和贮存等。中国工程建设协会标准《抗震支吊架安装及验收规程》CECS420-2015 规定了抗震支吊架安装及验收的相关要求。国家建筑标准设计图集《装配式管道支吊架（含抗震支吊架）》18R417-2 提供了装配式抗震吊架做法及选型方案，适用于抗震设防烈度6～8 度地区、管径≤DN300 的空调冷热水管、供暖热水管道[3]。国家建筑标准设计图集《金属、非金属风管支吊架（含抗震支吊架）》19K112 提供了风管抗震支吊架做法及选型方案，适用于抗震设防烈度小于等于8 度地区、直径不大于2000 mm 的圆形风管或长边不大于2000 mm 的矩形风管[4]。

自《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014于2015 年8 月1 日正式实施，得益于规范标准可实施性较强，同时受强制性条文约束的影响，抗震支吊架在暖通空调系统中得到了广泛而普遍的应用，并主要应用于防排烟风道、事故通风风道及相关设备。暖通空调系统中几种常见抗震支吊架工程应用场景如图1～3 所示。

图1 风管侧向抗震支吊架

2021 年4 月9 日发布并已于2022 年1 月1 日实施的强制性工程建设规范《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021 第5.1.12 条规定“建筑的非结构构件及附属机电设备，其自身及与结构主体的连接，应进行抗震设防”，而《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014 第1.0.4 条、第5.1.4 条强制性条文随GB55002-2021 实施同时废止。考虑相关条文废止主要出于规范工程建设标准化体系的目的，在《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981 版本更新发布之前，抗震支吊架在暖通空调系统中仍维持原设置要求。

图2 风管双向抗震支吊架

图3 风机双向抗震支吊架

2 暖通空调系统抗震支吊架设置应用现状

暖通空调系统抗震支吊架设计工作内容包括确定设计标准和设置范围、选型应力计算、点位布置等。目前较为普遍的实施方式是由项目设计单位暖通专业确定设计标准和设置范围，后续由抗震支吊架专业生产厂家或其关联设计单位深化设计并完成相关计算及点位布置图纸，深化设计成果提交设计单位审核确认后，由专业生产厂家供货，最终安装工作由专业生产厂家或项目安装单位实施。

该实施方式基于现行规范要求及设计行业现状产生，有其合理性，主要原因在于根据GB50981-2014第8.1.2 条要求，“组成抗震支吊架的所有构件应采用成品构件”，而不同生产厂家的产品存在一定的差异，相关图集选型做法也仅基于有限类型产品，根据《中华人民共和国建筑法（2019 年修订）》第五十七条的规定，项目设计单位设计人员不能根据规范、图集直接选用最终采购应用的产品，而必须待抗震支吊架产品采购意向确定后由专业生产厂家参与深化设计。不过，近年来工程应用中也发现了专业生产厂家深化设计模式存在的一些问题。因抗震支吊架招标后才能进行深化设计，招标时尚无精确的工程量清单，采用单价合同形式时往往存在过度设计的问题，而采用总价合同形式时又容易出现质量难以保证的情况[5]。

3 问题及思考

3.1 抗震支吊架设置范围与抗震设防标准的关系

暖通空调系统包含众多类型的设备管线，管线种类包括空调冷热水管、冷却水管、空调风管、平时通风风管、事故通风风管、防排烟系统风管等，设备种类包括空调末端设备、平时通风设备、事故通风设备、防排烟风机等。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016 年版）附录A，我国各县级及县级以上主要城镇中心地区抗震设防烈度均在6 度及以上，《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014 规定的暖通空调系统抗震支吊架设置范围与建筑自身抗震设防类别无关，也与地区抗震设防烈度无关，抗震设防标准的差异仅体现在抗震支吊架间距计算和地震作用力计算两个方面。

抗震设防标准根据建筑所在地区的抗震设防烈度和建筑自身的抗震设防类别确定。根据国务院令第744 号文及《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008 相关条文，根据使用功能以及在抗震救灾中的作用等因素，建筑工程分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类共四个抗震设防类别，简称甲类、乙类、丙类、丁类。甲类、乙类建筑抗震设防标准“应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施”，丙类建筑抗震设防标准“应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施”，丁类建筑抗震设防标准“允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施”[6]。

从采取抗震措施的目的角度考虑，抗震支吊架设置范围应根据地区抗震设防烈度和建筑抗震设防类别两方面因素综合确定差异化的分级标准，即结合地区抗震设防烈度、建筑自身抗震设防类别两方面进行考虑。以医院建筑为例，为保证其防灾救灾功能的可靠性，对抗震设防烈度较高地区、划为特殊设防类的三级医院的门诊、医院、住院用房，暖通空调系统抗震支吊架设置范围建议覆盖空调冷热水管、空调通风风管，以降低因地震破坏导致的系统受损程度、减少灾后维修恢复的工作量，而非仅针对防排烟系统、事故通风系统设置。对于地区抗震设防烈度较低的适度设防类建筑，也宜相应适度降低抗震支吊架的设置范围要求。

