抗震支吊架在建筑机电工程中的应用

文／崔磊、王刚、辛德广、孙诗伟、李斌 中国建筑第八工程局有限公司东北分公司 辽宁大连 116000

1.国内外抗震支吊架应用现状

70 年代初期，随着美国西部地震的频繁发生，高层建筑物中的机电辅助设施的防震需求越来越强烈，建筑物的机电防震体系应运而生。主要用于电力系统，通风温度控制系统，燃气管道，消防管理系统，电梯系统等。当前，建筑物机电防震支护体系研究处于快速演化、完善与创新的阶段。

在2000 年以前，中国工程建设普遍使用型钢，在施工现场完成切割、焊接成支吊架后再进行安装。该旧式支吊架的成形与组装过程繁琐且费时。支吊架的尺寸与成形，完全取决于施工人员的操作工艺与技术，因此，施工质量无法保证，经常会出现返工或废弃的现象。其切削、焊接存在着潜在的火灾危险，作业噪音、粉尘等问题，作业人员的生命安全得不到有效的保障。采用常规的施工方法，在施工过程中容易对混凝土主体结构产生破坏，且难以达到结构的使用寿命。

进入21 世纪之后，中国已逐步完善设计一种新型的建筑抗震支吊架。由工厂直接制造出具有固定长度与规格的C 型槽钢，以及具有固定规格的抗震连接件，并将其配上相应的槽钢螺母、紧固件、螺杆、管夹，直接将其运送到现场，最后将其与现场环境与使用需求相结合，展开组装。这种方法大大提高了组装的精确度。在出厂之前，所有的部件和配件都已经根据使用环境的需要，对其进行了相应的防腐处理，并逐步实现了标准化，生产也趋向于工厂化，这为后续的规范化施工和科学化管理创造了可能。

目前，各类工业、商业及民用建筑物均采用了防震支吊架。在城市地下综合管廊、轨道交通等市政工程中，防震支吊架的应用日益广泛。在我国的核电、火电、变电所、海上石油平台等工程建设中，已开始应用抗震支撑吊架结构[1]。

2.建筑机电工程抗震设防的意义及现状

建筑机电工程的隔震减震能够有效地减轻地震损伤，降低并尽可能地预防次生灾害的发生，它与机电设施抵抗地震灾害的能力密切相关，与建筑的使用功能以及人们的生命财产安全也有着密切的关系，它对保障建筑机电设施的安全耐久使用有着重要的意义。尤其是在建筑机电工程中，防震支架是最主要的隔震措施之一，更是起到了至关重要的作用。近年来，在北京，浙江，江苏，四川，重庆等地，建筑机电防震支吊架的应用与技术进步迅速，成为行业发展的新方向，然而，在一些中西部及北部地区，其实施进展缓慢，导致了我国建筑机电防震支吊架的应用与技术水平不高，从而使我国建筑机电防震支吊架的推广应用受限。目前，我国机电工程中的隔震、减震和防震支架等方面的研究还不够充分平衡。在法律层面上，李克强总理在2021 年5 月12 日主持的国务院常务会议上审议通过的《建设工程抗震管理条例(草案)》，明确了新建、改建、扩建项目的抗震设防标准与措施，进一步明确了抗震支吊架等抗震措施的强制执行，为建筑机电工程的抗震设计、施工与验收提供了法律基础，迫切需要从规划、设计、施工、管理、验收等多个层面与多个角度进行有机的协调，以达到机电工程抗震的平衡与全面落实。

3.抗震支吊架结构及功能分析

3.1 抗震支吊架结构

抗震吊索与建筑物紧密相连，是一种以地震动为主要荷载的防震装置。与传统的承重式吊索不同，地震式吊索的功能是以地震为主，而不是以承载为主。当地震发生时，由于支座仅承受垂直重力，所以会出现摇摆现象。在建筑抗震系统中，结构抗震是基础，而机电抗震支吊架系统则是在此基础上的安全加强保护措施，目的在于防止在地震灾害期间，建筑结构主体抗震功能完好的情况下，由于机电管道位移或振动造成机电功能失效或机电设施坠落，从而产生二次灾害。在结构方面，抗震吊支架可分为纵向式和横向式两类。横向抗震支吊架是安装在机电设施的同侧，可以承受其左右晃动，而纵向抗震支吊架则可以承受其前后晃动，所以横向和纵向抗震支吊架可以承受两个不同的受力[2]。

