建筑機電工程抗震的必要性
來源:
|
作者:優嘉
|
發布時間: 2018-08-03
|
2072 次瀏覽
|
分享到:
隨著社會的發展，人類的居住環境也產生改變。近些年來我國城市建設得到極大發展。我們的建筑物也正在走向大規模化、高樓化及用途復雜化。于此同時也使得建筑物發生火災之危險性大為增加，相形之下消防滅火工作更加困難，一旦發生火警，往往會給人們的生命和財產造成巨大的威脅和損失。
一、建筑機電工程抗震研究的動機與目的
隨著社會的發展，人類的居住環境也產生改變。近些年來我國城市建設得到極大發展。我們的建筑物也正在走向大規模化、高樓化及用途復雜化。于此同時也使得建筑物發生火災之危險性大為增加，相形之下消防滅火工作更加困難，一旦發生火警，往往會給人們的生命和財產造成巨大的威脅和損失。
建筑物在地震時常常由于燃氣、電氣管道破裂等諸多原因而釀成嚴重火災；同時在大地震過后，以當地救災部門有限的資源，要應付種種突發狀況，難免會顯得分身乏術。若建筑物此時能發揮自救的能力，將必定能減輕救災單位的工作負荷，并大大降低建筑物自身的受害程度。而且，如果消防設備在地震中受到損壞，還可能造成漏水或淹水等嚴重的二次災害。我國是多地震國家，特別是近年來我國地震災害頻發，尤其是汶川、玉樹的高震級地震給人們的生命和財產造成了巨大損失。因此建筑物是否具有抗震性，能否抵御地震災害對于防震減災工作尤為重要。這其中如何提升建筑物消防系統的抗震能力，使其不會在地震中遭到嚴重破壞，對于地震時避免人員傷亡、降低經濟損失、防止次生災害方面及地震后恢復建筑使用功能方面都具有十分重要意義。
我們國家也越來越重視關于包括消防系統在內的建筑機電工程抗震方面的工作，新的國家規范《建筑機電工程抗震設計規范》GB50981-2014也即將頒布實施。由于我國關于在建筑機電工程抗震方面的統計資料相對比較少，下面通過一些國外相關震損經驗的案例，來說明提高機電系統抗震性能的必要性。
二、國內外機電系統震損經驗
抗震支吊架系統在國外的使用有幾十年的歷史了，故而也經歷過許多地震的考驗。從這些地震經驗當中，人們更加清楚其被破壞的特性，同時也越來越積極的設法提升其抗震能力。以下分別就美國及臺灣具有代表性的消防系統抗震經驗，進行研究分析。
（一）、美國震損經驗：
1、案例一：圣佛南多地震
此地震發生于1971年2月9日早上6點1分，震源位于洛杉磯北部，深度13公里，震級6.6級。共造成58人死亡，2543人受傷。
自動噴淋設備的受損狀況
太平洋防火局針對受災地域內的68棟建筑物進行了調查，當中有56%（38棟）建筑物的自動噴淋設備受損；另外有41%（28棟）的建筑物受到了水害。在這68棟建筑物的主體結構中，共有65%（44棟）的建筑物遭到不同程度的損害。因本地震而造成的自動噴淋設備損壞，以管道與噴淋頭為主，主要原因有：管道的支吊架管夾安裝方法不當；管道支吊架構件的螺栓松脫；管道連接處受損（特別是從供水主管至分流主管的分支部分）；通過墻壁貫通部或建筑物伸縮縫結合部的管道受損；因與建筑結構撞擊，造成自動噴淋頭受損等。
2、案例二：加州LOMA PRIETA（舊金山）地震
在1989年11月17日，美國西岸的舊金山灣區發生了一場7.1級的地震，該地震共造成了100億美元的重大損失。本地震的震源深度為11.5英里的斷層，該斷層在地表處延伸了3.7英里遠。地震后地面被抬升了14英寸且往北移動了7英寸。在松軟的土層上普遍發生的土壤液化及放大效應，讓本地震所造成的損害更加嚴重。
但值得關注的是，此次地震關于自動噴淋系統的損壞情況，較前一案例來說是有明顯減少的，在建筑及結構物的70處損害資料中，僅有極少數是關于噴淋系統的，此說明了NFPA13（美國消防噴淋規范）中的新型抗震方法確實能有效提高噴淋系統的抗震能力。
舊金山地震調查報告，促使NFPA13的抗震小組委員會提議在1991年修訂版本的基礎上再增列一些額外要求。包括在震區內的輕質混凝土墻上的抗震吊架及普通吊架上，禁止使用火藥擊釘；以及用來代替橫向抗震吊架的U型吊鉤需為全包型，且要滿足抗震吊架的抗震要求等。
3、案例三：加州北嶺地震
