抗震综合支吊架及建筑物的制作方法

本发明涉及建筑领域，特别是指一种抗震综合支吊架及具有该抗震综合支吊架的建筑物。

背景技术：

依据《中华人民共和国建筑法》和《中华人民共和国防震减灾法》等，建筑应对地震等灾害秉持“预防为主”的方针，有充分的预防措施。《建筑机电工程抗震设计规范》(中华人民共和国国家标准gb50981-2014)明确了建筑机电工程抗震设计的参考规范。建筑给排水、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。

抗震支吊架在一般支吊架的基础之上，另外要具备纵向支撑和侧向支撑。其中，纵向支撑承载来自纵向的地震力，侧向支撑则需要承载来自水平方向的地震力。为满足受力的要求，纵向支撑和侧向支撑必须布置在建筑物内的结构构件上，比如：各种梁、各种柱、或承重墙等。另外，为了满足受力要求，纵向及侧向支撑还应满足在一定间距内部署。

诸如地铁车站的大型公共建筑项目，更应充分考虑安全抗震要求。但受城市空间和建设成本等条件限制，建筑内空间有限。在设备区公共走廊等管线通行区域，能够完成各专业管线排布已经非常不易，通常很难保证在每隔适当间距就有可供侧向支撑安装的结构柱或其他结构体。支吊架的侧向抗震斜撑放置成为困扰建设单位的一个突出难题。

根据《规范》，要求提供竖向、纵向、侧向三个方向的支撑。其中，纵向和侧向以一定角度(一般常用45度角)斜撑到建筑顶板。侧向支撑的侧向需求空间随综合支吊架的竖向高度增长而增长，比如：1米高的综合支吊架，侧向支撑需要在侧向有1米的宽度。

以地铁车站的设备区公共走廊为例，其是数十个专业的管线的路由通道。在走廊上方充分布置这些管线往往已经是充分发挥了每一寸空间的价值。设备区公共走廊通常布置超过2米高的综合支吊架，管线最外侧距离靠近的砌体内墙、悬臂梁、下翻梁、构造柱等建筑结构体只有100mm或者不到100mm的距离。在这种情况下，甚至在侧向开展安装操作都没有操作空间。因此，亟待出现一种能够对侧向安装的操作空间也没有要求的抗震支吊方法。

因此，在类似地铁车站的设备区公共走廊的建筑内，如何安装抗震支吊架目前还是一个普遍的难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种抗震综合支吊架及具有该抗震综合支吊架的建筑物，彻底解决在狭小紧凑空间布置抗震支吊架，特别是其侧向支撑的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种抗震综合支吊架，包括纵向支撑和侧向支撑，所述抗震综合支吊架还包括用于承重的水平横档，所述抗震综合支吊架不直接包括竖向支撑杆件，所述水平横档的两端用于直接固定至建筑物两侧的结构体上，由两侧的结构体承担竖向支撑作用，即竖向支撑异化为两侧的结构体；所述侧向支撑为所述水平横档。

另一方面，本发明提供一种建筑物，包括上述的抗震综合支吊架。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，将侧向支撑由水平横档承担，直接固定在建筑物两侧的结构体上，无侧向支吊空间要求，且不需要贴近两侧结构体的安装空间，同时抗震综合支吊架中部空间无占用，适用于在管线密集，管线贴近侧墙、且综合支吊架的顶层管线宽度占据中部检修空间的狭小紧凑空间内布置和安装抗震支吊架的情况，有利于充分利用抗震支吊架在宽度上的空间，有利于提高建筑物空间利用率。

附图说明

图1为本发明抗震综合支吊架的使用状态结构示意图；

图2为图1所示抗震综合支吊架的承重受力示意图；

图3为本发明建筑物中结构拉筋网与抗震综合支吊架的位置结构示意图；

图4为本发明建筑物中抗震综合支吊架的水平横档的一端固定在悬臂梁上的位置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种抗震综合支吊架，如图1所示，包括纵向支撑2和侧向支撑3，其中：

抗震综合支吊架还包括用于承重的水平横档(水平横档为至少一层，图中所示实施例为4层)，抗震综合支吊架不直接包括竖向支撑杆件，水平横档的两端用于直接固定至建筑物两侧的结构体1(包括但不限于构造柱、结构柱、下翻梁、悬臂梁、剪力墙或承重墙等)上，由两侧的结构体1承担竖向支撑作用，即竖向支撑异化为两侧的结构体1，竖向支撑的功能全部通过水平横档传递给两侧的结构体1，由结构体1承担；