3.2 抗震支吊架功能

抗震支吊架系统则是通过对利用三角形稳定性原理的安装形式，承担了机电设施横向的载荷抗，避免了机电设施的无序摆动，从而起到了强化建筑抗震安全性能的作用，因此，两者并不能相互代替。抗震支吊架是以地震力作为首要荷载，对机电工程设施产生位移进行约束，并将设施的荷载转送到支承结构上的装置，它主要被用来保证给排水管道、供热设施、通风管道、天然气管道、供电设备、通讯设备等设备的安全运行。在地震发生时，能够有效地降低机电工程设施的损耗，在最大限度内保证这些设备的安全，避免其坍塌造成的安全危害，在一定程度上，大大减少地震对人类生命安全及财产造成的损失。

4.抗震支吊架较传统支吊架的应用优势

通过对传统支吊架在建筑中使用的特征进行分析，可以不难看出，它只能对垂直荷载产生有效的承载，并且在地震灾害发生的时候，会产生幅度很大、非常显著的横向摆动现象，这就很容易对周围的设施造成损害，甚至对建筑的机电工程系统造成损害，从而引发一系列的次生灾害。这不但增加了后期维修的难度，而且也无法避免地震造成的损失。基于三角稳定的抗震支吊架，在地震作用下，能够将纵向与横向两个方向的受力统一起来，从而改变管道系统的动态性能，表现出从柔韧到刚韧的转变特征，从而显著提高设备与管道的可靠度，最大程度地降低与控制地震灾害引发的次生事故。按受力方向，可简单地将其划分为两类：一类是与管道中心线垂直的横向支撑；另一类是与管道中心线平行的纵向支架。在建筑物中，支座是一种重要的支承体系，它与建筑物的主体结构有着密切的联系。当地震发生时，建筑内的抗震支撑系统可将管道及设备的地震力传递给主体结构，实现“小震不损，中震可修，大震不垮”的效果，从而极大地减少建筑结构、构件、功能、设备等的破坏，并将地震对人员生命的影响降到最低。

5.抗震支吊架在建筑机电工程中的应用

5.1 抗震支吊架的前期准备

在设计阶段，按照《GB50981-2014 建筑机电工程抗震设计规范》中的规定，进行抗震支撑体系的设置。（1）给水消防（喷淋）系统：凡是≥DN65 的管线，都应有抗震支撑；（2）电力系统：在重力场大于或等于150N/m 的情况下，必须安装防震支架；（3）紧急通风和防排烟系统：管路横截面≥0.38m2 的管路和全部防排烟管路，应有抗震支撑装置。此外，对于自重超过1.8Kn的空调机组和风机等设备，如果要进行吊运，则必须在其上安装防震支架。

在选择抗震支吊架时，应遵循以下几个基本程序：（1）第一步：确定支架的位置及方位；（2）第二步：对结构的设计载荷进行了计算；（3）第三步：根据地震支吊架与结构的连接位置、架杆与竖直方向上的角度和设计荷载的计算结果，确定合理的地震支吊架的形状、尺寸和最大长度；（4）第四步：依据第二步中的设计荷载及架体与竖向之间的角度，选取合适的扣件种类及规格，将地震支撑架安装到建筑物上。如果使用具有经验和计算能力的深化团队，就可以通过对抗震支吊架的布置进行合理优化，使有限的建筑空间得到最大程度的利用，同时也可以避免出现由于空间狭小而无法安装的支吊架系统，从而对建筑机电工程整体抗震设防的可靠性产生影响。