3.2 抗震支吊架设置方位

暖通空调系统中抗震支吊架设置范围，除按系统分类进行考虑外，建议基于避免人员伤亡的原则，增加人员疏散逃生通道上方管线的抗震措施。《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014 要求重量大于180 kg 的空调机组、风机等设备避免设置在人员活动和疏散通道位置的上方，而对于大口径空调冷热水管、冷却水管未提及抗震措施。大口径水管在充水状态下重量较大，以Φ530×12 规格保温水管为例，管道满水含保温重量达332 kg/m，且在工程中水管路由很难避开疏散位置。针对这种情况，建议参照给水排水系统管道抗震设计要求，在抗震设计标准较高的项目中对大口径空调冷热水管、冷却水管设置抗震支吊架或采取其他有效抗震措施。

3.3 抗震支吊架与既有支吊架体系之间的关系

支吊架用于支承管道、设备并与结构主体连接，承受来自各方的力和力矩。暖通空调系统中应用到众多类型的支吊架，根据其使用用途可分为抗震支吊架、固定支吊架、承重支吊架、滑动支吊架、导向支吊架和防晃支吊架等不同类型，各类型支吊架用途见表1。

表1 暖通空调系统支吊架分类

基于承受荷载的能力，同一支吊架具备同时满足不同用途的可能。引入抗震支吊架概念之前的既有支吊架体系也能够满足部分情况下抗震支撑的需求，如国标图集《室内管道支架及吊架》03S402 中的支吊架已按地震设防烈度≤8 度计算荷载设计[7]。固定支吊架承受管道膨胀收缩产生的推力，该推力往往远大于管道重力荷载和地震力荷载，即便考虑不同类型荷载同时综合作用，大部分情况下固定支吊架也能够同时满足抗震支吊架、承重支吊架和防晃支吊架的功能，在复核满足地震力荷载要求的情况下，理应可以替代相应部位的抗震支吊架。对防晃支吊架，抗震支吊架也能满足防晃功能，根据《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2016 相关条文，暖通空调系统“悬吊的水平主、干风管直线长度大于20 m 时，应设置防晃支架或防止摆动的固定点”，“冷（热）媒水、冷却水系统管道机房内总、干管的支、吊架，应采用承重防晃管架”，“当水平支管的管架采用单杆吊架时，应在系统管道的起始点、阀门、三通、弯头处及长度每隔15 m 处设置承重防晃支、吊架”[8]，建议当相应风管、空调水管有抗震支吊架设置要求时，防晃支吊架与抗震支吊架合并设置。

抗震支吊架设置的思路应在既有支吊架体系基础上对不满足地震荷载作用的局部部位进行补强设计，保证抗震功能的同时避免过度冗余设置。现行《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014 要求组成抗震支吊架所有构件采用成品构件，这对利用其它能满足抗震功能要求的支吊架作为抗震支撑制造了设计标准上的困难，导致暖通空调系统在既有支吊架体系外整体增设抗震支吊架，造成不必要的重复投资。在各支吊架相关规范标准更新前，暖通空调系统各类支吊架设置可在规范允许的尺度范围内合理规划搭配，同时，支吊架整体应用研究、复合功能支吊架开发和规范标准的优化更新都是行业内应该关注的内容。

3.4 抗震支吊架形式

建筑机电抗震设计应根据工程条件和系统抗震需要选择最合理的抗震措施和抗震支吊架形式。能够满足抗震支承要求的支吊架具体的形式、材质是多种多样的，以日本《建筑设备耐震设计·施工指针2014 年版》为例，其水平管道抗震措施章节列举了13 种抗震支撑做法，除利用穿越结构梁、墙位置方式外，其余均为支吊架做法，而所用材料主要为角钢、槽钢和螺纹钢筋拉索等[9]。目前，《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014 要求组成抗震支吊架所有构件采用成品构件，将抗震支吊架作为一种产品，而相关配套设计图集也均采用装配式支吊架产品，一方面，这种认定方式适应了发展装配式建筑的产业政策，促进了装配式抗震支吊架产业的发展，但另一方面，对控制工程成本、提高创新热情可能存在不利影响。因此，建议规范标准及相关图集在提高装配式抗震支吊架应用便利性的同时，允许更多形式的抗震支吊架做法，以期根据不同位置管线设备受力情况采取最合理的抗震措施，不断提高建筑机电抗震的水平、促进安装施工工艺的发展。

4 结语

自建筑机电抗震设计首部规范实施以来，暖通空调系统抗震设计得到了很大重视，系统抗震水平也得到了提高。在已取得成果的基础上，结合工程应用中发现的问题，建议根据地区抗震设防烈度和建筑抗震设防类别综合考虑确定抗震支吊架设置范围，结合抗震需求进一步研究抗震支吊架设置范围和方位、做法形式，并结合抗震支吊架和既有支吊架形式研究支吊架体系整体应用、开发复合功能支吊架，优化完善相关规范标准，进一步提升暖通空调系统抗震水平。