1994年1月17日，早上4點31分，在洛杉磯北方發生了6.6級的地震，接下來的幾天內，亦陸陸續續的發生了數起規模在4-5級的余震，有記錄可知這些余震的地表加速度超當時建筑法規4倍之多。由于震中發生在人口稠密區，所以這場地震也提供給人們一個觀察消防噴淋系統抗震能力的機會。
在以前的地震經驗中，觀察結果普遍認為噴淋系統的抗震能力是不會高于建筑物的抗震能力的。然而在這次造成數以千計房屋損壞的地震中，人們驚訝的發現，噴淋系統的損壞層面不再那么廣大。當然，若一棟建筑物發生重大的結構損壞時，其內部的噴淋系統當然難以維持其機能。如某博物館大樓的頂層部分被剪裂時，其內部的噴淋系統也一并被扯下，但在這個建筑的底層部分，噴淋系統卻基本上是完好如初。
北嶺地震讓人們第一次了解住宅噴淋系統在地震中的行為特征。有一些依據NFPA13的而裝置的住宅銅質管路，盡管此住宅的仿大理石材質的外墻出現幾條小裂紋，但其噴淋系統卻毫無損傷。又如在加州大學北嶺分校，盡管有些建筑物基礎被抬升，造成石膏板及屋瓦的破裂，但其低矮公寓的符合NFPA13的薄壁鋼管卻沒有遭遇到任何的損害。不過其他沒有采取抗震措施的管道，表現就不那么理想了，如一棟建于1992年的建筑物就有四間盥洗間及若干條銅質HVAC（暖通空調）管損壞。
本次地震中人們總結出一條重要的經驗：有依照最新NFPA13的要求而設置抗震措施的噴淋系統，在地震中的表現要比按照舊規范而施作的要好，縱向主管抗震吊架就是一個非常明顯的例子。
（二）、臺灣的震損經驗
臺灣南投縣某停車場，在臺灣九二一地震之前便已完工，但因重重原因而未正式啟用。九二一地震后，該停車場受到局部的結構損害，但其內的消防管道則受到嚴重破壞。由于修復工程一直沒法順利進行，因此正好提供一個極佳的管道地震破壞研究案例。
該建物結構破壞介紹：
停車場結構上破壞并不算嚴重，每一樓層平面上計有47根柱子，而僅有在四樓處有一根明顯可見到內部鋼筋之柱破壞。其余的梁柱破壞，則以龜裂的情形較多。墻面部分亦有受剪力所造成的破壞龜裂，可以灌注環氧樹脂方式加固。
管道系統破壞資料：
通過調查發現本停車場管道系統的破壞情況，有隨著樓層數增高而加劇的趨勢。破壞多集中在八樓、九樓及十樓等三個樓層，且以吊桿變形乃至拔出的破壞數目最多。
在調查中發現，管道系統的損害在溝槽接頭處以及管道與閥門連接處有發現一些破壞。而立管部分，經試水后證實沒有損壞，在地震以后仍能發揮正常的功能。
臺灣地震經驗總結：
1、管道支吊架吊桿的破壞主要有：
（1） 膨脹螺栓及預埋方式吊桿的破壞不盡相同，膨脹螺栓主要為拔出的破壞，而預埋主要為剪斷的破壞。因此若能增加膨脹螺栓與樓板之間的摩擦力，即可減少其被拔出的機率，在施工上也較預埋吊桿更方便。
（2） 由調查結果發現：遠離建筑物鋼心（樓梯間）的區域，其處吊桿較易產生破壞。原因應是愈遠離建筑物鋼心，地震力所造成的扭矩愈大的關系。
2、管道的破壞主要有：
管道的破壞除了因懸吊桿件斷裂或拔出，導致管道功能損壞外，管道連接的斷裂亦是主要破壞原因之一，其主要斷裂形式有兩種：
（1） 管道與閥門連接處的破壞。這種破壞主要為地震力作用下，因懸吊管無法抵抗慣性加速度而產生較大振動，但手動啟動卻固定于墻上，以致造成螺紋連接處到手動啟動閥L型處剪斷。
（2） 泡沫放射區域單元局部斷裂。這種破壞主要為受水平、垂直地震力搖動拉扯，導致懸吊桿件斷裂或拔出，致使配管無重力支撐而在螺紋處斷裂。
三、分析
評估一套復雜設備系統之抗震能力，通常邏輯樹的觀念可以提供一個可靠且簡易的方法。此法的主要觀點為：整體系統抗震力的強弱，取決于其組成子項目中抗震能力最薄弱的一項。通過以上實例進行分析，造成管道系統破壞的可能因素可以整理成以下的樹狀圖：
根據以上國內外震損資料，并依據邏輯樹的觀念可以得知：建筑機電工程是否具有抗震性能，管道系統是一個很重要的因素。由上圖我們可以判斷，管道系統中最脆弱的部分就是管道支吊架（懸吊）系統，最容易遭到地震破壞。因此在管道的支吊系統采用合理適當的抗震支撐措施，使建筑機電設備及管道的支架具有足夠的剛度和強度；其與建筑結構建立可靠的連接和錨固，可將地震時管道產生的地震作用傳導到結構體上，在減少和盡可能防止次生災害發生的同時，還可以使機電系統在遭遇設防烈度地震影響后能比較迅速的恢復運轉。
每次地震發生，可能很多人都會有類似的問題。有時候，我們自己也會在這里犯一些錯誤，被大家詬病為「不專業」。當然，這些東西也挺復雜的...
