裝配式支吊架的結構設計解讀

裝配式支吊架的主要功能之一，就是把機電設備及附屬管線所承受的荷載傳遞到建筑結構構件上，也兼有控制位移、隔振減震的功效。裝配式支吊架的結構設計：根據裝配式支吊架所受荷載的類型、大小，可相應進行裝配式支吊架的結構驗算和設計，以保證裝配式支吊架結構系統的承載能力和正常使用。

荷載作用根據各專業相關設計規范以及設備、管線的實際情況和技術參數，裝配式支吊架系統可能承受的荷載會包括但不限于如下類型：■ 永久荷載——例如管線自身的重力作用；■ 可變荷載——例如室內支吊架的施工荷載，室外支吊架還可能會承受的雪雨風荷載等；■ 管線作用——例如管線熱脹冷縮導致的支座摩擦力、沉降縫兩側的不均勻沉降、防震縫兩側的相對位移以及振動等；■ 地震作用等。

設計使用年限及極限狀態根據現行規范《GB 50068 建筑結構可靠度設計統一標準》，我國的結構設計的目的是 “設計符合技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的要求”，在規定的設計使用年限中不發生極限狀態失效。

現階段在不同的項目中，支吊架不發生極限狀態失效的時間段也可能由于項目種類及自身的設計需求不同。以一般的民用建筑為例，裝配式支吊架的設計使用年限可以考慮設備管線的設計使用年限，同時《GB 50068》中規定的“易更換的結構構件”的設計使用年限為25年，考慮到裝配式支吊架為非結構構件，則一般民用建筑中的裝配式支吊架設計使用年限多為25年或更短。

結構設計中，極限狀態失效的種類如下：a.承載能力極限狀失效：例如構件或連接的強度破壞、脆性斷裂，結構或構件喪失穩定性，幾何不變體系變為機動體系、或不適于繼續承載的過度變形等;b.正常使用極限狀態失效：例如影響結構構件、非結構構件正常使用或外觀的變形、振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞等；

以《GB 50068-2018》為原則，支吊架結構應采用以概率理論為基礎的極限狀態設計法，以可靠指標度量結構構件的可靠度，采用分項系數的設計表達式進行設計。具體的荷載分項系數應以建筑結構可靠度設計統一標準為基礎，綜合各建筑、構筑物的荷載規范、以及機電暖通專業的設計規范。在需要進行抗震設計時，還應考慮《GB 50981 建筑機電工程抗震設計規范》；具體的材料、構件、及連接的安全系數，應基于現行《GB 50017 鋼結構設計規范》和《GB/T 50018冷彎薄壁型鋼技術規程》，以及產品規范，綜合廠家產品特性，同樣以概率理論為基礎衡量裝配式支吊架零件及組件的可靠度得出相應安全系數。

結構分析從現在市面上常見的裝配式支吊架構件來看，大部分構件為冷彎薄壁型鋼構件，從安全及設計便捷角度考慮，采用一階或二階彈性分析方法是比較合理的。而支吊架的型式相對而言較為復雜，可采用桿系模型對支吊架結構進行有限元分析，以便得到各單元比較準確的受力；同時，由于連接件的受力表現形式比較復雜，傳力性質不一定是完全的剛接或鉸接，支吊架結構分析可多考慮桿件連接節點為鉸接，以確保安全。這也符合我國現行《GB 50017 鋼結構設計規范》和《GB/T 50018冷彎薄壁型鋼技術規程》的分析方法。

桿件及連接件設計對于裝配式支吊架結構的桿件：比如說單管式支吊架的吊桿、門式支吊架的橫梁和立柱、或者抗震支吊架的斜撐等，應根據桿件鋼材材質及桿件截面特性，參考我國現行中受彎、受壓、受拉以及復合受力如拉彎、壓彎的桿件設計方法，進行強度和穩定性設計。

然而，裝配式支吊架桿件與桿件、管部件與管線、管部件與桿件的連接形式有別于傳統鋼結構構件連接的方式，因此，在上述兩本鋼結構規范中并無依據。

實踐是檢驗真理的唯一標準，裝配式支吊架的連接節點承載力和剛度由基于概率分布理論的試驗及數據處理方式確認，這種思路也與我國可靠度標準一致。

在上文所提到的現有兩本產品標準《GB/T 38053-2019裝配式支吊架通用技術要求》《GB/T 37267-2018建筑抗震支吊架通用技術條件》中給出了部分連接或系統的承載力的測試和取值方法，例如：對于角連接件位于門式支吊架槽鋼上部和下部的情況，其承載力性能應通過如下圖所示的試驗進行測試。

而角連接件位于槽鋼上部及下部承載力的設計值，是分別通過相應的實驗結果，進行基于概率理論的分析來的標準值，再除以規范規定的安全系數得出。

裝配式支吊架與結構主體連接的設計分為兩大類：混凝土結構的連接和鋼結構的連接。對于和混凝土結構的連接，現在最常用的連接方式是錨栓連接，可參考《JGJ 145-2013 混凝土結構后錨固技術規程》；對于鋼結構的連接件承載力，也應參考相應連接件實際的連接形式和試驗數據處理結果。

小結裝配式支吊架的結構設計，應該綜合考慮管線及設備對裝配式支吊架產生的荷載作用，對支吊架進行結構分析，再依據相關設計規范及產品規范對桿件和連接件進行承載能力極限狀態及正常使用極限狀態的驗算。如果發生極限狀態失效，則采用承載力更高，或剛度更大的構件替換，來避免在支吊架的設計使用年限內發生極限狀態失效。

以這種方式來進行裝配式支吊架系統的結構設計，是符合結構設計經濟合理、安全適用、確保質量的要求的。

廣州凡祖建筑科技有限公司，是國家高新技術企業，行業標準、驗收規程、國家標準圖集參編單位。廣州凡祖是一家專注于光伏、抗震、管廊、成品支架的設計、研發、生產、銷售于一體的高新型、研發型、技術型企業。

廣州凡祖，從成立之初，就肩負著行業標準領跑者之責，致力行業規范、健康、可持續發展，積極參與起草與修訂國家及行業標準，其中包括了國家建筑標準設計圖集《建筑機電工程抗震設計規范》GB50981-2014修訂、《地鐵用裝配式支架設計與安裝》 19T202圖集、16D707-1《建筑電氣設施抗震安裝》圖集；綜合管廊管線標準規程、《抗震支吊架安裝與驗收規程》CECS420:2015修訂、《室內抗震支吊架選用與安裝》標準、《裝配式綜合支吊架設計標準》等等，獲得了廣泛的行業口碑與影響力。

廣州凡祖“高質量發展”與“責任擔當”兩大關鍵詞，已和多家百強地產與中建、中鐵、中冶等大型央企建立戰略合作關系并在裝配式支吊架領域提供技術支持和產品供應。憑借專業的深化設計能力、強大的生產研發能力和全周期一站式服務，且在眾多國家重點交通樞紐、商業綜合體、市政民生工程中表現出色，已經成為管廊支吊架行業第一品牌。

未來，廣州凡祖本著“品質為本，發展為民”的發展理念，將繼續與各大知名地產、地標工程項目強強聯手，展開更加緊密多元化的合作。堅持高質量發展，積極構建裝配式支吊架行業健康新生態，為與世界共享美好未來貢獻一臂之力。