機(jī)電安裝中的抗震設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)踐

1.機(jī)電安裝抗震設(shè)計(jì)的重要性及設(shè)計(jì)原則地震是地殼運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，地球上每天要發(fā)生很多次的地震，但因?yàn)榻^大多數(shù)太小或太遠(yuǎn)以至于人們很難察覺。可一旦發(fā)生大的地震，將發(fā)生房倒屋塌、交通和市政設(shè)施癱瘓、人員傷亡等嚴(yán)重災(zāi)害。唐山大地震、汶川大地震、玉樹大地震等近些年發(fā)生的大地震對(duì)我們的影響和現(xiàn)場的慘烈現(xiàn)象至今仍觸目驚心。機(jī)電系統(tǒng)作為依附于房屋建筑內(nèi)部為保證房屋使用功能的必要系統(tǒng)，必須隨房屋建筑一起進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，這不僅能夠減少發(fā)生地震時(shí)管道、設(shè)備脫落造成的房屋結(jié)構(gòu)破壞和人民生命安全的影響，也為震后救援和地震引起的次生災(zāi)害的預(yù)防提供了極大的便利性[2]。《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，抗震設(shè)防烈度為6到9度的建筑機(jī)電工程設(shè)施抗震設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下要求：（1）當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，機(jī)電工程設(shè)施一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)運(yùn)行；（2）當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，機(jī)電工程設(shè)施可能損壞進(jìn)行一般維修或不需維修仍可繼續(xù)運(yùn)行；（3）當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，機(jī)電工程設(shè)施不至于嚴(yán)重?fù)p壞，危及生命[1]。機(jī)電各系統(tǒng)眾多，如針對(duì)每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，不僅需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，還大大增加了施工的復(fù)雜性，工程投資也隨之增加。因此規(guī)范要求只需對(duì)在設(shè)防烈度地震下需要不間斷工作的機(jī)電工程和設(shè)施（如應(yīng)急配電系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及控制系統(tǒng)、建筑電梯、防排煙系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)）等進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。2.機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)及應(yīng)用機(jī)電各系統(tǒng)設(shè)備均需通過設(shè)備基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)相連接，如果后澆筑的基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)梁板連接不牢，或者設(shè)備固定螺栓強(qiáng)度不足，都將造成設(shè)備偏移、設(shè)備接口開裂錯(cuò)位、設(shè)備基礎(chǔ)上傾倒、脫落。2.1機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）重要的機(jī)房設(shè)備如消防水泵房、生活水泵房、配變電所、消防控制室、冷凍站、柴發(fā)機(jī)房、數(shù)據(jù)及通信機(jī)房等宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)較小的部位（如地下室、首層及較低樓層、靠建筑中心位置等）。（2）混凝土設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)牢靠固定。（3）設(shè)備應(yīng)與設(shè)備基礎(chǔ)采用螺栓固定，當(dāng)無設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)，需與結(jié)構(gòu)樓板固定，不得固定在建筑構(gòu)造層、墊層中。（4）對(duì)于無法采用固定螺栓的，應(yīng)采用L型抗震防滑角鐵進(jìn)行限位。（5）固定設(shè)備的螺栓規(guī)格和數(shù)量，應(yīng)結(jié)合設(shè)備尺寸、重量和水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值等，根據(jù)計(jì)算公式核算其所承受的拉力和剪力確定，其計(jì)算簡圖如圖1所示，其中FH為水平地震作用力。圖1地腳螺栓計(jì)算簡圖（6）有震動(dòng)的設(shè)備應(yīng)設(shè)置防震基礎(chǔ)，并用限位器與主體結(jié)構(gòu)固定，如圖2所示為水泵限位器布置圖。圖2水泵基礎(chǔ)限位（7）采用吊裝的機(jī)電設(shè)備，應(yīng)設(shè)置抗震彈簧支吊架。2.2設(shè)備基礎(chǔ)施工時(shí)的注意事項(xiàng)：（1）施工前應(yīng)熟悉圖紙，針對(duì)不同的設(shè)備基礎(chǔ)分別采取對(duì)應(yīng)的施工措施，必須時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)深化設(shè)計(jì)。（2）重要的混凝土設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)同時(shí)澆筑混凝土，保證其整體性。（3）當(dāng)無法同時(shí)施工時(shí)，后施工基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)接觸面需進(jìn)行鑿毛和刷漿處理，必要時(shí)可設(shè)置抗剪鋼筋。（4）對(duì)于無需混凝土設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)備，應(yīng)在結(jié)構(gòu)樓板隱蔽前預(yù)埋連接鋼板。（5）當(dāng)設(shè)置鋼基礎(chǔ)時(shí)，鋼基礎(chǔ)應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)采用螺栓固定或通過預(yù)埋鋼板焊接。