建筑抗震支吊架生產(chǎn)及施工應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

我國是世界上大陸強(qiáng)震最多的國家，由于抗震支

吊架系統(tǒng)能抵抗水平方向上的地震力，最大程度地避免管線系統(tǒng)破壞，減小地震對建筑給排水、供電、消防等功能的影響，控制地震帶來的次生災(zāi)害，可降低地震對人身安全帶來的威脅及經(jīng)濟(jì)損失。1、建筑抗震支吊架的作用與應(yīng)用1.1抗震設(shè)防要求據(jù)統(tǒng)計，在寫字樓、酒店、醫(yī)院建設(shè)中，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的投資分別為82%，87%，92%，所占比例遠(yuǎn)高于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的投入。在中大型城市建筑中，總的非結(jié)構(gòu)造價約占總造價的70%，且填充墻、吊頂系統(tǒng)、管線系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)通常為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要的震害集中點(diǎn)，其中管線系統(tǒng)的損害極易導(dǎo)致二次災(zāi)害，增大震后救援工作的危險性，所以按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計抗震支吊架系統(tǒng)尤為必要。2008年汶川地震后，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部完成了對若干個建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)的重新修訂。2015年8月1日正式施行的GB50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定了設(shè)防烈度在6度及以上的地區(qū)，其建筑機(jī)電工程設(shè)施必須進(jìn)行抗震設(shè)計。通過安裝抗震支吊架，可將地震水平方向的橫向力傳遞至主體結(jié)構(gòu)上，達(dá)到綜合承載的效果，最大程度地避免管線系統(tǒng)的破壞，減少次生災(zāi)害的發(fā)生，保障建筑設(shè)施的使用功能。1.2抗震支吊架應(yīng)用發(fā)展建筑機(jī)電支撐系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代初的美國，該國根據(jù)西部地震多發(fā)地帶的現(xiàn)代高層建筑內(nèi)部附屬機(jī)電設(shè)備如給排水系統(tǒng)、建筑電氣系統(tǒng)、消防管理系統(tǒng)、燃?xì)夤艿老到y(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)工程系統(tǒng)、電梯安裝系統(tǒng)和建筑智能化系統(tǒng)的抗震需求，開發(fā)了建筑機(jī)電抗震設(shè)施。2000年前，我國的支吊架主要在現(xiàn)場用型鋼焊接而成，在成型和安裝方面都有缺點(diǎn)和不足，支吊架尺寸與成型依賴工人的操作水平，無法保證安裝質(zhì)量；切割和焊接過程有引發(fā)火災(zāi)的隱患，現(xiàn)場的噪聲、粉塵難以控制。安裝過程中對混凝土主體結(jié)構(gòu)易造成損傷，使用壽命難以滿足結(jié)構(gòu)壽命的要求。2000年后，成品支吊架開始進(jìn)入中國市場。由工廠生產(chǎn)定型定長的C型槽鋼并配以相應(yīng)的連接件，運(yùn)往現(xiàn)場后根據(jù)使用需求進(jìn)行裝配，精度有了較大的提升。所有構(gòu)件和配件均在出廠前進(jìn)行防腐處理，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)，為規(guī)范化施工和科學(xué)化管理提供了可能。近年來在城市地下綜合管廊和軌道交通等市政建設(shè)中，抗震支吊架使用也越來越普遍。一些特殊領(lǐng)域，如核電火電基地、變電站、海油平臺等建筑也陸續(xù)使用了抗震支吊架。1.3抗震支吊架分類一般將抗震支吊架定義為由錨固體、加固吊桿、抗震連接構(gòu)件及抗震斜撐組成并與建筑結(jié)構(gòu)體牢固連接的組件。支吊架金屬部件的材質(zhì)多為碳鋼與不銹鋼。常見的支吊架類型如圖1所示。圖1常見的抗震支吊架1—錨栓；2—套筒；3—加勁裝置；4—長螺桿；5—六角螺母；6—U形管夾；7—塑翼螺母；8—C型槽鋼；9—連接件按支吊架的支撐方式，抗震支吊架可分為支撐式抗震支吊架與懸吊式抗震支吊架；按支吊架的裝配結(jié)構(gòu)可分為由1根承重吊架與抗震斜撐構(gòu)成的單桿抗震支吊架、由2根以上的承重吊架與橫梁及抗震斜撐構(gòu)成的門形抗震支吊架、由懸臂承重支吊架與水平縱向抗震斜撐組成的懸臂抗震支吊架；按抗震支吊架斜撐的支撐方向可分為側(cè)向和縱向抗震支吊架；按專業(yè)可分為水管抗震支吊架、風(fēng)管抗震支吊架、電纜橋架抗震支吊架與綜合抗震支吊架。1.4支吊架的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然2000年后我國成品支吊架陸續(xù)出現(xiàn)并投入使用，建筑抗震設(shè)計規(guī)范也于2010年出臺，但建筑抗震支吊架的國家標(biāo)準(zhǔn)直到2018年才正式發(fā)布，抗震支吊架也正式進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)時代。