一、 地震震級
地震震級是某次地震的屬性，某個地震只會有一個震級。比如1995年阪神大地震是矩震級6.8，2008年汶川大地震是矩震級是7.9。
注意到，可能對于某次地震，不同媒體的報道有所不同，那是因為他們采用了不同的震級標準。由于歷史原因，不同的專家學者發明過不同的震級標準，比如里氏震級、面波震級、體波震級等等。比如說，有些國內官方媒體采用的就是面波震級，所以2008年汶川大地震的震級為面波震級8.0。目前大家認為比較合理的、應用較廣泛的是矩震級。
震級是什么意思呢？簡單說，震級衡量的是地震的大小，或者嚴謹一點，地震所釋放的能量的大小。某次地震所釋放的總能量是固定的，所以它的震級也是唯一的。
絕大多數地震是由斷層引起的，地震所釋放的能量的大小，取決于引發地震的斷層的大小、斷層兩邊相對運動的距離、斷層處的巖石強度。斷層的面積乘以斷層移動的距離再乘以巖石的剪切模量，得到的就是Seismic Moment，也就是所謂的地震矩。這個地震矩的數值，直接反映了地震釋放能量的大小。
而矩震級就是對地震矩的衡量，這兩者之間的關系是 ，簡單說，8級地震釋放的能量，是7級的31.6倍，6級的1000倍，5級的31623倍，4級的1000000倍。
二、 地震烈度
地震烈度衡量的是某次地震發生之后對某個地區的影響。比如說，1976年唐山大地震，震中唐山的烈度為11度，天津的烈度為8度，北京為6度，石家莊為5度。通常情況下，越靠近震中最大，越遠離震中越小。這也很好理解，越靠近震中受影響越大，越遠離震中受影響越小。
你可以想象成一個靶子，震中就是靶心10環，外邊一點9環，再靠外8環。同樣的地震，震中烈度可能是9度，往外50公里可能降低到8度，再往外150公里可能降低到7度。由于地形地質的不同，所以烈度的分布并不是個完美的同心圓，只是大致上遵循著越靠近震中越大的規律。
烈度的大小與地震震級相關，但并沒有明確的數值關系，而是因為其它條件的不同而不同。簡單說，烈度是一個主觀性比較強的參數，跟震源深淺、地震類型、地質條件等等都有關系，不同的地震會有不同的情況。正如世界上沒有兩片相同的葉子，世界上也沒有兩次相同的地震。同樣都是6級地震，一個震中烈度可能是7度，另一個可能會達到8度。
三 、抗震設防烈度
抗震設防烈度是某個地區的屬性。比如說北京的抗震設防烈度是 8 度，上海的抗震設防烈度是 7 度。
這個是怎么確定的呢？一定程度上，設防烈度的制定跟設防目標相關。就拿北京來說，先統計一下歷史上一定時期之內影響到北京的歷次地震，看一下這些地震引起的北京地區的烈度分別是多少。比如說1976年唐山地震是6度，某某年某次地震是4度，某某年某次地震是5度……然后再利用統計學知識，根據既定的可靠度目標，比如說，讓設防烈度大于這些已經發生過的地震烈度的90%，繼而確定出一個設防烈度。換句話說，這種情況下，所有可能發生的地震里，我能保證有90%的實際地震烈度都小于我的這個設防烈度。
現在的抗震規范，采用的是 50 年內超越概率為 10% 的地震烈度作為抗震設防烈度。也就是說，50年之內，發生比這個設防烈度還大的地震烈度的可能性是10%。折算下來，也就是俗稱的「475年一遇」。
什么意思呢？475年一遇的地震，今年發生的概率是475分之一，也就是0.211%，今年不發生的概率是1減去0.211%，也就是99.789%。50年之內都不發生這樣的地震，這個概率是 99.789% 的 50次方，也就是90%。而50年之內發生這樣的地震的概率，則是 1 減去 90%，等于 10%。
也就是說，我們的目標是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震，小意思，都在我們的設防范圍之內，也就是俗稱的「小震不壞」；500年一遇的地震，剛剛好跟我們的設防目標差不多，次要結構可能會有小范圍破壞，但是主體結構不會發生大的破壞，也就是俗稱的「中震可修」；1000年一遇的地震，已經超過了我們的設防目標，但是盡量通過合理的構造措施，保證結構足夠的延性和塑性變形能力，爭取做到房子雖然變形很大，但不會整體垮塌，保證逃生通道和逃生時間，這也就是俗稱的「大震不倒」。
四 、抗震等級
