管道支架抗震做法及与承重支架的区别

         本文用来指导 AMAT 项目的管道支架的抗震做法，其中的内容是基于美国规范 UBC1997 关于非结构构件的抗震设计条文进行计算的。对于单根管道 （包括风管、水管、电缆等）的吊架，要求不大于 12m 做一对水平拉杆，不大于 24m 做一 对垂直拉杆。对于此种吊挂形式，无论管道长短，要至少有两对水平拉杆和一对垂直拉杆。对于用槽钢或者角钢做成的用来放置多根管道的支架，当其中管道直径都小于 100mm 时，每隔 12m 做一对水平和垂直的拉杆，当其中的管道直径在 100mm～ 200mm 时，每隔 6m 做一对水平和垂直的拉杆。而且对于此种支架要求在端部必须加水平和垂直的拉杆。下表给出对应的管道重量（包括支架重量），按照公式计算出来的拉杆的拉力，和推荐的吊杆形式。其中连接拉杆和支架及结构构件的五金件选用时要求要能满足表中所列出的拉力值，必须有相应的资料和报告证明其设计承载力大于相应的拉力值方可使用。下表中的拉杆安装的角度要求在 35 度到 55 度之间。单根管道的拉杆的抗震设计值管道重量 Wp (kg/m) 10～20 20～50 50～100 100～200 杆 1 拉力 (kN) 4 10 19 37杆 2 拉力 (kN) 8 19 38 74强度为 890Mpa 的不锈钢吊杆 Ф6 Ф6 Ф6，Ф8 Ф8，Ф12 Q235 圆钢吊杆 Ф6，Ф8 Ф8，Ф12 Ф12，Ф16 Ф16，Ф22
             

8.8 级 A 级普通螺栓
M10 M10，M12 M12，M16 M16，M20（2M16）
支架形式的拉杆抗震设计值（用于 12m 一对拉杆）
管道重量 Wp (kg/m) 10～20 20～50 50～100 100～200 杆 1 拉力 (kN) 4 10 19 37 杆 2 拉力 (kN) 4 10 19 37 强度为 890Mpa 的不锈钢吊杆 Ф6 Ф6 Ф6 Ф8 Q235 圆钢吊杆 Ф6 Ф8 Ф12 Ф16 8.8 级 A 级普通螺栓 M10 M10 M12 M16
支架形式的拉杆抗震设计值（用于 6m 一对拉杆）
     管道重量 Wp (kg/m) 10～20 20～50 50～100 100～200 杆 1 拉力 (kN) 2 5 10 19 杆 2 拉力 (kN) 2 5 10 19 强度为 890Mpa 的不锈钢吊杆 Ф6 Ф6 Ф6 Ф6 Q235 圆钢吊杆 Ф6 Ф6 Ф8 Ф128.8 级 A 级普通螺栓 M10 M10 M10 M12
      符合下列要求的管道可不做抗震措施。1．重量小于 180kg 的悬挂设备。 

                   

2．内径小于 25mm 的煤气管道和内径小于 60mm 的电气配管。3．矩形面积小于 0.38m2 和圆形直径小于 0.70m 的风管。4．吊杆计算长度不超过 300mm 的吊杆悬挂管道。5．直径小于 55mm 的水管。6．对于易燃易爆和有毒性的气体或者液体管道，需要按照相关的规范确定。此版本提供了抗震支撑安装时，级普通螺栓的选型型式。此版本提供了抗震支撑安装时，8.8 级 A 级普通螺栓的选型型式。如果采用膨胀抗震支撑安装时螺栓，必需保证使用的膨胀螺栓（一个或者一组）的抗拉力大于表中所列的拉力。螺栓，必需保证使用的膨胀螺栓（一个或者一组）的抗拉力大于表中所列的拉力。其中需要注意的是在五金件和连接件的采购中，要根据现场管道的型式和重量，中需要注意的是在五金件和连接件的采购中，要根据现场管道的型式和重量，采用对的是在五金件和连接件的采购中应螺栓孔大小的五金件和连接件，应螺栓孔大小的五金件和连接件，避免因为采购的五金件和连接件上预留的螺栓孔直径不够，导致螺栓无法安装。径不够，导致螺栓无法安装。
两种支吊架的区别

                     

  在现代建筑的机电系统中机电管道的数量十分巨大、规格型号非常复杂、使用功能也各有不同。机电系统在日常的工作时，管道在重力满负荷运转时是否有足够的强度将管道固定在结构上是整个机电系统能否正常运转的关键；当突发地震时，机电系统管道在设防烈度的地震作用下能否保证不跌落，以及有些生命线系统（如：消防喷淋和防排烟系统）能否保证正常运转，也是 关乎到保障人们生命财产的重要因素。如何把这些管道系统合理的、安全的布置在建筑物中，支吊架将起到至关重要的作用。这其中就主要包括承重支吊架和抗震支吊架等。本文针对这两种不同的支吊架就其在概念与作用、工作原理及安装形式方面进行阐述，使大家能够直观的了解两种支吊架的区别和联系 .