與抗震設(shè)防有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要包括：（1）GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》；（2）GB50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》?？拐鹬У跫苡嘘P(guān)的標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）CJ/T476—2015《建筑機(jī)電設(shè)備抗震支吊架通用技術(shù)條件》；（2）GB/T37267—2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》。其中，GB/T37267—2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》于2019年11月1日正式實(shí)施，是抗震支吊架領(lǐng)域最新的標(biāo)準(zhǔn)，與CJ/T476—2015《建筑機(jī)電設(shè)備抗震支吊架通用技術(shù)條件》相比，該標(biāo)準(zhǔn)在原材料要求上增加了GB/T700《碳素結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T20878《不銹鋼及耐熱鋼標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T16583《管道連接件襯墊材料標(biāo)準(zhǔn)》的要求，明確規(guī)定了表面處理層的厚度要求及尺寸公差要求，更新了防腐性能試驗(yàn)方法和管道連接構(gòu)件載荷試驗(yàn)方法，對構(gòu)件加載速率做出了限定，將組件荷載性能試驗(yàn)改為循環(huán)加載性能試驗(yàn)，新增了對疲勞性能和耐火性能的要求。GB/T37267—2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》對抗震支吊架在尺寸精度及綜合性能上提出了更高要求，對生產(chǎn)型企業(yè)有指導(dǎo)及監(jiān)督產(chǎn)品質(zhì)量的作用，也給第三方檢測機(jī)構(gòu)提供了更全面的檢測方法參照，有利于抗震支吊架行業(yè)的長期發(fā)展進(jìn)步。2、建筑抗震支吊架重要零部件生產(chǎn)狀況雖然GB50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》已于2015年8月1日正式實(shí)施，但目前國內(nèi)大量成功應(yīng)用的案例不多。GB/T37267—2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》對抗震支吊架中的標(biāo)準(zhǔn)件雖做了尺寸及綜合性能規(guī)定，但在實(shí)際的生產(chǎn)及工程中零部件型式較多，非標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸還不完全統(tǒng)一，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在具體尺寸及質(zhì)量方面仍存在差別。2.1主要零部件的生產(chǎn)狀況抗震支吊架的主要零部件有C型槽鋼、抗震連接構(gòu)件、管夾和各類緊固件。2.1.1抗震C型槽鋼抗震C型槽鋼是抗震支吊架中主要的承載零件，用于加固吊桿、抗震斜撐、承重橫擔(dān)等部位，具有重要作用?？拐餋型槽鋼材料常使用熱軋鍍鋅鋼板或不銹鋼板材，按是否拼接可將槽鋼分為單面和雙拼2種，最常用的41×41抗震單面槽鋼型式如圖2所示。圖241×41抗震單面槽鋼此外，單面C型槽鋼的截面尺寸還有41×21，41×41，41×52，41×62，41×72等多種規(guī)格。實(shí)際工程有需要時也會將兩支單面C型槽鋼腹背板外側(cè)通過點(diǎn)焊拼接組成雙拼槽鋼。腹背板有開孔與不開孔2種形式，開孔的孔形有圓孔與長條孔2種，用于抗震支吊架的多為單面的C型槽鋼。單面C型槽鋼的生產(chǎn)工藝一般由軋制、沖壓、剪切幾步組成。不同廠家的工藝流程稍有區(qū)別，主要分為以下2種：1種是將一定厚度的成品帶材軋制成C型鋼并軋出內(nèi)齒，再沖出長條孔，根據(jù)交貨要求定尺剪切，一般情況下剪切長度為3?m或6m；另1種是將一定厚度的成品帶材開卷后切邊，切出內(nèi)齒后卷成帶齒的帶材，再開卷進(jìn)行軋制成型，最后沖孔和剪切。2種工藝流程生產(chǎn)的C型槽鋼長條孔的孔形和孔距均可通過更換模具的方式實(shí)現(xiàn)，成本也較低。C型槽鋼的內(nèi)齒調(diào)整在第一種工藝中可通過換軋輥實(shí)現(xiàn)，在第二種工藝中可通過換切邊模實(shí)現(xiàn)，但由于后者是在齒成形后再進(jìn)行槽鋼軋制，內(nèi)齒在軋制過程中易受壓變形。安裝時方塊螺母與六角螺栓配合組成加勁裝置，且C型鋼內(nèi)齒與方塊螺母上的齒配合后會形成機(jī)械咬合，共同承載橫向剪力（圖3）。內(nèi)齒變形可能導(dǎo)致和方塊螺母的齒型不能較好咬合而影響承載性能。C型鋼的內(nèi)齒和方塊螺母的齒型變化對承載性能造成影響，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也做出了詳細(xì)規(guī)定。圖4為常見的幾種方塊螺母齒型。圖3承重吊架上方塊螺母與C型槽鋼安裝圖4不同廠家生產(chǎn)的方塊螺母2.1.2抗震連接件作為抗震支吊架中的重要構(gòu)件，抗震連接構(gòu)件與C型槽鋼連接，起傳遞拉力與地震力的作用，其型式多樣，市面上常見的抗震連接構(gòu)件有A，B，C三種類型（圖5）。