5.2 确定抗震支吊架的应用范围

首先，根据项目的设计说明书和地下车库建筑中的各个机电专业的图纸，对管线进行了辨识，并确定了所需的抗震支撑装置等管线，其依据是以下几点。（1）如建筑物所处区域地震设计强度为6 度或更高，则其机电安装工程应纳入地震设计范围内；（2）如消防、室内水、热水管道等管道直径不小于DN65 的水平管道，管道的安装需与支吊架等有关，需按规范的规定做好抗震支撑的安装工作。就高层建筑而言，如果其所处区域的地震设防烈度为8 度、9 度以上，并且排水立管和给水立管的直线长度都不小于100m，则需要根据具体的规定，采取适当的抗震动措施；（3）如事故通风风道和排烟风道为矩形，其横断面超过0.38m2，且风管系统为圆形，其风管系统为0.7m，且其重力不低于1.8kN，则需安装防震支架；（4）所述电缆梯支架的自重超过150N/m，所述电缆管、电缆槽盒和所述汇流排的内径至少为60mm；（5）对于内径大于25mm 的气体管道，或建筑高度超过50m 的建筑物，应着重改进抗震支座的设置；（6）对锅炉房、换热器和制冷机组中的管线，采用横向和纵向的抗震支护结构。在多个管线共同使用的情况下，或者单个管线的直径不小于300mm 时，应优先选用门式防震支架；（7）在建筑机械和电气工程中，当管线必须通过隔震层时，应使用挠性连接或其它合适、可靠的连接方法，并在隔震层的两端安装防震支架。

5.3 抗震支架施工工艺

建筑机电防震支架的施工步骤是：（1）按照合同和图纸的技术要求，进行现场测量；（2）根据安装图，设计者应编制相应的配套表，其中包含防震支架、机械配件、电气配件等；（3）做好入厂前的各项准备工作，包括施工现场的主要工作，施工现场的物料存放地点，人员后勤，电力的使用等等。（4）按照设计图进行安装和施工；（5）工程完工后，对工程质量进行检验，直到验收合格为止。施工工艺流程图如图1 所示。

图1 抗震支架施工工艺流程

施工中应注意的技术要点如下：（1）测量：测量待安装的设备管道之间的距离和底部标高距楼板的高度。并重新检查吊柱、横梁和斜支撑的尺寸，以确定地脚螺栓的位置。（2）切割：根据测量和复查的数据，对材料进行切割。槽钢切割后，必须在切口处喷涂金属锌喷雾，以避免腐蚀。（3）主起重机的安装：根据悬挂立柱的位置钻孔，然后安装后地脚螺栓和悬挂立柱。（4）横梁安装及设备管路固定：安装横梁槽钢，用螺栓连接吊柱，用P 型线夹或Ω 型线夹将水管固定在横梁上。吊装管道时可上下调整支吊架横梁，就位后可重新拧紧。管道安装时，不允许在支吊架上拖拉。搬运时应轻拿轻放，防止损坏支吊架。（5）斜支撑安装：定位横向和纵向支撑的地脚螺栓位置，钻孔，然后安装横向和纵向支架。抗震支吊架的斜支撑安装垂直角应为45°。管道安装作业人员在脚手架上作业时，不得坐或站在支吊架上。不允许将支吊架用作脚手架或固定装置。

5.4 抗震支吊架的安装要求

5.4.1 固定混凝土结构抗震支吊架安装

（1）锚固区基材表面应坚实平整，不得有影响锚固承载力的砂层、剥落、蜂窝、麻面、油污等缺陷。（2）在锚固深度范围内，混凝土强度等级应达到C30 及以上。（3）锚固操作应符合地脚螺栓的设计要求。钻孔前，应使用钢筋探测器进行检查，避免遇到钢筋、导线管等隐蔽物体。固定在钢柱和钢梁上的抗震支吊架应使用专用夹具连接。

5.4.2 抗震支吊架其他构件安装

（1）在管夹与管道的接头上，要有防震的绝缘橡胶垫，以避免接头上的电化学腐蚀，管夹与管道的接头要牢固。（2）用设计的扭力将螺丝和螺帽锁住，不能使其松脱。（3）安装和施工完成后，必须用抹布擦净，在没有积水的情况下，将所有的槽钢裸露在外的部分，连同槽钢端帽一并安装好。在垂直转弯的管道中安装抗震支吊架，首先要看向转弯的角度，当转弯的角度超过90°时，需加大抗震支吊架的长度，同时在两端添加支架，以增强稳定性。在机电系统中比较狭窄的地方进行安装时，由于受各种因素的影响，要注意沉降和位移的问题，施工时要根据实际情况，确保45°的安装角度。若遇到多管门或单管门型时，则需掌握斜撑的角度，通常以中心对称线为准，控制角度为2.5 度。如果大于2.5 度，则支撑的力量将减小。由于在输油管线上安装了刚性支架，因此，在输油管线上安装的支架，不能与输油管线上的其它部位相连，而直接相连则会使输油管线的抗震性能下降[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，为防止震后支架不稳定而导致机械系统失效，就必须对支架进行定期的监控与检测。地震支撑装置的敏感程度很低，因此，在实际使用过程中，必须对其敏感程度进行重点监控，并对其进行更新，才能保证其正常工作。对于安装了防震支架的机电系统，首先要对其进行全面的检测；同时，要建立一套完善的检验体系，严格按照检验体系的要求进行检验，才能有效地提高支吊架的工作效率。通过加强对机械设备的质量检验，提高机械设备在震后失效时的安全性。所以，对其进行全方位的监控与检测是非常重要的。