      2.1 承重支吊架是以重力荷载为主要荷载的管道固定支撑系统，针对的是管道及设备在重力满负荷运转时将管道敷设在建筑物上的一种固定措施。

2.2 承重支吊架的形式有很多，主要有：单条管道的承重支吊架、门型多管的承重支吊架、电气系统的承重支吊架、风管系统的承重支吊架、各种管道组合的承重支吊架、各种设备的承重支吊架等等。

2.3 目前国内在设计时主要参照的是各种标准图集：《室内管道支架及吊架》 03S402 ；《风管支吊架》 03K132 ；《电缆桥架安装》 04D701 等。

   抗震支吊架：

    3.1抗震支吊架是以地震力为主要荷载的抗震支撑系统，针对的是遭遇到设防烈度的地震时能将管道及设备产生的地震作用传到结构体上的一种抗震支撑措施。

3.2抗震支吊架的形式和承重支吊架一样也有很多种，主要有：单管抗震支吊架、门型多管抗震支吊架、电气系统管道抗震支吊架、风管抗震支吊架、综合管道抗震支吊架、及设备抗震支吊架等。

3.3目前国内机电抗震设计主要是参照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2011）第3.7.1强条： “非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接应进行抗震设计。” 和第13章及《建筑机电工程抗震设计规范》（GB50981-2014）等规范内容。机电抗震加固的基本原理是：通过对机电管线及设备的地震力进行计算，并对管线及设备与建筑构体的连接进行抗震加固并对其进行抗震验算，使机电管线及设备与建筑结构体建立可靠连接，可将机电管线及设备承受的地震作用全部传递到结构体上，使其遭遇到设防烈度的地震影响后能迅速恢复运转，进而达到减少和尽量避免次生灾害、尽快恢复建筑物使用功能的目的。其主要的设计步骤是对管道及设备进行布点→逐一力学计算及选型→逐点验算直至各点均满足抗震设防要求。

两种支吊架的区别

              

4.2两种支吊架涉及范围不同：

（1）几乎所有规格的管道都要设置承重支吊架（埋地及埋墙除外）。

（2）抗震支吊架设置范围：

2         冷热水、消防、空调水等管道系统抗震支撑设计范围：

DN32mm及以上管径的锅炉房，空调机房，水泵房管路。

DN65mm及以上管径的所有管路。

15Kg/m及以上的所有管道门型吊架（需考虑悬挂管线的满负荷重量）。

2         空调、通风、防排烟管路系统抗震支撑设计范围：

所有防排烟系统管道

直径大于等于0.70米的风管。

截面积大于等于0.38m2的矩形风管。

2         电力系统管道及电缆桥架系统抗震设计范围：

DN65mm及以上管径的电线套管；

15Kg/米及以上的电线套管，电缆桥架，母线槽。

4.3两种抗震支吊架分析比较：

承重支吊架主要计算管道的重力荷载，在水平方向的力主要以防晃及防机械震动为主。抗震支吊架则以地震时管道所受的地震作用为主要荷载。依据《建筑机电工程抗震设计规范》（GB50981-2014）第1.0.3强条： “抗震设防烈度6度及6度以上地区的机电工程必须进行抗震设计。” 对于地震作用，一般地区（地震设防烈度≤8度）只考虑水平地震作用。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2011）第5.1.1条规定：   8 、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。 在《室内管道支架及吊架》03S402的第4.3.1条中的表述是：“水平荷载：按垂直荷载的0.3倍计算。地震荷载：按地震设防烈度≤8度计算地震作用，不考虑风荷载。”两者在表述上存在一些差异，在实际的应用中存在一些误区，我们通过以下几个例子进行分析比较：

首先我们假设在设防力度为7度的某乙类建筑的消防系统管道进行抗震计算，水平地震力为F= γηζ ₁ ζ ₂ α max   G 系数取最大值其计算结果为F=0.64 G .。即水平地震力数值相当于管道满负荷重力数值的0.64倍，远超出该图集“水平荷载：按垂直荷载的0.3倍计算”。所以图集中水平荷载是垂直荷载的0.3倍是考虑到水平方向晃动及其他安全因素，而起不到充分的抗震作用。我们更不应将4.3.1条解释为：地震设防烈度≤8度的情况下可参照图集而无需抗震设计。而是应该理解为该图集所计算的参数是在地震设防烈度≤8度的情况下适用的（不考虑竖向地震作用），而在8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，还应将根据《建筑抗震设计规范》要求把竖向地震作用计算考虑在内。

                  

通过4.1 节图示我们可以看出承重支吊架在水平方向上没有任何加固措施，能否完全满足抗震要求，我们通过以下实验结论进行分析比较：

台湾成功大学的喷淋管道地震台模拟地震试验：对加装了抗震支吊架与普通承重支吊架的喷淋管道进行综合的地震台测试，结果显示（如下图）：在加装了抗震支吊架的喷淋主管其侧向及纵向位移量都能控制在50mm以内。未加装抗震支吊架的承重支吊架其侧向位移量最大峰值达到450mm以上，纵向位移量也达到250mm，都远超管道安全允许位移量100mm。通过实验数据验证在没有进行抗震加固（即设置抗震支吊架）的情况下承重支吊架是无法完全满足抗震要求的；在加装了抗震支吊架的管路各点位移可降低到50mm以下，较未安装抗震支吊架系统的位移量降低了5-10倍，可有效降低管路的破坏机率，提高管路的抗震性能。

结论：通过对上述承重及抗震支吊架的分析比较我们可以得知，承重支吊架与抗震支吊架是分属不同系统的，其各自的所承担的任务也不相同，因此在设计时应按照各自相关规范及图集分别进行设置，相互不可替代。