（a）

（b）

（c）圖5常見抗震連接構(gòu)件（a）A型；（b）B型；（c）C型圖5中A型與C型抗震連接構(gòu)件均由底座、固定鉤板、受壓支撐板、連接鉚釘組成，連接鉚釘穿過底座雙耳將底座、固定鉤板、受壓支撐板連為整體，螺栓穿過底座上的螺栓孔將底座固定于墻體或需約束的面上。一根六角螺栓穿過固定鉤板上的螺栓孔，將頭部壓在C型鋼腹背板內(nèi)側(cè)，并使C型鋼腹背板外側(cè)緊靠在受壓支撐板上端。裝配完成的固定鉤板與受壓支撐板可繞連接鉚釘相對底座做單軸轉(zhuǎn)動。待通過抗震連接構(gòu)件中的扭矩螺栓將固定鉤板、受壓支撐板與C型鋼連接完成后，C型鋼可繞底座連接鉚釘?shù)妮S線做180°軸向旋轉(zhuǎn)。B型抗震連接構(gòu)件結(jié)構(gòu)相對簡單，其雙孔一側(cè)由兩支8.8級以上螺栓分別穿過兩孔與方塊螺母配合并與C型槽鋼相連；單孔一側(cè)由8.8級以上的螺栓穿過該孔與六角螺母配合連接在管夾上，或由螺桿穿過該孔與六角螺母配合，將整個抗震斜撐固定在建筑墻體或其他需約束的墻面上，連接方式如圖6所示。（a）（b）圖6B型抗震連接構(gòu)件與C型鋼和管夾的連接方式（a）連接方式1；（b）連接方式2受連接型式限制，在材料和厚度均相同的情況下，B型抗震連接構(gòu)件承載性能比A型和C型弱，但成本更低，故在工程中大量使用。不同廠家生產(chǎn)的抗震連接構(gòu)件的流程基本相同，但零件質(zhì)量稍有差別。一般為厚5?mm以上的成品熱軋鋼板經(jīng)切割、落料、沖孔、冷彎、鍍鋅、裝配后完成。不同形狀和尺寸的工件和孔的沖裁，均可通過更換或重新設(shè)計模具的方式實(shí)現(xiàn)，其成本多控制在5?000元以下。在抗震支吊架中，抗震連接構(gòu)件為易損壞的部位。目前除增加抗震連接構(gòu)件或C型鋼厚度、調(diào)整斜撐安裝角度外，針對抗震連接構(gòu)件結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)化方案還有待進(jìn)一步研究。2.1.3管夾與緊固件管夾可分為P型管束、歐姆管夾、雙層管束（U型管束）、雙螺栓管夾。P型管夾由2片管束組成，其底部的卡扣可從任意位置扣入C型鋼開口，旋轉(zhuǎn)90°卡在C型鋼的內(nèi)齒上，由1根螺栓穿過2片管束頂部的圓孔與六角螺母配合鎖緊。P型管夾適用的管徑范圍較廣（17~219?mm），其板厚較?。ㄒ话銥?.5~2.5?mm），適用于承重性能要求不高的管件安裝。歐姆管夾需配合2組螺栓與方塊螺母將管固定在抗震支吊架的承重橫擔(dān)上，并可根據(jù)需要調(diào)整安裝位置，多用于綜合抗震支吊架，其固定的單管管道管徑在114?mm以上，管夾板厚度通常為6?mm。雙層管束（U型管束）上層管束穿入螺桿后用六角螺母固定，栓銷貫穿連接上、下2部分，下層管束固定管道，能有效傳遞地震荷載，適用的管道外徑為21~457?mm。因雙層管束為懸吊式，上層管束的板厚為3~12?mm，下層管束的板厚為3~6?mm，對承重能力要求較高。雙螺栓管夾由2片管束配合2組螺栓與六角螺母組裝，上層管束與套筒焊接并安裝于螺桿上。適用的管外徑范圍為17~170?mm，管束板厚通常為6?mm。此類管夾常用于單根管道吊裝并與抗震配件連接，連接效果穩(wěn)定，適用于小安裝空間。所有類型的管夾均可根據(jù)實(shí)際要求配備EPDM惰性橡膠內(nèi)襯墊，取得絕緣、隔熱、降噪及保護(hù)管線的功效，并具有一定的減震性能。