侧向支撑3为所述水平横档(即水平横档同时充当侧向支撑)，以适应无侧向安装空间的情况，侧向支撑3(水平横档)承载其上布置管线、线槽、设备等的重力，以及侧向水平地震力。水平横档与建筑物两侧的结构体为直接连接，两者之间的连接形式不限，例如可以为通过与水平横档一体结构且向下延伸的耳片并配合螺栓进行连接固定，当然还可以采用本领域技术人员容易想到的其他连接方式。

本发明的抗震综合支吊架，适用于其上敷设的管线上下各层未留有中部检修空间的情况，该抗震综合支吊架将将侧向支撑由水平横档(水平横档根据受力计算适当强化如加厚/选用加强材质等即可)承担，直接固定在建筑物两侧的结构体上，无侧向支吊空间要求，且不需要贴近两侧结构体的安装空间，同时抗震综合支吊架中部空间无占用，适用于在管线密集，管线贴近侧墙、且综合支吊架的顶层管线宽度占据中部检修空间的狭小紧凑空间内布置和安装抗震支吊架的情况，有利于充分利用抗震支吊架在宽度上的空间，有利于提高建筑物空间利用率。

进一步的，当水平横档为单层时，纵向支撑2的一端连接在水平横档的两侧，另一端用于连接结构顶板；当水平横档为两层以上时，如图1所示，水平横档的两侧设置有用于连接各层水平横档以将支吊架连成一体的竖向连接件4，纵向支撑2的一端连接在竖向连接件4上，另一端用于连接结构顶板，此时，竖向连接件4起到增强抗震综合支吊架的整体性的作用，但无法起竖向支撑的作用。竖向支撑异化为两侧的结构体1。纵向支撑2可以为一组(两根)仅设置在水平横档一侧，当所需受力较大时，纵向支撑2也可以为两组设置在水平横档前后两侧。

本发明中，抗震综合支吊架需要承载的重力由两侧的结构体承担，抗震综合支吊架的承重受力如图2所示；

其中，所述水平横档的重力g由水平横档左侧固定点pa点和水平横档右侧固定点pb点共同提供支撑，重力计算公式：

g＝f1+f2

g为papb段抗震综合支吊架与其上承载的管线的重力之和；

f1为pa点提供的支撑力，在papb段上管线重力均匀分布的理想状况下，f1＝1/2g；

f2为pb点提供的支撑力，在papb段上管线重力均匀分布的理想状况下，f2＝1/2g。

本发明中，水平横档，通过计算确认承担的侧向地震力，根据受力选择水平横档的型号，以及与侧边结构体和竖向连接件的连接件型号；

竖向连接件，可以为槽钢(优选双拼槽钢)，通过计算确认承担的竖向地震力，根据受力选择竖向连接件的型号(包括尺寸和厚度，甚至选择其他截面类型)，以及与水平横档的连接件型号；

纵向支撑，可以为槽钢，通过计算确认承担的纵向地震力，根据受力选择纵向支撑的型号，以及与水平横档、竖向连接件和结构顶板的连接件型号；纵向支撑，当计算的纵向地震力较大时，可以分为向前向后的两组纵向支撑。

进一步的，水平横档的选材选型、水平横档与结构体之间的固定连接件的选材选型应能使水平横档承受相应的重力、侧向水平地震力、纵向地震力、以及对应力产生的弯矩；

水平横档与两侧结构体之间的固定连接方式会影响到受力的结果，对计算过程而言，影响到简化模型的选择。本申请中，优选以水平横档与两侧结构体之间为固定端的简化方式，计算各种荷载与弯矩值。也可以根据实际固定方式，选择其他模型公式，如：水平横档与两侧结构体之间均为简支端、或一端为固定端，另一端为简支端，此时两端分担的荷载及水平横档的最大弯矩计算公式选择会略有不同，但需要考虑的作用力种类和弯矩的叠加都是一样的，也都是本申请的保护范围。

