《建筑机电工程抗震设计规范》解读

2019-08-27 13:54:14 点击:141

《建筑机电工程抗震设计规范》解读


《建筑机电工程抗震设计规范》制定背景


众所周知,地震是一种随机性振动,有着难以把握的复杂性和不确定性。地震发生后可能引起火灾、毒气污染、细菌污染、放射性污染、滑坡、泥石流、水灾;沿海地区还可能遭受到海啸的袭击以及地震还容易引起环境污染、瘟疫流行等等一系列的次生灾害。同时随着社会的发展,一些新的此生灾害可能也会伴随地震出现,如高层建筑玻璃破坏造成的玻璃雨,信息储存系统破坏引起的称为记忆毁坏等灾害。所以建筑是否具有抗震性对于防止地震灾害具有十分重要的意义!


之前我们也介绍过,机电系统抗震性能的提高,对于减少和防止由地震引发的次生灾害具有十分重要的积极作用。因此,我们说包括建筑机电工程在内的整个建筑的抗震设计也就显得尤为重要。但是,目前我国在建筑机电工程的水、电、风各专业的设计人员在建筑机电工程设计时几乎都没有考虑到机电抗震,给系统带来比较大的隐患。


2008年汶川地震后,国家对整个建筑的抗震设计十分重视。对《建筑抗震设计规范》进行了紧急修订。与此同时,由深圳市置华机电设备有限公司发起,联合中国建筑设计研究院等国内技术权威机构向住建部提出了制定《建筑机电工程抗震设计规范》的申请,住建部有关部门对此高度重视,很快得到批复。2009年10月,根据建设部建标函[2009]88号“关于印发《2009年度工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)》的通知”要求,成立了国家规范《建筑机电工程抗震设计规范》(以下简称《规范》)的编制小组并展开编写工作。本规范由中国建筑设计研究院主编,深圳置华机电设备有限公司等单位参编。规范主要起草人员:赵锂、刘振印、朱跃云、宋孝春 张青、李学好、张良平、张杰、孙成群、杨炯、张大明。


国外一些发达国家对建筑机电工程抗震设计及加固已有几十年的历史。那么,我们国家的机电抗震规范到底应该参照什么标准、该如何编写,是编制组的首要任务。调查发现,美国等发达国家虽然在机电抗震方面技术比较领先,但相关规范及标准并不能完全适合我国国情。如:美国国内的标准不统一,各个州都有自己不同的设计标准。同时,美国各机电分包商有自己完全的职责范围,因此不会与其它系统的管道综合到一起进行设计,只会制定与各自系统的相应抗震标准,如NFPA13(第六章)等。


因此,为了保证我们国家机电抗震设计的先进性及统一性,规范编制组在广泛的调查研究的基础上,参照国外先进标准,并在一些相关内容上提出了较国外先进标准更高更可靠的技术要求。同时规范完全依照我国具体国情,为了达到减轻地震破坏,防止次生灾害,避免人员伤亡,减少经济损失,做到安全可靠、技术先进、经济合理、维护管理方便的总体目标,特制定本规范。



《建筑机电工程抗震设计规范》内容介绍:

本规范的主要技术内容是1.总则;2.术语符号; 3.抗震设计基本要求;4.给水排水;5.暖通空调;6.燃气;7.电气;8.抗震支吊架。其中:第1.0.4条、第5.1.4条、第7.4.6条为强制性条文,必须严格执行。现将《规范》各部分进行简单的介绍和说明。


《建筑机电工程抗震设计规范》第1章 总则

本章节对本《规范》的制定方针及抗震总体目标;规范适用范围;要求达到的抗震要求;以及总体设计范围及设计要求等都做了规定和概括说明。主要内容如下:

1.0.1 为贯彻执行《中华人民共和国建筑法》和《中华人民共和国防震减灾法》,实行以“预防为主”的方针,使建筑给水排水、供暖、通风、空调、燃气、热力、电力、通讯、消防等机电工程经抗震设防后,减轻地震破坏,防止次生灾害,避免人员伤亡,减少经济损失,做到安全可靠、技术先进、经济合理、维护管理方便,制定本规范。