抗震等級是建筑結構的屬性。比如說，這棟樓的抗震等級是一級，那棟樓的抗震等級是二級?？拐鸬燃壱部梢栽诰植空{整，比如這棟樓的抗震等級是三級，但是某一層或者某一個柱子的抗震等級是二級。
抗震等級當然跟抗震能力相關，但并不是說一級的就一定比二級的好。舉個類似的例子，汽車的碰撞試驗，有五星的，也有三星的，但是并不是說五星的就一定比三星的更好。一個五星的微型車，跟一個三星的大皮卡相比，孰高孰低還很難說。
抗震等級也是如此，它取決于抗震設防烈度、結構重要性、結構類型、結構高度。對于普通的鋼筋混凝土結構，可以參見抗震規范里的這張表格。
比如說，上海的一棟高層住宅樓，采用剪力墻結構，高度為100米。我們就去查表，上海設防烈度為7度，抗震墻結構高度大于80米，所以是二級。再比如說，濟南的一棟高層寫字樓，框架核心筒。我們繼續查表，濟南是6度區，所以框架核心筒的框架部分是三級，核心筒部分是二級。
注意到，我們說這張表適用于「普通的鋼筋混凝土結構」，也就是所謂的「丙類建筑」。目前的抗震規范，已經把中小學校舍提高到了「乙類建筑」。換言之，醫院、中小學校舍等等非常重要的建筑物，需要在這張表的基礎上進一步提高，一般是查表的時候提高一個烈度。
比如說，以上海為例，同樣是小于24米的框架結構，如果是菜市場，那就按7度查表，也就是三級，如果是小學教學樓，那就要按7+1=8度查表，抗震等級為二級。也就是說，同一個地區、同一個結構類型、差不多高度的建筑物，中小學、醫院等等通常要比菜市場、普通辦公樓、住宅樓高一個抗震等級。
抗震等級有什么用呢？主要體現在結構的各種內力調整和構造措施上。
比如一級框架結構的角柱，最小配筋率需要到達1.1%，而四級的角柱，最小配筋率達到0.7%就可以了。也就是說，在計算允許的前提下，抗震等級低的結構可以用更少的鋼筋。
再比如說，一級和二級框架結構的角柱，箍筋必須全高加密，而三級和四級的角柱就不需要特殊處理。
五 、總結
地震震級是地震的屬性，一次地震只有一個震級。
地震烈度是地震對某個地區的影響，震中高，越往外越低。震中烈度和震級有關。
設防烈度可以簡單理解成某個地區475年內所能發生的最強烈的地震烈度。如果實際發生的地震引起的烈度不大于設防烈度，建筑結構應該要做到不發生永久性的、不可修復的的破壞。
抗震等級是建筑物的屬性，越重要、越容易受地震襲擊、越需要保護的建筑物，抗震等級越高，對抗震能力的要求也越高。
隨著社會的發展，人類的居住環境也產生改變。近些年來我國城市建設得到極大發展。我們的建筑物也正在走向大規模化、高樓化及用途復雜化。于此同時也使得建筑物發生火災之危險性大為增加，相形之下消防滅火工作更加困難，一旦發生火警，往往會給人們的生命和財產造成巨大的威脅和損失。
建筑物在地震時常常由于燃氣、電氣管道破裂等諸多原因而釀成嚴重火災；同時在大地震過后，以當地救災部門有限的資源，要應付種種突發狀況，難免會顯得分身乏術。若建筑物此時能發揮自救的能力，將必定能減輕救災單位的工作負荷，并大大降低建筑物自身的受害程度。而且，如果消防設備在地震中受到損壞，還可能造成漏水或淹水等嚴重的二次災害。我國是多地震國家，特別是近年來我國地震災害頻發，尤其是汶川、玉樹的高震級地震給人們的生命和財產造成了巨大損失。因此建筑物是否具有抗震性，能否抵御地震災害對于防震減災工作尤為重要。這其中如何提升建筑物消防系統的抗震能力，使其不會在地震中遭到嚴重破壞，對于地震時避免人員傷亡、降低經濟損失、防止次生災害方面及地震后恢復建筑使用功能方面都具有十分重要意義。
我們國家也越來越重視關于包括消防系統在內的建筑機電工程抗震方面的工作，新的國家規范《建筑機電工程抗震設計規范》GB50981-2014也即將頒布實施。由于我國關于在建筑機電工程抗震方面的統計資料相對比較少，下面通過一些國外相關震損經驗的案例，來說明提高機電系統抗震性能的必要性。
二、國內外機電系統震損經驗
抗震支吊架系統在國外的使用有幾十年的歷史了，故而也經歷過許多地震的考驗。從這些地震經驗當中，人們更加清楚其被破壞的特性，同時也越來越積極的設法提升其抗震能力。以下分別就美國及臺灣具有代表性的消防系統抗震經驗，進行研究分析。
（一）、美國震損經驗：
1、案例一：圣佛南多地震