其中，所述水平横档所受重力为本段水平横档长度上所负载的管线线槽等的重力、及自身的重力之和，重力计算公式：

g——水平横档承担的重力；

dj——水平横档上承载液体的各个管线的标称内径(直径，m)；

l0——管线的长度，也即：抗震综合支吊架沿长度方向的布置间距(m)；

ρi——管线中各个液体的密度(kg/m³)；

mj——水平横档上承载的管线的单位长度质量(kg/m)；

mh——水平横档的单位长度质量(kg/m)；

wh——本段水平横档的长度(m)；

mo——本段水平横档上其他零件、配件的质量(kg)；

g——重力加速度(n/kg)；

其中，所述水平横档所受地震应力的计算公式如下：

f＝γζξ1ξ2αmaxg

γ——非结构构件的功能系数；

ζ——非结构构件的类别系数；

ξ1——状态系数；

ξ2——位置系数；

αmax——地震影响系数最大值；

其中，所述水平横档所受侧向水平地震力计算公式：

fc＝aeklcf

fc——水平横档承担的侧向水平地震力；

aek——水平地震力综合系数；

lc——侧向支撑布置间距(m)；

其中，所述水平横档所受纵向地震力计算公式：

fz＝aeklzf

fz——水平横档承担的纵向地震力；

aek——水平地震力综合系数；

lz——纵向支撑布置间距(m)；

其中，所述水平横档所受最大弯矩的计算公式：

mhc1——水平横档所受最大弯矩(nm)；

hi——管线中的液体质量中心到左侧固定点pa点的水平投影距离(m)；

hj——各管线的质量中心到左侧固定点pa点的水平投影距离(m)；

ho——各零、配件的质量中心到左侧固定点pa点的水平投影距离(m)。

进一步的，纵向支撑及其连接件的选材选型应能承受纵向的地震力，及对应力产生的弯矩；

其中，所述纵向支撑上承受的因纵向地震力产生的拉力或压力计算公式：

fzz1——竖向支撑与结构顶板连接处因纵向地震力产生的拉力或压力；

fz——纵向地震力(n)；

θ——纵向支撑与结构顶板所夹锐角的角度；

其中，所述纵向支撑与结构顶板的固定连接件所承受的力：

fzz2——竖向支撑与结构顶板连接处因纵向地震力产生的拉力或压力；

fz——纵向地震力(n)；

θ——纵向支撑与结构顶板所夹锐角的角度；

其中，所述纵向支撑与竖向支撑的固定连接件所承受的力：

fsz——竖向支撑与竖向连接处承担的纵向的最大弯矩；

fz——纵向地震力(n)；

θ——纵向支撑与结构顶板所夹锐角的角度；

其中，所述纵向支撑上承受纵向地震力产生的弯矩：

mzz＝fzls

mzz——纵向支撑承受的的最大弯矩；

fz——纵向水平地震力(n)；

ls——竖向支撑的长度(m)。

另一方面，本发明提供一种建筑物，包括上述的抗震综合支吊架。由于抗震综合支吊架的结构与上相同，故此处不再赘述。

本发明的建筑物中，抗震综合支吊架将侧向支撑由水平横档承担，直接固定在建筑物两侧的结构体上，无侧向支吊空间要求，且不需要贴近两侧结构体的安装空间，同时抗震综合支吊架中部空间无占用，适用于在管线密集，管线贴近侧墙、且综合支吊架的顶层管线宽度占据中部检修空间的狭小紧凑空间内布置和安装抗震支吊架的情况，有利于充分利用抗震支吊架在宽度上的空间，有利于提高建筑物空间利用率。

进一步的，建筑物内连接固定所述抗震综合支吊架的结构体的选材选型、截面设计、配筋设计应能使所述结构体承受所述抗震综合支吊架的重力、重力产生的弯矩、各向地震力、以及各向地震力产生的弯矩；