1.0.2 本规范适用于抗震设防烈度为6度至9度的建筑机电工程抗震设计,不适用于抗震设防烈度大于9度或有特殊要求的建筑机电工程抗震设计。

1.0.3 按本规范进行的建筑机电工程设施抗震设计应达到下列要求:

1 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,机电工程设施一般不受损坏或不需修理可继续运行;

2 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,机电工程设施可能损坏经一般修理或不需修理仍可继续运行;

3 当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,机电工程设施不至于严重损坏,危及生命。

1.0.4 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。

1.0.5 对位于抗震设防烈度为6度地区且除甲类建筑以外的建筑机电工程,可不进行地震作用计算。

注:本规范以下条文中,一般略去“抗震设防烈度”表叙字样,对“抗震设防烈度为6度、7度、8度、9度”简称为“6度、7度、8度、9度”。

1.0.6 建筑机电工程抗震设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。


《建筑机电工程抗震设计规范》第2章 术语和符号

本章节除了抗震设防烈度、设防标准等常规设计参数进行了定义,还对建筑机电工程设施、抗震支吊架等新的概念进行了定义和说明。其中:

2.1.4 建筑机电工程设施

为建筑使用功能服务的附属机械、电器构件、部件和系统。主要包括电梯,照明系统和应急电源,通信设备,管道系统,供暖和空气调节系统,火灾报警和消防系统,共用天线等。


2.1.6 抗震支吊架

与建筑结构体牢固连接,以地震力为主要荷载的抗震支撑设施。由锚固体、加固吊杆、抗震连接构件及抗震斜撑组成。


《建筑机电工程抗震设计规范》第3章 设计基本要求

本章对建筑机电工程抗震的一般规定;场地影响;地震影响;地震作用计算以及建筑机电工程设施和支吊架抗震要求等内容都做了规定和说明。其中:

3.1.1 建筑机电工程设施与建筑结构的连接构件和部件的抗震措施应根据设防烈度、建筑使用功能、建筑高度、结构类型、变形特征、设备设施所处位置和运行要求及现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的有关规定,经综合分析后确定。


本条是对建筑机电工程设施抗震的确定因素和要求进行了说明。

3.1.2 建筑机电工程重要机房不应设置在抗震性能薄弱的部位;对于有隔振装置的设备,当发生强烈振动时不应破坏连接件,并应防止设备和建筑结构发生谐振现象。

本条对建筑机电工程重要机房的设置要求作出了规定,同时对重要机房的范围在说明中也给出了明确的规定:所谓机电工程重要机房是指,如消防水泵房、生活水泵房、锅炉房、制冷机房、热交换站、配变电所、柴油发电机房、通信机房、消防控制室、安防监控室等。


3.1.6 建筑机电工程设施抗震设计应以建筑结构设计为基准,对与建筑结构的连接件应采取措施进行设防。对重力不大于1.8kN的设备或吊杆计算长度不大于300mm的吊杆悬挂管道,可不进行设防。

本条对不需抗震设防的机电设备作出了规定,在条文说明中对于需进行抗震设防的大于1.8kN的设备也做出了明确说明,应主要包含以下内容:


1 悬吊管道中重力大于1.8kN的设备;

2 DN65以上的生活给水、消防管道系统;

3 矩形截面面积大于等于0.38m2和圆形直径大于等于0.7m的风管系统;

4对于内径大于等于60mm的电气配管及重力大于等于150N/m的电缆梯架、电缆槽盒、母线槽。

本章第3.4节关于对地震作用计算作出了详细的规定,如:

3.4.5 当采用等效侧力法时,水平地震作用标准值宜按下式计算:

F=γηζ1ζ2αmaxG (3.4.5)