此地震發生于1971年2月9日早上6點1分，震源位于洛杉磯北部，深度13公里，震級6.6級。共造成58人死亡，2543人受傷。
自動噴淋設備的受損狀況
太平洋防火局針對受災地域內的68棟建筑物進行了調查，當中有56%（38棟）建筑物的自動噴淋設備受損；另外有41%（28棟）的建筑物受到了水害。在這68棟建筑物的主體結構中，共有65%（44棟）的建筑物遭到不同程度的損害。因本地震而造成的自動噴淋設備損壞，以管道與噴淋頭為主，主要原因有：管道的支吊架管夾安裝方法不當；管道支吊架構件的螺栓松脫；管道連接處受損（特別是從供水主管至分流主管的分支部分）；通過墻壁貫通部或建筑物伸縮縫結合部的管道受損；因與建筑結構撞擊，造成自動噴淋頭受損等。
2、案例二：加州LOMA PRIETA（舊金山）地震
在1989年11月17日，美國西岸的舊金山灣區發生了一場7.1級的地震，該地震共造成了100億美元的重大損失。本地震的震源深度為11.5英里的斷層，該斷層在地表處延伸了3.7英里遠。地震后地面被抬升了14英寸且往北移動了7英寸。在松軟的土層上普遍發生的土壤液化及放大效應，讓本地震所造成的損害更加嚴重。
但值得關注的是，此次地震關于自動噴淋系統的損壞情況，較前一案例來說是有明顯減少的，在建筑及結構物的70處損害資料中，僅有極少數是關于噴淋系統的，此說明了NFPA13（美國消防噴淋規范）中的新型抗震方法確實能有效提高噴淋系統的抗震能力。
舊金山地震調查報告，促使NFPA13的抗震小組委員會提議在1991年修訂版本的基礎上再增列一些額外要求。包括在震區內的輕質混凝土墻上的抗震吊架及普通吊架上，禁止使用火藥擊釘；以及用來代替橫向抗震吊架的U型吊鉤需為全包型，且要滿足抗震吊架的抗震要求等。
3、案例三：加州北嶺地震
1994年1月17日，早上4點31分，在洛杉磯北方發生了6.6級的地震，接下來的幾天內，亦陸陸續續的發生了數起規模在4-5級的余震，有記錄可知這些余震的地表加速度超當時建筑法規4倍之多。由于震中發生在人口稠密區，所以這場地震也提供給人們一個觀察消防噴淋系統抗震能力的機會。
在以前的地震經驗中，觀察結果普遍認為噴淋系統的抗震能力是不會高于建筑物的抗震能力的。然而在這次造成數以千計房屋損壞的地震中，人們驚訝的發現，噴淋系統的損壞層面不再那么廣大。當然，若一棟建筑物發生重大的結構損壞時，其內部的噴淋系統當然難以維持其機能。如某博物館大樓的頂層部分被剪裂時，其內部的噴淋系統也一并被扯下，但在這個建筑的底層部分，噴淋系統卻基本上是完好如初。
北嶺地震讓人們第一次了解住宅噴淋系統在地震中的行為特征。有一些依據NFPA13的而裝置的住宅銅質管路，盡管此住宅的仿大理石材質的外墻出現幾條小裂紋，但其噴淋系統卻毫無損傷。又如在加州大學北嶺分校，盡管有些建筑物基礎被抬升，造成石膏板及屋瓦的破裂，但其低矮公寓的符合NFPA13的薄壁鋼管卻沒有遭遇到任何的損害。不過其他沒有采取抗震措施的管道，表現就不那么理想了，如一棟建于1992年的建筑物就有四間盥洗間及若干條銅質HVAC（暖通空調）管損壞。
本次地震中人們總結出一條重要的經驗：有依照最新NFPA13的要求而設置抗震措施的噴淋系統，在地震中的表現要比按照舊規范而施作的要好，縱向主管抗震吊架就是一個非常明顯的例子。
（二）、臺灣的震損經驗
臺灣南投縣某停車場，在臺灣九二一地震之前便已完工，但因重重原因而未正式啟用。九二一地震后，該停車場受到局部的結構損害，但其內的消防管道則受到嚴重破壞。由于修復工程一直沒法順利進行，因此正好提供一個極佳的管道地震破壞研究案例。
該建物結構破壞介紹：
停車場結構上破壞并不算嚴重，每一樓層平面上計有47根柱子，而僅有在四樓處有一根明顯可見到內部鋼筋之柱破壞。其余的梁柱破壞，則以龜裂的情形較多。墻面部分亦有受剪力所造成的破壞龜裂，可以灌注環氧樹脂方式加固。
管道系統破壞資料：
通過調查發現本停車場管道系統的破壞情況，有隨著樓層數增高而加劇的趨勢。破壞多集中在八樓、九樓及十樓等三個樓層，且以吊桿變形乃至拔出的破壞數目最多。
在調查中發現，管道系統的損害在溝槽接頭處以及管道與閥門連接處有發現一些破壞。而立管部分，經試水后證實沒有損壞，在地震以后仍能發揮正常的功能。
臺灣地震經驗總結：
1、管道支吊架吊桿的破壞主要有：
