電氣設備抗震設計規(guī)范及水泥工程管線橋架抗震設計分析

張煜，向崢

1 前言

水泥工程項目中的抗震設計不僅僅涉及結構專業(yè)、建筑專業(yè)，電氣專業(yè)也應重視抗震設計。GB 50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》總則中明確規(guī)定，“抗震設防烈度為6 度及6 度以上地區(qū)的建筑機電工程必須進行抗震設計”[1]，住建部2021年7月30 日發(fā)布的《建筑機電工程抗震技術標準（征求意見稿）》中，再次明確了上述規(guī)定。2023年8月17 日，住建部編制完成了國家標準《建筑抗震支吊架通用技術條件（修訂征求意見稿）》，更加充分地顯示了國家對抗震設計相關工作的重視。GB 50011-2010《建筑抗震設計規(guī)范》附錄A“我國主要城鎮(zhèn)設防烈度表”顯示，全國城市的抗震設防烈度基本都在6 度及6 度以上，這就要求電氣專業(yè)在工程項目施工圖設計階段即應重視電氣設備的抗震設計。

2 電氣抗震國內(nèi)標準要求

目前，與電氣設備抗震設計相關的工程領域國家標準、行業(yè)標準、地方標準或國標圖集主要包括：GB 50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》、GB 50011-2010《建筑抗震設計規(guī)范》（2016年版）、GB 50556-2010《工業(yè)企業(yè)電氣設備抗震設計規(guī)范》、GB 50260-2013《電力設施抗震設計規(guī)范》、國家建筑標準設計圖集16D707-1《建筑電氣設施抗震安裝》、T/CECS 420-2022《抗震支吊架安裝及驗收標準》、CJ/T 476-2015《建筑機電設備抗震支吊架通用技術條件》、GB/T 37267-2018《建筑抗震支吊架通用技術條件》等。

GB 50011-2010《建筑抗震設計規(guī)范》明確了全國主要城鎮(zhèn)的抗震設防烈度，是工程項目電氣抗震設計施工的基準。GB 50260-2013《電力設施抗震設計規(guī)范》規(guī)定了單機容量為12～1 000MW火力發(fā)電廠、單機容量為10MW 及以上水力發(fā)電廠、電壓等級為110～750kV 交流輸變電工程、電壓等級為±660kV 及以下直流輸變電工程及電力通信微波塔的電力設施相關的抗震設計要求。GB 50556-2010《工業(yè)企業(yè)電氣設備抗震設計規(guī)范》中明確了適用于抗震烈度9度及以下地區(qū)，且電壓為220kV及以下的工業(yè)企業(yè)電氣設備的抗震設計，并重點強調(diào)要求抗震設防烈度6度及以上地區(qū)的電氣設備，必須進行抗震設計。在該規(guī)范的第六章中，對電力變壓器、各類電瓷設備、電容補償裝置、蓄電池（即直流屏或UPS）、高低壓開關柜、電抗器、整流柜等電氣設備的抗震設計提出了具體要求。CJ/T 476-2015和GB/T 37267-2018 是對抗震支吊架通用技術的具體要求。國家建筑標準設計圖集16D707-1《建筑電氣設施抗震安裝》則對抗震支吊架的安裝部位和方案做了說明。GB 50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》中重點強調(diào)要求抗震設防烈度6度及6 度以上地區(qū)的建筑機電工程必須進行抗震設計，明確要求了在電氣施工圖設計中需對相關機電設備進行抗震設計。在該規(guī)范第七章中，規(guī)定了電氣設備、變電所、線路敷設等的抗震設計要求；在第3.1.6中，規(guī)定了“對重力≯1.8kN的設備或吊桿計算長度≯300mm 的吊桿懸掛管道，可不進行設防”；同時，在第7.1.2 中，規(guī)定了“內(nèi)徑≮60mm 的電氣配管及重力≮150N/m的電纜梯架/電纜槽盒/母線槽均應進行抗震設防”。

3 電氣抗震國外標準要求

國外與電氣設備抗震設計相關的工程領域標準規(guī)范主要有美國IEEE Std 693-2018《變電站抗震設計推薦規(guī)程》、日本JEAG 5003-2010《電氣設備抗震設計指南》、國際電工委員會IEC 62271-207、IEC 60068 系列和IEC 62271-300 等。美國標準在電氣設備安裝的抗震措施上，考慮了場地效應對電氣設備基礎的影響，因此，美國的電氣設備安裝設計抗震標準更嚴格[2]。在電氣設備的抗震能力要求方面，IEC 的要求最嚴格，在電氣設備的抗震能力要求選擇方面，美國標準的界定具體且有操作性[2]。對于變電站中的重要電氣設備，IEC 和日本規(guī)范均明確要求采用一級設防，即，不降低設備功能，類似于我國抗震要求中的“大震可修”[3]。

4 水泥工程管線橋架抗震設防分析

4.1 電氣配管抗震設防分析

水泥工程項目中常用的電氣配管一般是鍍鋅鋼管，具體規(guī)格見表1。從表1 可以看出，DN80 及以上的鍍鋅鋼管內(nèi)徑均＞60mm，需考慮抗震設防；DN50的鍍鋅鋼管雖然外徑＞60mm，但考慮壁厚，其內(nèi)徑＜60mm，無需考慮抗震設防。

