試述抗震支吊架結(jié)構(gòu)在城市軌交系統(tǒng)中的應(yīng)用

王海忠

【摘要】城市軌交系統(tǒng)因其自身的特殊性不得不考慮自身震動(dòng)及地震這些重要因素所帶來的影響，故抗震支吊架結(jié)構(gòu)的引入不可謂是重要的一環(huán)。本文通過上海16號(hào)線周浦東站及鶴沙航城站，對(duì)抗震支吊架系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的說明，并列舉該結(jié)構(gòu)在軌交系統(tǒng)中存在的不容忽視的問題。

【關(guān)鍵詞】抗震支吊架；城市軌交系統(tǒng)；實(shí)際應(yīng)用

在軌交工程的設(shè)計(jì)過程中，為保障項(xiàng)目質(zhì)量，必須考慮到地震的極大破壞力及其帶來的巨大損失這一因素，此外還要考慮軌交運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)造成的影響，這就對(duì)軌交工程的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。為達(dá)到這一目標(biāo)就必須積極采取措施或采納具有革命性的技術(shù)，其中抗震支吊架的引入不僅能夠提升軌交系統(tǒng)的整體抗震性能，也使其運(yùn)營(yíng)更加穩(wěn)定與安全。本文結(jié)合上海16號(hào)線周浦東站及鶴沙航城站，詳細(xì)闡述抗震支吊架結(jié)構(gòu)在軌交系統(tǒng)中的作用及所遇到的難題。

1、抗震支吊架概述

抗震支吊架在地震多發(fā)國(guó)家已具有多年發(fā)展歷史，但在我國(guó)尚屬新興技術(shù)之一?？拐鹬У跫芸捎糜谂潘?、消防、暖通空調(diào)、電氣、燃?xì)獾葯C(jī)電工程，主要荷載以地震力為主，一旦設(shè)防烈度的地震來襲，該結(jié)構(gòu)能將槽盒、管道等設(shè)備的地震作用傳送至結(jié)構(gòu)體。再者目前軌道交通車輛在運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)普通支架及管線會(huì)帶來重大影響，短時(shí)間內(nèi)可能不會(huì)造成破壞，但是時(shí)間一長(zhǎng)將會(huì)帶來重大安全隱患。傳統(tǒng)的支吊架系統(tǒng)是將重力作為主要的荷載，這兩種技術(shù)在同一工程內(nèi)的設(shè)置并不重復(fù)，且可起到相輔相成的效果。

2、需要進(jìn)行抗震設(shè)防的部位

懸吊管道中重力大于1.8KN的設(shè)備；DN65以上的生活給水、消防管道系統(tǒng)；矩形截面積大于等于150N/m的電纜梯架、電纜槽盒、母線槽；防排風(fēng)風(fēng)道、事故通風(fēng)風(fēng)道及相關(guān)設(shè)備。

3、抗震支吊架布置原則

a.支吊架布置中的風(fēng)、水、電等專業(yè)抗震支吊架間距應(yīng)該按照表1選擇，其中抗震綜合支吊架間距取各專業(yè)抗震支吊架間距的最小值。

b.每段水平直管道應(yīng)在兩端設(shè)置側(cè)向抗震支吊架。

c.當(dāng)兩個(gè)側(cè)向抗震支吊架間距超過最大設(shè)計(jì)間距時(shí)，應(yīng)在中間增設(shè)側(cè)向抗震支吊架。

d.每段水平直管道應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)縱向抗震支吊架，當(dāng)兩個(gè)縱向抗震支吊架距離超過最大設(shè)計(jì)間距時(shí)，應(yīng)按表1要求間距依次增設(shè)縱向抗震支吊架。

e.剛性連接的水平管道，兩個(gè)相鄰的抗震支吊架間允許縱向偏移值。應(yīng)符合下列規(guī)定：

水管及電線套管不得超過最大側(cè)向支吊架間距的1/16；

風(fēng)管、電纜梯架、電纜托盤和電纜槽盒不得超過其寬度的兩倍。

f.水平管道應(yīng)在離轉(zhuǎn)彎處0.6m范圍內(nèi)設(shè)置側(cè)向抗震支吊架；若斜撐直接作用于管道，其可作為另一側(cè)管道的縱向抗震支吊架；距下一縱向抗震支吊架間距應(yīng)按下式計(jì)算：