（1） 膨脹螺栓及預埋方式吊桿的破壞不盡相同，膨脹螺栓主要為拔出的破壞，而預埋主要為剪斷的破壞。因此若能增加膨脹螺栓與樓板之間的摩擦力，即可減少其被拔出的機率，在施工上也較預埋吊桿更方便。
（2） 由調查結果發現：遠離建筑物鋼心（樓梯間）的區域，其處吊桿較易產生破壞。原因應是愈遠離建筑物鋼心，地震力所造成的扭矩愈大的關系。
2、管道的破壞主要有：
管道的破壞除了因懸吊桿件斷裂或拔出，導致管道功能損壞外，管道連接的斷裂亦是主要破壞原因之一，其主要斷裂形式有兩種：
（1） 管道與閥門連接處的破壞。這種破壞主要為地震力作用下，因懸吊管無法抵抗慣性加速度而產生較大振動，但手動啟動卻固定于墻上，以致造成螺紋連接處到手動啟動閥L型處剪斷。
（2） 泡沫放射區域單元局部斷裂。這種破壞主要為受水平、垂直地震力搖動拉扯，導致懸吊桿件斷裂或拔出，致使配管無重力支撐而在螺紋處斷裂。
三、分析
評估一套復雜設備系統之抗震能力，通常邏輯樹的觀念可以提供一個可靠且簡易的方法。此法的主要觀點為：整體系統抗震力的強弱，取決于其組成子項目中抗震能力最薄弱的一項。通過以上實例進行分析，造成管道系統破壞的可能因素可以整理成以下的樹狀圖：
根據以上國內外震損資料，并依據邏輯樹的觀念可以得知：建筑機電工程是否具有抗震性能，管道系統是一個很重要的因素。由上圖我們可以判斷，管道系統中最脆弱的部分就是管道支吊架（懸吊）系統，最容易遭到地震破壞。因此在管道的支吊系統采用合理適當的抗震支撐措施，使建筑機電設備及管道的支架具有足夠的剛度和強度；其與建筑結構建立可靠的連接和錨固，可將地震時管道產生的地震作用傳導到結構體上，在減少和盡可能防止次生災害發生的同時，還可以使機電系統在遭遇設防烈度地震影響后能比較迅速的恢復運轉。
每次地震發生，可能很多人都會有類似的問題。有時候，我們自己也會在這里犯一些錯誤，被大家詬病為「不專業」。當然，這些東西也挺復雜的...
一、 地震震級
地震震級是某次地震的屬性，某個地震只會有一個震級。比如1995年阪神大地震是矩震級6.8，2008年汶川大地震是矩震級是7.9。
注意到，可能對于某次地震，不同媒體的報道有所不同，那是因為他們采用了不同的震級標準。由于歷史原因，不同的專家學者發明過不同的震級標準，比如里氏震級、面波震級、體波震級等等。比如說，有些國內官方媒體采用的就是面波震級，所以2008年汶川大地震的震級為面波震級8.0。目前大家認為比較合理的、應用較廣泛的是矩震級。
震級是什么意思呢？簡單說，震級衡量的是地震的大小，或者嚴謹一點，地震所釋放的能量的大小。某次地震所釋放的總能量是固定的，所以它的震級也是唯一的。
絕大多數地震是由斷層引起的，地震所釋放的能量的大小，取決于引發地震的斷層的大小、斷層兩邊相對運動的距離、斷層處的巖石強度。斷層的面積乘以斷層移動的距離再乘以巖石的剪切模量，得到的就是Seismic Moment，也就是所謂的地震矩。這個地震矩的數值，直接反映了地震釋放能量的大小。
而矩震級就是對地震矩的衡量，這兩者之間的關系是 ，簡單說，8級地震釋放的能量，是7級的31.6倍，6級的1000倍，5級的31623倍，4級的1000000倍。
二、 地震烈度
地震烈度衡量的是某次地震發生之后對某個地區的影響。比如說，1976年唐山大地震，震中唐山的烈度為11度，天津的烈度為8度，北京為6度，石家莊為5度。通常情況下，越靠近震中最大，越遠離震中越小。這也很好理解，越靠近震中受影響越大，越遠離震中受影響越小。
你可以想象成一個靶子，震中就是靶心10環，外邊一點9環，再靠外8環。同樣的地震，震中烈度可能是9度，往外50公里可能降低到8度，再往外150公里可能降低到7度。由于地形地質的不同，所以烈度的分布并不是個完美的同心圓，只是大致上遵循著越靠近震中越大的規律。
烈度的大小與地震震級相關，但并沒有明確的數值關系，而是因為其它條件的不同而不同。簡單說，烈度是一個主觀性比較強的參數，跟震源深淺、地震類型、地質條件等等都有關系，不同的地震會有不同的情況。正如世界上沒有兩片相同的葉子，世界上也沒有兩次相同的地震。同樣都是6級地震，一個震中烈度可能是7度，另一個可能會達到8度。
三 、抗震設防烈度