管夾的生產(chǎn)流程是成品板材經(jīng)切割、落料、沖孔、冷彎、鍍鋅、裝配后完成，與抗震連接構(gòu)件的生產(chǎn)類似?？拐鹬У跫苌鲜褂玫穆菟ā⒙葆?、螺母等緊固件均為標(biāo)準(zhǔn)件，生產(chǎn)工藝較成熟，購買也較方便。2.2表面處理所有抗震支吊架的零部件均在工廠內(nèi)完成表面防腐處理后再運(yùn)至現(xiàn)場安裝適用。表面處理工藝一般由工程具體要求及服役環(huán)境綜合決定。GB/T37267—2018《建筑抗震支吊架通用技術(shù)條件》對各種表面處理層的厚度及防腐質(zhì)量提出了明確要求。采用電鍍鋅時，鍍層平均厚度在5?μm以上，適用于室內(nèi)相對干燥的環(huán)境；采用熱浸鍍鋅時，鍍層平均厚度在60?μm以上，適用于更為復(fù)雜和惡劣的環(huán)境。當(dāng)抗震支吊架用于高鐵或地鐵站臺時，需滿足防腐和美觀的雙重要求，多采用環(huán)氧噴涂，保護(hù)層平均厚度在70?μm以上。3、抗震支吊架安裝施工抗震支吊架的安裝對抗震與荷載性能影響較大。斜撐的安裝角度、抗震連接構(gòu)件的安裝扭矩、抗震支吊架的排布方式等均在很大程度上影響抗震性能。圖7為某高鐵站地下車庫的安裝效果。使用成品支吊架雖可減輕安裝工人的工作強(qiáng)度、改善安裝環(huán)境，但也存在以下問題：B型抗震連接構(gòu)件的底座與墻體連接時存在安裝角度錯誤或底座正反面裝錯；未采用后擴(kuò)底錨栓，且在打錨栓孔時有隨意性。除安裝技術(shù)存在問題外，還有以下2點(diǎn)原因：（1）抗震支吊架排布設(shè)計中設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行的深化設(shè)計較少；（2）對非結(jié)構(gòu)件施工安裝資質(zhì)及現(xiàn)場監(jiān)督管理要求不嚴(yán)格。

（a）

（b）圖7某高鐵站地下車庫抗震支吊架安裝效果（a）效果1；（b）效果24、抗震支吊架存在的問題目前抗震支吊架的生產(chǎn)企業(yè)多為中小企業(yè)，尚不具備產(chǎn)品的完整生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)模式為來料加工、零部件組裝。由于檢測設(shè)備缺乏和檢測能力差，質(zhì)量控制風(fēng)險較大、出廠檢測流于形式，型式檢驗(yàn)則更少。因此，采購單位和施工單位應(yīng)做好質(zhì)量抽檢，并請具備資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)按技術(shù)要求或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。在設(shè)計方面，針對抗震支吊架材料的強(qiáng)度、耐腐蝕性的優(yōu)化還不足，連接件結(jié)構(gòu)需改進(jìn)，安裝的準(zhǔn)確性和便捷性問題也需通過深化設(shè)計解決，支吊架設(shè)計還需滿足節(jié)能環(huán)保型生產(chǎn)的要求。5、結(jié)論及展望目前市場上的抗震支吊架在結(jié)構(gòu)上可做部分改進(jìn)，針對其荷載性能、防腐性能提出以下改進(jìn)建議。（1）改進(jìn)C型