L=（（L1+L2））/2+0.6

式中： L為距下一縱向抗震支吊架間距（m）； L1為縱向抗震支吊架間距（m）；

L2為側(cè)向抗震支吊架間距（m）。

g.水平管線通過垂直管線與地面設(shè)備連接時(shí)，管線與設(shè)備之間采用柔性連接。水平管線距垂直管線600mm范圍內(nèi)設(shè)置側(cè)向支撐。垂直管線底部距地面大于0.15m應(yīng)設(shè)置抗震支撐。

4、抗震支吊架結(jié)構(gòu)的安裝

抗震支吊架結(jié)構(gòu)在城市軌交系統(tǒng)中需注意以下幾點(diǎn)安裝要求：

首先，計(jì)算地震力荷載時(shí)，尤其是水平地震荷載力，無需考慮其它影響因素，只需要將滿負(fù)荷重量數(shù)據(jù)作為計(jì)算數(shù)據(jù)即可。

其次，抗震支吊架需將熱脹冷縮因素納入考量范圍以內(nèi)，且不可限制管線由于熱脹冷縮而產(chǎn)生的應(yīng)力。在挑選縱向吊架的構(gòu)件上，應(yīng)盡量選擇具備抵抗熱脹冷縮應(yīng)力的構(gòu)件型號(hào)。對(duì)于專用于保溫管線的抗震支吊架，其尺寸要按照保溫以后的大小來量定。

第三，管線與電線套管可在適當(dāng)范圍內(nèi)縱向偏移，但必須保持在最大側(cè)向支撐間距的1/16以內(nèi)，風(fēng)管的偏移角度不可大于其寬度的兩倍。水平管道如遇直角轉(zhuǎn)彎就需要布置抗震支吊架。管線如遇建筑物沉降縫，抗震支吊架結(jié)構(gòu)需及時(shí)做出有關(guān)沉降位移的設(shè)計(jì)布置。在安裝縱向或側(cè)向的斜撐時(shí)，以45度為最適宜角度，且必須大于30度。

最后，不論是縱向斜撐或側(cè)向斜撐，斜撐偏離2.5度均不會(huì)對(duì)水電風(fēng)系統(tǒng)的單管或者是門形吊架等多管共用產(chǎn)生影響。

5、抗震支吊架的實(shí)際應(yīng)用

5.1工程概況

上海軌交16號(hào)線周浦東站為高架二層側(cè)式車站（包含地下電纜夾層）：地面一層為站廳層，地上二層為站臺(tái)層。車站總長(zhǎng)度146.6米，總寬為22.7米，建筑高度小于24米，總建筑面積8150.8 。

鶴沙航城站為高架三層側(cè)式車站（包含地下電纜夾層）：地面一層為設(shè)備層，地面二層為站（上廳層，地上三層為站臺(tái)層。車站總長(zhǎng)為144.4米，總寬為23.26米，建筑高度小于24米，總建筑面積8823 。

5.2抗震支吊架結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)

該項(xiàng)工程于2012年6月1日開工，2013年12月底全部竣工停車。軌道交通16號(hào)線工有13座車站，其中在春節(jié)裝飾3標(biāo)分別是羅山路站、周浦東站、鶴沙航城站，其中周浦東站、鶴沙航城站高架區(qū)間進(jìn)車站部分都是采用新型U型梁設(shè)計(jì)，與之連接的是車站站臺(tái)，站臺(tái)時(shí)現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)，考慮到該梁底部不允許承載受力，站廳公共區(qū)域正好處于U型梁底部，從變電所及水泵房等設(shè)備房?jī)?nèi)管線需要從站臺(tái)箱梁底部穿越站廳公共區(qū)域，最終到達(dá)管理用房。