抗震設防烈度是某個地區的屬性。比如說北京的抗震設防烈度是 8 度，上海的抗震設防烈度是 7 度。
這個是怎么確定的呢？一定程度上，設防烈度的制定跟設防目標相關。就拿北京來說，先統計一下歷史上一定時期之內影響到北京的歷次地震，看一下這些地震引起的北京地區的烈度分別是多少。比如說1976年唐山地震是6度，某某年某次地震是4度，某某年某次地震是5度……然后再利用統計學知識，根據既定的可靠度目標，比如說，讓設防烈度大于這些已經發生過的地震烈度的90%，繼而確定出一個設防烈度。換句話說，這種情況下，所有可能發生的地震里，我能保證有90%的實際地震烈度都小于我的這個設防烈度。
現在的抗震規范，采用的是 50 年內超越概率為 10% 的地震烈度作為抗震設防烈度。也就是說，50年之內，發生比這個設防烈度還大的地震烈度的可能性是10%。折算下來，也就是俗稱的「475年一遇」。
什么意思呢？475年一遇的地震，今年發生的概率是475分之一，也就是0.211%，今年不發生的概率是1減去0.211%，也就是99.789%。50年之內都不發生這樣的地震，這個概率是 99.789% 的 50次方，也就是90%。而50年之內發生這樣的地震的概率，則是 1 減去 90%，等于 10%。
也就是說，我們的目標是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震，小意思，都在我們的設防范圍之內，也就是俗稱的「小震不壞」；500年一遇的地震，剛剛好跟我們的設防目標差不多，次要結構可能會有小范圍破壞，但是主體結構不會發生大的破壞，也就是俗稱的「中震可修」；1000年一遇的地震，已經超過了我們的設防目標，但是盡量通過合理的構造措施，保證結構足夠的延性和塑性變形能力，爭取做到房子雖然變形很大，但不會整體垮塌，保證逃生通道和逃生時間，這也就是俗稱的「大震不倒」。
四 、抗震等級
抗震等級是建筑結構的屬性。比如說，這棟樓的抗震等級是一級，那棟樓的抗震等級是二級?？拐鸬燃壱部梢栽诰植空{整，比如這棟樓的抗震等級是三級，但是某一層或者某一個柱子的抗震等級是二級。
抗震等級當然跟抗震能力相關，但并不是說一級的就一定比二級的好。舉個類似的例子，汽車的碰撞試驗，有五星的，也有三星的，但是并不是說五星的就一定比三星的更好。一個五星的微型車，跟一個三星的大皮卡相比，孰高孰低還很難說。
抗震等級也是如此，它取決于抗震設防烈度、結構重要性、結構類型、結構高度。對于普通的鋼筋混凝土結構，可以參見抗震規范里的這張表格。
比如說，上海的一棟高層住宅樓，采用剪力墻結構，高度為100米。我們就去查表，上海設防烈度為7度，抗震墻結構高度大于80米，所以是二級。再比如說，濟南的一棟高層寫字樓，框架核心筒。我們繼續查表，濟南是6度區，所以框架核心筒的框架部分是三級，核心筒部分是二級。
注意到，我們說這張表適用于「普通的鋼筋混凝土結構」，也就是所謂的「丙類建筑」。目前的抗震規范，已經把中小學校舍提高到了「乙類建筑」。換言之，醫院、中小學校舍等等非常重要的建筑物，需要在這張表的基礎上進一步提高，一般是查表的時候提高一個烈度。
比如說，以上海為例，同樣是小于24米的框架結構，如果是菜市場，那就按7度查表，也就是三級，如果是小學教學樓，那就要按7+1=8度查表，抗震等級為二級。也就是說，同一個地區、同一個結構類型、差不多高度的建筑物，中小學、醫院等等通常要比菜市場、普通辦公樓、住宅樓高一個抗震等級。
抗震等級有什么用呢？主要體現在結構的各種內力調整和構造措施上。
比如一級框架結構的角柱，最小配筋率需要到達1.1%，而四級的角柱，最小配筋率達到0.7%就可以了。也就是說，在計算允許的前提下，抗震等級低的結構可以用更少的鋼筋。
再比如說，一級和二級框架結構的角柱，箍筋必須全高加密，而三級和四級的角柱就不需要特殊處理。
五 、總結
地震震級是地震的屬性，一次地震只有一個震級。
地震烈度是地震對某個地區的影響，震中高，越往外越低。震中烈度和震級有關。
設防烈度可以簡單理解成某個地區475年內所能發生的最強烈的地震烈度。如果實際發生的地震引起的烈度不大于設防烈度，建筑結構應該要做到不發生永久性的、不可修復的的破壞。