（6）設(shè)備與基礎(chǔ)的固定的方式、固定螺栓的數(shù)量和規(guī)格應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)備廠家技術(shù)要求執(zhí)行。3.抗震支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用因小管道的質(zhì)量較輕，受地震作用影響得較小，因此《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中只規(guī)定針對(duì)以下管線采取抗震設(shè)計(jì)：（1）懸吊管道中重力大于1.8KN的設(shè)備。（2）DN65以上的生活給水、消防管道系統(tǒng)。（3）矩形截面面積大于等于0.38m2和圓形直徑大于等于0.7m的風(fēng)管系統(tǒng)。（4）對(duì)于內(nèi)徑大于等于60mm的電氣配管及重力大于等于150N/m的電纜梯架、電纜槽盒、母線槽。以上管道的抗震設(shè)計(jì)通常為增加抗震支吊架，用于抵抗管線所承受的任意水平方向的地震作用。抗震支吊架設(shè)計(jì)前，應(yīng)確保樓內(nèi)各機(jī)電系統(tǒng)管線綜合排布深化圖已經(jīng)過各方確認(rèn)，這是抗震支吊架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。抗震支吊架的設(shè)計(jì)形式和布置應(yīng)根據(jù)其所承受的荷載進(jìn)行抗震驗(yàn)算，步驟如下：（1）初步確定抗震支吊架的位置和安裝形式。如圖3所示，為某抗震支架生產(chǎn)廠家的150mm水管抗震支架形式，按規(guī)范取其設(shè)計(jì)間距為側(cè)向12m，縱向24m，主要構(gòu)成為M12錨栓、抗震連接件、抗震管夾、桿件型鋼。圖3某廠家150mm水管抗震支架形式（2）確定抗震支架所處位置的抗震設(shè)防要求、建筑類別等，根據(jù)等效側(cè)力法計(jì)算公式，計(jì)算節(jié)點(diǎn)處側(cè)向和縱向的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，即：其中：F——沿最不利方向施加于機(jī)電設(shè)施重心處的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。αEK——水平地震力綜合系數(shù)，當(dāng)結(jié)果小于0.5時(shí)，按0.5計(jì)。γ——構(gòu)件功能系數(shù)，按規(guī)范查表。η——構(gòu)件類別系數(shù)，按規(guī)范查表。ζ1——狀態(tài)系數(shù)：對(duì)支撐點(diǎn)低于質(zhì)心設(shè)備宜取2.0，其余情況取1.0。ζ2——位置系數(shù)，建筑頂點(diǎn)宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度線性分布，通常選擇最不利樓層。αmax——地震影響系數(shù)最大值，按多遇地震查表。G——非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力，包括運(yùn)行時(shí)容器和管道中的介質(zhì)及儲(chǔ)物柜中物品的重力，可按規(guī)范計(jì)算和查表。如圖3所示150mm的單位管重查表為G=428.75N/m。經(jīng)查表后得出圖3抗震支架的水平地震綜合力系數(shù)αEK=1.4×1×1×2×0.08=0.224<0.5，則取αEK=0.5。水平地震作用荷載分項(xiàng)系數(shù)規(guī)范取1.3，考慮荷載分布，則圖3所示抗震支架的側(cè)向水平地震力設(shè)計(jì)值ST和縱向水平地震力設(shè)計(jì)值SL分別為：ST=單位長度的重量×側(cè)向管長×每套支架承擔(dān)的管道數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù)×荷載分項(xiàng)系統(tǒng)=428.75×12×1×0.5×1.3=3344.25N，同理SL=428.75×24×1×0.5×1.3=6688.5N（3）按照所選用抗震支吊架與結(jié)構(gòu)的連接布置、支架斜撐與豎桿的夾角，以及計(jì)算出的水平地震力，計(jì)算抗震支架受不同方向地震力時(shí)的桿件軸力最大值。如圖4所示，橫向地震作用力主要由斜撐N1承受，縱向地震作用力主要由斜撐N3承受。圖4支架側(cè)向和縱向受力分解（4）驗(yàn)算所選取抗震支架的桿件及配件強(qiáng)度是否滿足要求。管道的重量通常由普通支吊架承受，一般不考慮抗震支架與重力支架共用時(shí)，此時(shí)S（抗震支架內(nèi)力組合值）=ST/SL。且抗震支架節(jié)點(diǎn)通常為鉸接，桿件只承受軸力。通過對(duì)比抗震支架桿件、連接件、錨栓、管夾等的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，當(dāng)S<r（構(gòu)件設(shè)計(jì)承載力）時(shí)，則判定滿足要求。如s≥r，需采取增大各部件型號(hào)、調(diào)整支架形式和間距等方式后重新校核。<=""p="">值得大家注意的是，當(dāng)抗震支架斜撐或吊桿長度過長時(shí)，往往還需要驗(yàn)算其長細(xì)比。以上為大家展示的僅為圖3所示類型抗震支架的驗(yàn)算方法，實(shí)際工程應(yīng)用中往往有各種機(jī)電系統(tǒng)的管道和抗震支架形式，因此必須按實(shí)際情況分別驗(yàn)算校核。除此之外，在抗震支吊架設(shè)計(jì)和布置時(shí)應(yīng)注意以下要求：（1）水平地震作用應(yīng)有兩個(gè)不同方向的抗震支撐承擔(dān)。（2）抗震支吊架復(fù)核時(shí)應(yīng)選取混凝土結(jié)構(gòu)最不利受力位置來核算，如選取較高樓層。（3）抗震支吊架采用的構(gòu)件應(yīng)采用成品定型構(gòu)件，減少現(xiàn)場深加工、拼組。（4）抗震支吊架的設(shè)計(jì)注意不應(yīng)阻礙機(jī)電管線熱脹冷縮產(chǎn)生的變形、位移。（5）水平直管道兩端應(yīng)設(shè)置側(cè)向抗震支架，當(dāng)兩個(gè)側(cè)向抗震支架間距大于最大設(shè)計(jì)間距時(shí)，應(yīng)在中間增設(shè)。（6）每段水平直管道應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)縱向抗震支架，當(dāng)兩個(gè)縱向抗震支架間距大于最大設(shè)計(jì)間距時(shí)，應(yīng)在中間增設(shè)。（7）所有抗震支架應(yīng)和主體結(jié)構(gòu)可靠連接。（8）抗震支架的斜撐角度宜為45°且不小于30°。結(jié)語：機(jī)電安裝