其中，以左侧结构体为例，单侧结构体承受的水平横档的重力计算公式：

gcc——左侧结构固定点的承担的重力(n)；

hi——各管线中的液体质量中心点到左侧固定点的水平投影距离(m)；

hj——各管线的质量中心点到左侧固定点的水平投影距离(m)；

ho——各零件、配件的质量中心点到左侧固定点的水平投影距离(m)；

其中，以左侧结构体为例，单侧结构体承受的单层支吊架重力的弯矩为：

mcc——单侧结构体承受的单层支吊架重力产生的弯矩；

其中，所述单侧结构体所受抗震综合支吊架单层最大弯矩的计算公式：

mdc＝mc1+fzhdc+fchdc

mdc——抗震综合支吊架单层传递给对应单侧结构体的最大弯矩；

szx——抗震综合支吊架单层的重力中心距离对应单侧结构体的距离(m)；

hdc——水平横档到对应单侧结构体被固定点的长度，当有多个被固定点时是相邻两个被固定点中较大的值(m)；

其中，所述单侧结构体所受抗震综合支吊架总弯矩的最大值计算公式：

mc＝∑mdci

mc——所述单侧结构体所受抗震综合支吊架总弯矩；

mdci——抗震综合支吊架单层传递给对应单侧结构体的弯矩。

进一步的，当结构体为构造柱时，构造柱的截面与配筋计算，根据前述计算所得地震力，适当简化力学模型，进而求得承载侧向支撑传递的地震力的构造柱的截面尺寸和配筋量，选择合适标号的水泥，并确认构造柱配筋；

截面抵抗矩的计算公式如下：

∝s——截面抵抗矩值；

mc——最大弯矩点弯矩值；

fc——混凝土强度设计值；

b——结构的宽度；

h0——结构的高度；

内力臂系数的计算公式如下：

γs——内力臂系数；

∝s——内力臂系数；

钢筋截面面积计算公式：

as——钢筋截面面积；

mc——最大弯矩点弯矩值；

γs——内力臂系数；

fy——钢筋强度设计值；

h0——结构的高度；

当结构体为其他梁或柱时，截面与配筋计算考虑因素更多，叠加抗震综合支吊架的重力及其弯矩、地震力及其弯矩的作用即可。

进一步的，本发明的建筑物在抗震综合支吊架布置位置有结构体与其对应，即：当抗震综合支吊架沿结构柱、下翻梁、悬臂梁等结构体布置时，直接与这些结构体连接固定；当抗震综合支吊架沿非剪力内墙布置时，在建筑内墙上布置强化的构造柱与支撑抗震综合支吊架的水平横档部位对应，并与其连接固定。

当沿非剪力内墙布置所述抗震综合支吊架时，水平横档两侧的结构体和竖向连接件共同承重，并承担侧向水平地震力；或者，水平横档两侧的结构体完全承重，并承担侧向水平地震力。

优选的，在水平横档的高度附近布置一道配筋强化的抗震圈|系梁，增加所述建筑物的抗剪性能，形成更加有效的结构拉筋网；

所述抗震圈|系梁的高度与水平横档的高度关系为：

当只有一层水平横档时，与水平横档高度齐平；

当有多层水平横档时，低于最高层的水平横档的高度，高于并优选接近最低层的水平横档的高度。

如图3-4所示，构造柱503与抗震圈|系梁502在顶板与底板等结构体之间形成闭合的网状结构501(即结构拉筋网)，抗震综合支吊架的水平横档(侧向支撑)固定在构造柱上，发生地震时，传递到抗震综合支吊架侧向支撑的水平地震力被传递给构造柱，通过构造柱承载这部分地震力。

构造柱起根于本层的结构底板，顶部连接到梁和/或结构顶板中，构造柱中部，通过圈|系梁(在民用建筑中一般常称系梁，地铁等建筑物中一般常称圈梁，本发明中统一为圈|系梁)连接成网状，一般设置一道圈|系梁，在门的高度，如2.3米的高度。当墙高(或层高)超过7米，应设置两道圈|系梁。

在图4中，505为建筑物的悬臂梁，水平横档的一端固定在该悬臂梁505上。需要说明的是，在图3-4中，构造柱503之间通常设置有砌墙，以形成不同的房间，圈|系梁502通常设置在砌墙上，而非悬空突兀设置在两构造柱之间，图中为方便理解圈|系梁的设置，故省去了砌墙。