由于箱梁內(nèi)有預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，管線支架打膨脹螺栓容易造成損壞，采用預(yù)埋槽件的方法事將槽件預(yù)埋于梁底部作為支架連接點(diǎn)，使用與之配套的T型螺栓連接、固定外部的機(jī)電管線，預(yù)埋槽件系列產(chǎn)品具有動(dòng)態(tài)、靜態(tài)承載力高，抗沖擊力強(qiáng)、易于調(diào)整等特點(diǎn)，并采用了國(guó)際最先進(jìn)的多元合金滲層技術(shù)，大幅延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。管線支架設(shè)計(jì)采用減震支架形式，很好的運(yùn)用了這些特點(diǎn)，提高了使用壽命，獨(dú)特的連接方式，避免列車在運(yùn)行過程中持續(xù)產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)管線產(chǎn)生損壞，影響正常的營(yíng)運(yùn)。減震支架的布置經(jīng)我方深化設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的管線的數(shù)量和走向等參數(shù)，通過優(yōu)化對(duì)照明、電力、裝修圖紙中支架上橋架、管線以及吊頂裝修等的位置排布，來確定深化方案，最終確定好抗震支架的材料選用、連接方式、構(gòu)造型式、布置的具體位置等方面的關(guān)鍵工藝后提交原設(shè)計(jì)進(jìn)行審核，設(shè)計(jì)審核通過后按照深化的圖紙進(jìn)行備料加工、安裝。如圖1所示。

深化完成后的支架可謂是一架多用，不僅綜合了所有穿越管線的走向，又為后期的機(jī)電安裝、裝修提供了便利。適當(dāng)組合照明、動(dòng)力、通信、信號(hào)、FAS/BAS等橋架分層有序排布于吊架上，上部為弱電橋架，下部為動(dòng)照橋架，為支架底下燈槽提供了安裝便利，減少了單管支吊架數(shù)量，合理利用資源。這樣既滿足了裝飾的美觀要求，又滿足了機(jī)電管線的實(shí)用性，如圖2所示。

6、抗震支吊架設(shè)計(jì)在軌交系統(tǒng)中存在的問題

抗震支吊架的計(jì)算與安裝布置在特大城市軌交系統(tǒng)中均嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但依據(jù)實(shí)際情況，依然存在諸多技術(shù)問題。

6.1抗震支吊架的地震力計(jì)算與軌交系統(tǒng)的地下部分

在目前的行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范下，有關(guān)軌交系統(tǒng)的地下部分仍因必須考慮項(xiàng)目周邊的土體情況等因素而仍然處于研究中。針對(duì)部分地下工程的地震力計(jì)算，目前實(shí)行的抗震技術(shù)也只能給予初步的概述，無法提供行之有效的計(jì)算模型。解決這一難題需要有限元積極配合分析項(xiàng)目周邊的土體情況，并且經(jīng)實(shí)驗(yàn)通過。

6.2行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際情況不符

抗震支吊架結(jié)構(gòu)的布置目前均嚴(yán)格遵循《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。在常規(guī)的城市軌交工程中，尤其在隱秘狹小的空間內(nèi)，機(jī)電設(shè)備管線往往密集且繁多，且管線的布置也講究分層、分專業(yè)或是交叉布置，而抗震支吊架結(jié)構(gòu)的布置也需要以此進(jìn)行考量，無法根據(jù)行業(yè)規(guī)定進(jìn)行死板的鋪設(shè)。

在管線分層、分專業(yè)布置的情況下，搭設(shè)抗震支吊架的高度就會(huì)相應(yīng)增大，這就要求整個(gè)抗震支吊架系統(tǒng)需要具備足夠的剛度和強(qiáng)度來滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。此外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議抗震支吊架盡量增設(shè)斜向支撐，45度為最適宜角度，但實(shí)際工程中的管線布置與這一建議較容易產(chǎn)生沖突，斜向支撐也并非適合所有的工程項(xiàng)目。

結(jié)語：

綜上所述，在城市軌交系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格把控技術(shù)要點(diǎn)，并通過創(chuàng)新改革一系列先進(jìn)技術(shù)，確?？拐鹬У跫芙Y(jié)構(gòu)的順利完工，并使其在軌交系統(tǒng)中起到穩(wěn)定作用。雖然目前關(guān)于抗震支吊架結(jié)構(gòu)仍存在部分計(jì)算或布置問題需要攻克，但隨著城市軌交系統(tǒng)的日臻完善，抗震支吊架將更大限度發(fā)揮其作用，為城市的安全運(yùn)行助力。

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