表1 鍍鋅鋼管公稱直徑

4.2 母線槽抗震設防分析

母線槽一般應用于電力室變壓器至進線柜之間，或應用于不同低壓母線段的橋間連接，而水泥工程中常用的變壓器容量均在630kVA 及以上，應用的母線槽額定電流一般都在1 250A及以上。查閱母線槽廠家資料可知，額定電流為1 250A 的空氣絕緣型及密集絕緣型母線槽，其重量均＞30kg/m（＞294N/m），需考慮抗震設防。

4.3 電纜橋架抗震設防分析

水泥工程項目中一般都會采用梯級電纜橋架用于敷設電纜，需根據(jù)橋架本身的重量與敷設的電纜重量之和判斷是否考慮抗震設防。水泥工程項目中常用的電纜橋架規(guī)格一般有200mm×100mm、400mm×100mm、500mm×100mm、600mm×100mm，同時，考慮防塵因素，室外放置的橋架還需放置橋架蓋板，蓋板重量也需考慮。表2為不同規(guī)格梯級電纜橋架的參考重量，基于表2 可知，橋架在室外安裝時考慮敷設蓋板，400mm×100mm 規(guī)格的電纜橋架重量是16.56kg/m（162.2N/m），在尚未考慮電纜重量的情況下，橋架重量已大于GB 50981-2014規(guī)范中規(guī)定的15.30kg/m（150N/m），因此，必須對帶蓋板的400mm×100mm 規(guī)格的梯級電纜橋架考慮抗震設防。

表2 不同規(guī)格梯級電纜橋架的參考重量

在橋架不放置蓋板的情況下，不同規(guī)格橋架及低壓動力電纜參數(shù)及橋架填充率見表3，其中，橋架填充率為橋架內(nèi)電纜總截面積與橋架截面積之比。由表3 可知，若不考慮抗震設計，在不同規(guī)格橋架內(nèi)的最多敷設電纜根數(shù)下，橋架填充率最大僅為17.6%。根據(jù)國家規(guī)范要求，橋架內(nèi)的動力電纜總截面積不應超過橋架截面積的40%，工程實際中橋架均需敷設電纜，實際上水泥工程項目中常用的梯級橋架均需考慮抗震設防。同規(guī)格托盤式橋架重量往往大于梯級橋架重量，若項目采用托盤式橋架，同樣需考慮抗震設防。在水泥工程項目中，封閉式電纜槽盒多用于敷設通訊電纜或其他弱電類電纜，封閉式電纜槽盒一般不獨立敷設，需放置在橋架內(nèi)，此種情況下，也需考慮抗震設防。

表3 不同規(guī)格橋架及低壓動力電纜參數(shù)及橋架填充率

4.4 抗震支吊架設計使用注意事項

在需要進行抗震設防的母線槽或電纜橋架施工時，一般應考慮使用抗震支吊架，電氣施工中需使用的支吊架樣式如圖1所示。根據(jù)國標圖集，基于Revit 軟件開發(fā)的抗震支吊架族如圖2 所示，可在項目施工圖設計中使用。

圖1 電纜橋架用抗震支吊架

圖2 Revit開發(fā)的抗震支吊架族

對于電氣工程師來說，除了在設計圖紙說明中明確項目地震烈度及電纜橋架、母線槽是否需進行抗震設防外，對于使用抗震支吊架的總承包項目，還應明確如下內(nèi)容：

（1）抗震支吊架的設計使用須滿足技術標準T/CECS 420-2022《抗震支吊架安裝及驗收標準》、CJ/T 476-2015《建筑機電設備抗震支吊架通用技術條件》、GB/T 37267-2018《建筑抗震支吊架通用技術條件》、GB 50981-2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》、GB 50011-2010《建筑抗震設計規(guī)范》。

（2）抗震支吊架生產(chǎn)廠家需提供包括產(chǎn)品使用說明、細化的布置方案、培訓指導等服務，且需通過ISO9001 認證。供應商應配合總包方進行抗震支吊架的施工圖深化設計工作，提供所有節(jié)點的抗震支吊架大樣圖。

（3）抗震支吊架生產(chǎn)廠家需提供產(chǎn)品及使用材料的CMA 測試報告、型式檢測報告及地震模擬測試報告。

（4）抗震支吊架應采用型鋼，配件鋼材強度不應低于Q235B，表面處理方式應采用熱浸鋅方式。

5 結語

隨著國家規(guī)范及項目設計圖紙審核對電氣專業(yè)抗震設計要求越來越高，電氣專業(yè)在施工圖設計階段即應充分考慮電氣設備的抗震設計。在總承包項目中，不僅應在施工圖設計說明中加注抗震設計說明，還應明確電氣設備抗震支吊架的使用注意事項。本文在國內(nèi)外電氣抗震設計相關規(guī)范和圖集基礎上，分析了不同規(guī)格的電氣配管、母線槽、電纜橋架是否需進行抗震設防，以及抗震支吊架的設計使用注意事項，并利用Revit 軟件制作了抗震支吊架族模型，便于在施工圖三維設計中使用。