其中计算的参数在本章第3.3节及3.4节的有关条文也都给出了比较详细的取值范围。这对于建筑机电工程抗震的设计及计算来说,提供了十分重要的设计依据。


《建筑机电工程抗震设计规范》第4章 给水排水

本章第4.1节是对于室内给排水工程的抗震作出了明确的要求。

通过4.1.1 给水排水管道的选用;4.1.2 管道的布置与敷设;4.1.3 室内设备、构筑物、设施的选型、布置与固定等几个方面都做出了重要的规定。其中:4.1.1 本条对多层、高层建筑及不同设防裂度的建筑的室内给水、排水用管材及其连接方式的选择分别作出了规定。除高层建筑及设防裂度为9度的建筑的给水、热水、污废水排水干管、立管的管材有特殊要求外,其他建筑的所有给水、排水用管材均按现行国家标准《建筑给水排水设计标准》GB50015的要求选用。4.1.2 本条的第1款、第4款、第5款、第6款规定了给水、排水立管,穿越抗震缝、内墙、楼板、地下室外墙、基础的管段应采取相应的抗震措施,这些措施中的大部分内容在常规设计中也需采用。


本章第4.2节是对于室外给排水工程的抗震也作出了一些明确的要求。其中:4.2.2本条对室外给水排水管材作出了规定。4.2.3本条对管道的布置与敷设。4.2.4~4.2.6对建筑小区室外设置的水池、水塔、水泵房等主要构筑物的型式、布置及配管作出了规定。


《建筑机电工程抗震设计规范》第5章 暖通空调

本章通过第5.1供暖、通风与空气调节系统和5.2室外热力系统的相关规定对整个暖通空调系统的抗震做出规定和说明。


通过5.1.1 供暖、通风与空气调节管道的选材;5.1.2 供暖、空气调节水管道的布置与敷设;5.1.3 通风、空气调节风道的布置与敷设;5.1.4 防排烟风道、事故通风风道及相关设备;5.1.5 供暖、通风与空气调节设备、构筑物、设施的选型、布置与固定等都做了详细的规定与要求。其中5.1.4 防排烟风道、事故通风风道及相关设备应采用抗震支吊架。为强制性要求,地震灾害极易伴随火灾发生,防排烟系统是为了保障人员安全疏散的措施之一,要求防排烟设备和管道与建筑主体紧固固定,避免因地震晃动等造成的脱落等破坏。地震也容易导致建筑内使用有危害气体的场所发生泄露事故,对人员产生危害,要求事故通风系统在建筑主体未发生坍塌时,能够迅速恢复运转把有害气体排出室外,避免二次危害。防排烟风道、事故通风风道及其设备的支吊架严格采用具有抗震功能的支吊架,按技术要求采购及安装。


《建筑机电工程抗震设计规范》第6章 燃气

本章通过燃气系统的管道选材;压力规定;入户引入管阀门;管道布置;管道固定方式等方面的内容都做了比较详细的要求和说明。


《建筑机电工程抗震设计规范》第7章 电气

本章通过7.1 一般规定;7.2 系统和装置的设置;7.3 机房位置选择;7.4 设备安装;7.5 导体选择及线路敷设等几个方面都做了要求和说明。其中:

7.1.1 重要电力设施可按设防烈度提高1度进行抗震设计,但当设防烈度为8度及以上时可不再提高。

本条对重要电力设施的设防提出了明确的要求。

7.1.2 内径不小于60mm的电气配管及重力不小于150N/m的电缆梯架、电缆槽盒、母线槽均应进行抗震设防。

再一次明确了电气系统管道的抗震设防范围。

7.2.1 地震时应保证正常人流疏散所需的应急照明及相关设备的供电。

7.2.2 地震时需要坚持工作场所的照明设备应就近设置应急电源装置。

7.2.3 地震时应保证火灾自动报警及联动控制系统正常工作。

7.2.4 应急广播系统宜预置地震广播模式。

7.2.5 地震时应保证通信设备电源的供给、通信设备正常工作。

7.2.6 电梯的设计应符合下列规定:


1 电梯和相关机械、控制器的连接、支承应满足水平地震作用及地震相对位移的要求;

