电气设备抗震设计规范及水泥工程管线桥架抗震设计分析

张煜，向峥

1 前言

水泥工程项目中的抗震设计不仅仅涉及结构专业、建筑专业，电气专业也应重视抗震设计。GB 50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》总则中明确规定，“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]，住建部2021年7月30 日发布的《建筑机电工程抗震技术标准（征求意见稿）》中，再次明确了上述规定。2023年8月17 日，住建部编制完成了国家标准《建筑抗震支吊架通用技术条件（修订征求意见稿）》，更加充分地显示了国家对抗震设计相关工作的重视。GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》附录A“我国主要城镇设防烈度表”显示，全国城市的抗震设防烈度基本都在6 度及6 度以上，这就要求电气专业在工程项目施工图设计阶段即应重视电气设备的抗震设计。

2 电气抗震国内标准要求

目前，与电气设备抗震设计相关的工程领域国家标准、行业标准、地方标准或国标图集主要包括：GB 50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》、GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）、GB 50556-2010《工业企业电气设备抗震设计规范》、GB 50260-2013《电力设施抗震设计规范》、国家建筑标准设计图集16D707-1《建筑电气设施抗震安装》、T/CECS 420-2022《抗震支吊架安装及验收标准》、CJ/T 476-2015《建筑机电设备抗震支吊架通用技术条件》、GB/T 37267-2018《建筑抗震支吊架通用技术条件》等。

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》明确了全国主要城镇的抗震设防烈度，是工程项目电气抗震设计施工的基准。GB 50260-2013《电力设施抗震设计规范》规定了单机容量为12～1 000MW火力发电厂、单机容量为10MW 及以上水力发电厂、电压等级为110～750kV 交流输变电工程、电压等级为±660kV 及以下直流输变电工程及电力通信微波塔的电力设施相关的抗震设计要求。GB 50556-2010《工业企业电气设备抗震设计规范》中明确了适用于抗震烈度9度及以下地区，且电压为220kV及以下的工业企业电气设备的抗震设计，并重点强调要求抗震设防烈度6度及以上地区的电气设备，必须进行抗震设计。在该规范的第六章中，对电力变压器、各类电瓷设备、电容补偿装置、蓄电池（即直流屏或UPS）、高低压开关柜、电抗器、整流柜等电气设备的抗震设计提出了具体要求。CJ/T 476-2015和GB/T 37267-2018 是对抗震支吊架通用技术的具体要求。国家建筑标准设计图集16D707-1《建筑电气设施抗震安装》则对抗震支吊架的安装部位和方案做了说明。GB 50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》中重点强调要求抗震设防烈度6度及6 度以上地区的建筑机电工程必须进行抗震设计，明确要求了在电气施工图设计中需对相关机电设备进行抗震设计。在该规范第七章中，规定了电气设备、变电所、线路敷设等的抗震设计要求；在第3.1.6中，规定了“对重力≯1.8kN的设备或吊杆计算长度≯300mm 的吊杆悬挂管道，可不进行设防”；同时，在第7.1.2 中，规定了“内径≮60mm 的电气配管及重力≮150N/m的电缆梯架/电缆槽盒/母线槽均应进行抗震设防”。

3 电气抗震国外标准要求

国外与电气设备抗震设计相关的工程领域标准规范主要有美国IEEE Std 693-2018《变电站抗震设计推荐规程》、日本JEAG 5003-2010《电气设备抗震设计指南》、国际电工委员会IEC 62271-207、IEC 60068 系列和IEC 62271-300 等。美国标准在电气设备安装的抗震措施上，考虑了场地效应对电气设备基础的影响，因此，美国的电气设备安装设计抗震标准更严格[2]。在电气设备的抗震能力要求方面，IEC 的要求最严格，在电气设备的抗震能力要求选择方面，美国标准的界定具体且有操作性[2]。对于变电站中的重要电气设备，IEC 和日本规范均明确要求采用一级设防，即，不降低设备功能，类似于我国抗震要求中的“大震可修”[3]。

4 水泥工程管线桥架抗震设防分析

4.1 电气配管抗震设防分析

水泥工程项目中常用的电气配管一般是镀锌钢管，具体规格见表1。从表1 可以看出，DN80 及以上的镀锌钢管内径均＞60mm，需考虑抗震设防；DN50的镀锌钢管虽然外径＞60mm，但考虑壁厚，其内径＜60mm，无需考虑抗震设防。