这样，将地震效应通过构造柱与圈|系梁形成的结构拉筋网承受，确保建筑与其支吊架形成整体，提高整体的抗震性。

本发明中，建筑物优选为地铁车站及其他管线布置量较大，且建筑内用于这些管线路由排布的空间相对狭小的建筑物。

再一方面，本发明提供一种上述抗震综合支吊架在上述建筑物中的布置方法，包括以下步骤：

s1：充分利用bim技术手段，进行管线综合设计，实现建筑结构与管线综合支吊的同步协调；

本步骤中，充分利用bim技术手段，在设计阶段完成管线综合设计，实现建筑结构与管线综合支吊的同步协调。这个工作相当于在设计阶段就完成了机电管线的虚拟搭建，可以预先实现有效的管线综合布置设计。这是开展管线抗震综合支吊设计的基础。

s2：在抗震综合支吊架两侧或单侧无法布置侧向斜撑的部位，选择不占用侧向支吊空间的上述抗震综合支吊架，并计算抗震综合支吊架的最大布置间距；

抗震综合支吊架最大布置间距的计算公式如下：

式中：

l——水管管线侧向及纵向抗震支吊架间距；

l0——抗震综合支吊架的最大间距(m)；

γ——非结构构件的功能系数；

ζ——非结构构件的类别系数；

ξ1——状态系数；

ξ2——位置系数；

αmax——地震影响系数最大值；

k——抗震斜撑角度调整系数。

s3：对应布置抗震综合支吊架的位置，如果有构造柱、结构柱、下翻梁、悬臂梁、剪力墙或承重墙此类结构体，则直接将抗震综合支吊架的侧向支撑固定在所述结构体上，如果没有，则布置构造柱，并布置圈|系梁，形成闭合的结构拉筋网，强化结构受力性能；

本步骤中，对应布置抗震综合支吊架的位置，如果有构造柱、结构柱、下翻梁、悬臂梁、剪力墙或承重墙等结构体，则无需布置构造柱和圈|系梁，直接将抗震综合支吊架布置到对应位置结构体上，并通过计算确认配筋和尺寸至满足承受重力和地震力作用；如果没有构造柱、结构柱、下翻梁、悬臂梁、剪力墙或承重墙等结构体，则布置构造柱和圈|系梁，并将抗震综合支吊架的侧向支撑固定在该构造柱上；布置的构造柱的宽度和高度优选与其连接的内墙一致，构造柱截面尺寸一般为w*h，其中，h为内墙厚度，一般这是明确及固定的，w为强化构造柱的宽度，一般为400mm，具体值则应参考本发明提供的算法进行验算确认。具体构造柱的长度值等通过验算确认，避免浪费或不足。

s4：开展计算和验算，并对结构体的结构尺寸、间距和布置位置做适当调整，确保可以有效承担重力和地震力的作用，且不产生不必要的浪费。

本步骤优选包括：计算构造柱布置间距，并结合抗震支吊架及其管线的重力荷载及地震力的作用，做构造柱或其他受力体(如结构柱、下翻梁、悬臂梁、剪力墙或承重墙等结构体)的截面计算及配筋验算。

这样，通过上述步骤，确保抗震综合支吊架侧、纵、竖三向，特别是侧向有效支撑；侧、纵、竖三向受力合理；侧向支撑对应的结构体可以承载其传递的地震力。

综上，本发明的布置方法具有以下有益效果：

本发明的抗震综合支吊架在建筑物中的布置方法，不占用侧向支吊空间，彻底解决了标准抗震支吊架占用侧向空间大，在地铁车站等管线布置量大、综合支吊要求高，同时抗震要求也较高的建筑内布置抗震支吊架与空间有限的矛盾问题。

本发明通过bim技术将建筑物内的构造柱与圈|系梁的整体性设计，形成一个完整的拉筋网；或者通过bim技术手段，实现建筑结构与管线综合支吊的同步协调，使得抗震综合支吊架与结构体位置协调配合。抗震综合支吊架及其管线配置等通过拉筋网与建筑的结构有效连接，增强了整体性。

本发明将抗震综合支吊架的水平横档替代了侧向支撑，由建筑的结构拉筋网承载侧向支撑传递的地震作用力，并经过合理计算验证，确保受力稳定。同时，水平传递的侧向支撑对侧向地震力不再分解竖向力，减少了竖向支撑的压力。

与传统的抗震支吊架相比，本发明提供的抗震综合支吊架节约了侧向支撑及其连接构件的成本，节约了竖向支撑及其连接件。

本发明因为受力设计改变，对承载固定本发明所述的抗震综合支吊架的构造柱强化，并增加强化圈|系梁，并由此形成强化拉筋网。这部分工作会产生一定的投入增加。但是与能提高建筑物的空间布置效率，节约抗震支吊架安装空间且能满足抗震要求产生的受益相比，对强化拉筋网的投入仍是非常经济的。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。