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(jù)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(tǒng)的承載能力和正常使用。

荷載作用根據(jù)各專業(yè)相關設計規(guī)范以及設備、管線的實際情況和技術參數(shù)，裝配式支吊架系統(tǒng)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(tài)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《GB 50068 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》，我國的結構設計的目的是 “設計符合技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質量的要求”，在規(guī)定的設計使用年限中不發(fā)生極限狀態(tài)失效。

現(xiàn)階段在不同的項目中，支吊架不發(fā)生極限狀態(tài)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(guī)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(tài)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(wěn)定性，幾何不變體系變?yōu)闄C動體系、或不適于繼續(xù)承載的過度變形等;b.正常使用極限狀態(tài)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(tài)設計法，以可靠指標度量結構構件的可靠度，采用分項系數(shù)的設計表達式進行設計。具體的荷載分項系數(shù)應以建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準為基礎，綜合各建筑、構筑物的荷載規(guī)范、以及機電暖通專業(yè)的設計規(guī)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(guī)范》；具體的材料、構件、及連接的安全系數(shù)，應基于現(xiàn)行《GB 50017 鋼結構設計規(guī)范》和《GB/T 50018冷彎薄壁型鋼技術規(guī)程》，以及產(chǎn)品規(guī)范，綜合廠家產(chǎn)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(shù)。

結構分析從現(xiàn)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(xiàn)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(jié)點為鉸接，以確保安全。這也符合我國現(xiàn)行《GB 50017 鋼結構設計規(guī)范》和《GB/T 50018冷彎薄壁型鋼技術規(guī)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(jù)桿件鋼材材質及桿件截面特性，參考我國現(xiàn)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(wěn)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(tǒng)鋼結構構件連接的方式，因此，在上述兩本鋼結構規(guī)范中并無依據(jù)。

實踐是檢驗真理的唯一標準，裝配式支吊架的連接節(jié)點承載力和剛度由基于概率分布理論的試驗及數(shù)據(jù)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(xiàn)有兩本產(chǎn)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(tǒng)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(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)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(xiàn)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(guī)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(shù)據(jù)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(chǎn)生的荷載作用，對支吊架進行結構分析，再依據(jù)相關設計規(guī)范及產(chǎn)品規(guī)范對桿件和連接件進行承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的驗算。如果發(fā)生極限狀態(tài)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(fā)生極限狀態(tài)失效。

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

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