6.抗震支吊架在建筑机电工程中的应用推广策略

6.1 提高机电抗震设防的意识

建筑机械和电气设备是建筑工程中的一项关键技术，其质量的优劣将直接关系到建筑物的使用性能和安全运营。为了防止由于地震灾害而导致的建筑机电工程的质量和安全事故发生，工程质量监督机构及各参建单位要对此给予足够的关注，工程质量监督部门要积极引导各参建单位对其自身的质量责任进行正确的履行，让建设单位对工程建设的首要责任、参建单位对其负有主体责任的意识得到切实的加强。在项目建设过程中，严格遵守抗震设防有关规范标准和施工图设计要求，开展抗震设防质量管理工作，保证施工质量满足抗震设防规范要求，确保建筑机电工程抗震规范标准的贯彻有力、执行到位。

6.2 加强机电抗震设计的源头管控

（1）在施工图设计中，对地震设防措施要做到“应设尽设”，并在设计时要有足够的深度，以满足工程的要求。（2）对在建工程中的机电设备抗震设计深度不够的，应当进行进一步的设计或补充，并对抗震设防部位、抗震节点作详细说明，对于抗震支吊架，应当提供计算书、平面布置图、支吊架类型详细说明，并确定杆件型式、锚栓的规格和型号。已完成的工程图，须由原设计单位核准，并在必要的情况下，由原设计单位复审。

6.3 加强过程控制，落实主体责任

（1）建设方应组织各参与方对工程进行抗震设计图纸的会审，并确定其设计图纸符合建筑抗震设计的要求。（2）建设单位、施工单位和监理单位要加强对建筑机械和电气工程中所涉及到的材料的进场验收工作，其材料的材质、规格、性能要与设计相一致，其主要的质量保证资料，如出厂合格证，型式检验，出厂检验报告，都要齐全有效，并做好进场验收的记录。当采用后锚固定支吊架时，应检查后锚的承载力。（3）承建方须具备机械电气设备的安装资质，在安装防震支架之前，须根据施工图纸，编制施工计划，并提交监理机构审查，在安装时，须根据施工图、施工计划，对机械、电气等结构及支架进行施工，不得擅自改动，以保证安装质量符合机械、电气抗震相关规范及设计要求。以某工程为例，通过对工程实例的分析，说明了其在工程中的成功运用，将对工程中的机电防震支架在工程中的应用起到示范和带动作用。（4）在机电工程中，在主要部位及结合部的原材料进场验收时，由监理单位在现场旁观，并做好记录。（5）对建筑机械和电气工程的隔震和减震，应按各分项项目列入相应的部分项目，对其所含的检查批次进行全面的检查，并对施工技术过程进行详细记录。

结语：

当地震发生的时候，利用机电工程抗震支吊架的横向和纵向的抗震支承，可以有效地限制机电设施在各个方向上的无序晃动，从而更好地确保机电设施的系统稳定性，从而达到“小震不损、中震可修、大震不倒”的目的，大大降低或避免次生灾害的发生，最大限度地减少人员伤亡和经济损失。所有的参与单位和项目的有关管理人员，都要对有关建筑机电隔震减震的法律法规和标准规范有一个正确的认识，并将其与机电工程的其他分部分项一样，在实际工作中也要给予足够的重视。尤其是在推广使用阶段，需要有关部门的积极参与。加强多部门、多层次的管理，加强技术的推广，提高机电工程的抗震性。