一、抗震支架组成部件
1、锚固体。
锚固体是抗震支架与建筑结构主体连接的根基部件,承担将支架系统承受的地震荷载传递至混凝土或钢结构主体的作用。固定于混凝土结构的抗震支架,锚栓应采用具有机械锁键效应的后扩底锚栓,不得使用普通膨胀锚栓。后扩底锚栓的螺杆顶部可安装转换头或挂具,用于连接后续构件。
锚固区基材表面应坚实平整,不应有起砂、起壳、蜂窝、麻面、油污等缺陷。锚固质量直接决定整个支架系统能否可靠工作,锚固体失效将导致支架整体脱落,因此其选型和安装精度要求最高。
2、加固吊杆。
加固吊杆是承受管线重力荷载并连接锚固体与管道连接件的竖向构件,通常采用全牙螺杆或C型槽钢制作。当吊杆长细比大于100时,应采取防止失稳的加固措施。加固吊杆通过螺杆接头与锚固体连接,下端与横担或管束固定。
在门型抗震支吊架中,同一承重吊架悬挂多层门型吊架时,应对承重吊架分别独立加固并设置抗震斜撑。吊杆的材料等级通常不低于Q235B碳钢,表面经热浸镀锌等防腐处理,以适应建筑环境长期使用。
3、抗震连接构件。
抗震连接构件是连接抗震斜撑与吊杆、锚固体或管道连接件的单独或组合部件。其类型包括连接底座、梁夹、锁扣、双锥销孔连接件等多种形式,用于将斜撑可靠地固定在支架系统各节点上。
抗震连接构件的板材厚度不应小于5mm。与钢结构连接时,应采用专用夹具或梁夹扣件,不得采用焊接或随意钻孔方式。连接构件的强度和刚度直接影响斜撑能否有效传递地震力,是抗震支架中不可忽视的关键节点。
4、抗震斜撑。
抗震斜撑是抗震支架区别于普通承重支架的核心部件,作用是将地震作用力传递给建筑结构的斜向支撑构件。斜撑包括刚性支撑和柔性拉紧两种形式,尤其是刚性支撑应用最广。
抗震斜撑可采用刚性杆和柔性杆,采用刚性杆时可沿地震作用方向在支吊架一侧设置,采用柔性杆时应沿地震作用方向在支吊架的两侧对称设置。斜撑槽钢厚度不应小于2mm,宜采用无背孔槽钢,且不应槽口朝上。
斜撑按方向分为侧向抗震斜撑和纵向抗震斜撑,侧向斜撑与管道横截面平行,纵向斜撑与管道横截面垂直,两者共同限制管线在水平面内两个方向的位移。
5、管道连接件与管束。
管道连接件是将管道固定于支架系统的部件,通过锁紧管道防止其在特定方向发生滑脱移动。管束用于圆形管道的支撑固定,有保温型与非保温型两种,管卡内衬胶垫用于非保温管道,管卡内衬聚氨酯管托用于保温管道。
管束通过上管夹和下管夹的配合对管道进行夹持,管夹锁扣应锁紧到位,螺栓的最小扭矩应符合设计要求。管道连接件的稳固性影响管线在震动中是否会发生滑移和脱落。
6、C型槽钢与紧固件。
C型槽钢是抗震支架系统的主体构件,用作立柱、横梁和斜撑,其卷边带有锯齿,背面有条形安装孔,所有专用配件可与其任意搭配调节安装。槽钢钢材等级应不低于Q235B,槽钢和配套紧固件的齿牙深度应符合设计要求并不小于0.9mm。
紧固件包括螺栓、螺母、锁扣等,连接螺栓应具有预应力设计以确保连接可靠。所有构件应采用成品构件,现场装配式安装,避免现场切割和焊接对结构造成损伤。
二、抗震支架结构原理
1、以抵抗水平地震作用为核心目标。
抗震支架的设计核心是抵抗地震产生的水平作用力。地震时地面产生强烈加速度,支架系统主要承受横向和侧向的水平力,管线自身质量会引发较大的水平向地震惯性力。
普通承重支架仅考虑竖向重力荷载,而抗震支架在承重基础上增加了抵抗水平地震力的功能,通过斜撑和连接构件将水平力传递至建筑结构主体,限制管线的位移响应,防止管线在地震中脱落、破断或碰撞,避免次生灾害。
2、斜撑形成三角形稳定结构。
抗震支架的力学核心在于利用斜撑形成三角形支撑体系。斜撑与竖向吊杆和横担之间构成三角形几何不变体系,当水平地震力作用于管道时,斜撑以轴向拉压方式承受荷载,将力传递至锚固点。
斜撑与竖向受力构件间的夹角宜为45°,不宜小于30°。安装时斜撑偏离中心线不应大于2.5°,单管抗震斜撑与吊架的距离不应超过0.1m。三角形结构能有效抵抗各方向的水平力,避免支架在震动中发生侧向摆动和失稳。
3、侧向与纵向双向设防。
抗震支架需要在两个水平方向同时提供支撑。侧向抗震支吊架的斜撑与管道横截面平行,抵抗垂直于管道轴线方向的水平力;纵向抗震支吊架的斜撑与管道横截面垂直,抵抗沿管道轴线方向的水平力。
门型抗震支吊架至少应有一个侧向抗震支撑或两个纵向抗震支撑。两个方向的斜撑协同工作,才能在地震中全面限制管线的空间位移,仅设置单一方向斜撑时,管线在另一方向仍可能产生大幅摆动。
4、荷载传递路径与锚固。
抗震支架的荷载传递路径为:管道→管道连接件→横担/吊杆→抗震连接构件→抗震斜撑→锚固体→建筑结构主体。水平地震力通过这条路径逐级传递,最终由建筑结构承担。抗震连接构件和锚固体的可靠性是传递链条的关键,任一处失效都会导致传力中断。
因此,抗震连接构件及管道连接构件用板材厚度不应小于5mm,锚固体必须采用具有机械锁键效应的后扩底锚栓。连接螺栓应具有预应力设计,确保节点在地震反复作用下不松动。
5、斜撑类型与受力特性。
抗震斜撑按受力特性可分为刚性支撑和柔性支撑。刚性斜撑以轴向拉压方式传力,刚度大、变形小,适用于对位移控制要求较高的场景,可在支吊架一侧设置。柔性斜撑需在支架两侧对称设置,通过张紧力提供约束,适应较大变形需求。刚性斜撑的槽钢或钢管厚度不应小于2mm。
安装时斜撑槽钢宜采用无背孔槽钢,且不应槽口朝上,以保证斜撑的截面受力性能。斜撑安装位置宜靠近管线荷载产生的地震惯性力合力作用点标高位置,以最短的传力路径发挥最大的抗力效能。
6、整体协同与多级设防。
抗震支架系统不是单个支架的简单叠加,而是通过合理的间距布置和类型组合形成整体抗震体系。抗震设防烈度为6度及6度以上地区的建筑机电工程必须进行抗震设计。
沿管线方向按一定间距设置侧向和纵向抗震支架,使管线在地震中受到多点约束,避免局部应力集中。当管道上的附件质量大于25kg且与管道采用刚性连接时,或附件质量为9kg至25kg且与管道采用柔性连接时,应设置侧向及纵向抗震节点。
多级设防的理念确保了在设防地震和罕遇地震下支架系统均能发挥相应保护作用。