表1 镀锌钢管公称直径

4.2 母线槽抗震设防分析

母线槽一般应用于电力室变压器至进线柜之间，或应用于不同低压母线段的桥间连接，而水泥工程中常用的变压器容量均在630kVA 及以上，应用的母线槽额定电流一般都在1 250A及以上。查阅母线槽厂家资料可知，额定电流为1 250A 的空气绝缘型及密集绝缘型母线槽，其重量均＞30kg/m（＞294N/m），需考虑抗震设防。

4.3 电缆桥架抗震设防分析

水泥工程项目中一般都会采用梯级电缆桥架用于敷设电缆，需根据桥架本身的重量与敷设的电缆重量之和判断是否考虑抗震设防。水泥工程项目中常用的电缆桥架规格一般有200mm×100mm、400mm×100mm、500mm×100mm、600mm×100mm，同时，考虑防尘因素，室外放置的桥架还需放置桥架盖板，盖板重量也需考虑。表2为不同规格梯级电缆桥架的参考重量，基于表2 可知，桥架在室外安装时考虑敷设盖板，400mm×100mm 规格的电缆桥架重量是16.56kg/m（162.2N/m），在尚未考虑电缆重量的情况下，桥架重量已大于GB 50981-2014规范中规定的15.30kg/m（150N/m），因此，必须对带盖板的400mm×100mm 规格的梯级电缆桥架考虑抗震设防。

表2 不同规格梯级电缆桥架的参考重量

在桥架不放置盖板的情况下，不同规格桥架及低压动力电缆参数及桥架填充率见表3，其中，桥架填充率为桥架内电缆总截面积与桥架截面积之比。由表3 可知，若不考虑抗震设计，在不同规格桥架内的最多敷设电缆根数下，桥架填充率最大仅为17.6%。根据国家规范要求，桥架内的动力电缆总截面积不应超过桥架截面积的40%，工程实际中桥架均需敷设电缆，实际上水泥工程项目中常用的梯级桥架均需考虑抗震设防。同规格托盘式桥架重量往往大于梯级桥架重量，若项目采用托盘式桥架，同样需考虑抗震设防。在水泥工程项目中，封闭式电缆槽盒多用于敷设通讯电缆或其他弱电类电缆，封闭式电缆槽盒一般不独立敷设，需放置在桥架内，此种情况下，也需考虑抗震设防。

表3 不同规格桥架及低压动力电缆参数及桥架填充率

4.4 抗震支吊架设计使用注意事项

在需要进行抗震设防的母线槽或电缆桥架施工时，一般应考虑使用抗震支吊架，电气施工中需使用的支吊架样式如图1所示。根据国标图集，基于Revit 软件开发的抗震支吊架族如图2 所示，可在项目施工图设计中使用。

图1 电缆桥架用抗震支吊架

图2 Revit开发的抗震支吊架族

对于电气工程师来说，除了在设计图纸说明中明确项目地震烈度及电缆桥架、母线槽是否需进行抗震设防外，对于使用抗震支吊架的总承包项目，还应明确如下内容：

（1）抗震支吊架的设计使用须满足技术标准T/CECS 420-2022《抗震支吊架安装及验收标准》、CJ/T 476-2015《建筑机电设备抗震支吊架通用技术条件》、GB/T 37267-2018《建筑抗震支吊架通用技术条件》、GB 50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》、GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》。

（2）抗震支吊架生产厂家需提供包括产品使用说明、细化的布置方案、培训指导等服务，且需通过ISO9001 认证。供应商应配合总包方进行抗震支吊架的施工图深化设计工作，提供所有节点的抗震支吊架大样图。

（3）抗震支吊架生产厂家需提供产品及使用材料的CMA 测试报告、型式检测报告及地震模拟测试报告。

（4）抗震支吊架应采用型钢，配件钢材强度不应低于Q235B，表面处理方式应采用热浸锌方式。

5 结语

随着国家规范及项目设计图纸审核对电气专业抗震设计要求越来越高，电气专业在施工图设计阶段即应充分考虑电气设备的抗震设计。在总承包项目中，不仅应在施工图设计说明中加注抗震设计说明，还应明确电气设备抗震支吊架的使用注意事项。本文在国内外电气抗震设计相关规范和图集基础上，分析了不同规格的电气配管、母线槽、电缆桥架是否需进行抗震设防，以及抗震支吊架的设计使用注意事项，并利用Revit 软件制作了抗震支吊架族模型，便于在施工图三维设计中使用。