2 垂直电梯宜具有地震探测功能,地震时电梯应能够自动就近平层并停运。

7.2 节对各地震应急系统装置的设置都做了明确的规定。

7.4 节对电气系统设备包括:柴油发电机组;变压器;蓄电池、电力电容器;配电箱(柜)、通信设备;设在水平操作面上的消防、安防设备;设在建筑物屋顶上的共用天线;安装在吊顶上的灯具等都作出了详细的安装设计要求。其中:7.4.6 设在建筑物屋顶上的共用天线应采取防止因地震导致设备或其部件损坏后坠落伤人的安全防护措施。为强制性条文。

7.5节对导体选择及线路敷设的一些问题进行了要求和说明。


《建筑机电工程抗震设计规范》第8章 抗震支吊架

本章通过8.1 一般规定;8.2 抗震支吊架计算;8.3 抗震支吊架设计这三个方面详细的对抗震支吊架的设置进行了规定和阐述。其中:

8.1 节在以下几个方面对抗震支吊架提出了明确的要求:抗震支吊架在地震中应对建筑机电工程设施给予可靠保护,承受来自任意水平方向的地震作用;组成抗震支吊架的所有构件应采用成品构件,连接紧固件的构造应便于安装;保温管道的抗震支吊架限位应按管道保温后的尺寸设计,且不应限制管线热胀冷缩产生的位移;抗震支吊架应根据其承受的荷载进行抗震验算。


8.2 是对抗震支吊架的计算要求,其中8.25的条文说明对抗震的整个计算要求及流程给出了明确的指导方法:

8.2.5 抗震支吊架构件所选节点大样的各构件标称负荷均不得低于该节点设计地震力作用负荷。当抗震连接部件选定后,应绘制安装节点详图。详图包括:抗震节点图纸编号、抗震构件名称或编号、抗震构件数量等内容。

在选择抗震支吊架类型后,应根据抗震支吊架自身荷载进行抗震支撑节点验算,并调整抗震支吊架间距,直至各点均满足抗震荷载要求,验算公式参照本规范第3.4节。当α Ek 计算值小于0.5时,按0.5取值。如图纸变更必须有设计人员经过验算之后方可变更。具体验算步骤及内容如下:


1、逐点划分各抗震支吊架重力荷载范围,并计算建筑机电工程设施水平地震作用标准值F及建筑机电工程设施或构件内力组合设计值S。当计算干管侧向支吊架重力荷载时应将下一级支管同向重力荷载计算在内;

2、斜撑及抗震连接构件的强度验算;

3、吊杆的强度验算;

4、斜撑及吊杆的长细比验算;

5、各锚固体的强度验算,包括斜撑锚栓、吊杆锚栓等;

6、管束的强度验算。

8.3节规定了侧向抗震支吊架、纵向抗震支吊架的设置原则,同时在管道转弯、管道偏移、管道穿越结构楼层、管道上的阀门设备等多种情况如何设置抗震支吊架都做了详细的规定。


总结

《建筑机电工程抗震设计规范》编制历时五年多,无论是主编单位中国建筑设计研究院,还是深圳置华机电设备有限公司等参编单位都付出了的非常艰苦的不懈努力。本规范的颁布实施,将使我们国内的建筑机电工程抗震的设计标准真正实现了从无到有的突破!


我们都知道,建筑抗震,不管是结构还是机电抗震都是涉及到人们的生命和财产安全,所以建筑机电工程抗震也是事关防震减灾的一项民生工程。对建筑机电工程进行抗震设计及加固,可以防患于未然,真正体现我们的《中华人民共和国建筑法》以及《中华人民共和国防震减灾法》以预防为主的方针;同时,建筑机电工程进行抗震设计及加固的目的是减少人员伤亡和财产损失,也真正可以体现以我们人为本的设计理念。我们有理由相信,依照规范对机电系统进行抗震加固,一定会让我们的建筑、让我们的机电系统在地震破坏中变得更加坚固、更加的安全可靠。