抗震等級是建筑物的屬性，越重要、越容易受地震襲擊、越需要保護的建筑物，抗震等級越高，對抗震能力的要求也越高。
建筑機電工程抗震的必要性
來源:
|
作者:優嘉
|
發布時間: 2018-08-03
|
2073 次瀏覽
|
分享到:
隨著社會的發展，人類的居住環境也產生改變。近些年來我國城市建設得到極大發展。我們的建筑物也正在走向大規模化、高樓化及用途復雜化。于此同時也使得建筑物發生火災之危險性大為增加，相形之下消防滅火工作更加困難，一旦發生火警，往往會給人們的生命和財產造成巨大的威脅和損失。
一、建筑機電工程抗震研究的動機與目的
隨著社會的發展，人類的居住環境也產生改變。近些年來我國城市建設得到極大發展。我們的建筑物也正在走向大規?；⒏邩腔坝猛緩碗s化。于此同時也使得建筑物發生火災之危險性大為增加，相形之下消防滅火工作更加困難，一旦發生火警，往往會給人們的生命和財產造成巨大的威脅和損失。
建筑物在地震時常常由于燃氣、電氣管道破裂等諸多原因而釀成嚴重火災；同時在大地震過后，以當地救災部門有限的資源，要應付種種突發狀況，難免會顯得分身乏術。若建筑物此時能發揮自救的能力，將必定能減輕救災單位的工作負荷，并大大降低建筑物自身的受害程度。而且，如果消防設備在地震中受到損壞，還可能造成漏水或淹水等嚴重的二次災害。我國是多地震國家，特別是近年來我國地震災害頻發，尤其是汶川、玉樹的高震級地震給人們的生命和財產造成了巨大損失。因此建筑物是否具有抗震性，能否抵御地震災害對于防震減災工作尤為重要。這其中如何提升建筑物消防系統的抗震能力，使其不會在地震中遭到嚴重破壞，對于地震時避免人員傷亡、降低經濟損失、防止次生災害方面及地震后恢復建筑使用功能方面都具有十分重要意義。
我們國家也越來越重視關于包括消防系統在內的建筑機電工程抗震方面的工作，新的國家規范《建筑機電工程抗震設計規范》GB50981-2014也即將頒布實施。由于我國關于在建筑機電工程抗震方面的統計資料相對比較少，下面通過一些國外相關震損經驗的案例，來說明提高機電系統抗震性能的必要性。
二、國內外機電系統震損經驗
抗震支吊架系統在國外的使用有幾十年的歷史了，故而也經歷過許多地震的考驗。從這些地震經驗當中，人們更加清楚其被破壞的特性，同時也越來越積極的設法提升其抗震能力。以下分別就美國及臺灣具有代表性的消防系統抗震經驗，進行研究分析。
（一）、美國震損經驗：
1、案例一：圣佛南多地震
此地震發生于1971年2月9日早上6點1分，震源位于洛杉磯北部，深度13公里，震級6.6級。共造成58人死亡，2543人受傷。
自動噴淋設備的受損狀況
太平洋防火局針對受災地域內的68棟建筑物進行了調查，當中有56%（38棟）建筑物的自動噴淋設備受損；另外有41%（28棟）的建筑物受到了水害。在這68棟建筑物的主體結構中，共有65%（44棟）的建筑物遭到不同程度的損害。因本地震而造成的自動噴淋設備損壞，以管道與噴淋頭為主，主要原因有：管道的支吊架管夾安裝方法不當；管道支吊架構件的螺栓松脫；管道連接處受損（特別是從供水主管至分流主管的分支部分）；通過墻壁貫通部或建筑物伸縮縫結合部的管道受損；因與建筑結構撞擊，造成自動噴淋頭受損等。
2、案例二：加州LOMA PRIETA（舊金山）地震
在1989年11月17日，美國西岸的舊金山灣區發生了一場7.1級的地震，該地震共造成了100億美元的重大損失。本地震的震源深度為11.5英里的斷層，該斷層在地表處延伸了3.7英里遠。地震后地面被抬升了14英寸且往北移動了7英寸。在松軟的土層上普遍發生的土壤液化及放大效應，讓本地震所造成的損害更加嚴重。
但值得關注的是，此次地震關于自動噴淋系統的損壞情況，較前一案例來說是有明顯減少的，在建筑及結構物的70處損害資料中，僅有極少數是關于噴淋系統的，此說明了NFPA13（美國消防噴淋規范）中的新型抗震方法確實能有效提高噴淋系統的抗震能力。
舊金山地震調查報告，促使NFPA13的抗震小組委員會提議在1991年修訂版本的基礎上再增列一些額外要求。包括在震區內的輕質混凝土墻上的抗震吊架及普通吊架上，禁止使用火藥擊釘；以及用來代替橫向抗震吊架的U型吊鉤需為全包型，且要滿足抗震吊架的抗震要求等。
3、案例三：加州北嶺地震
1994年1月17日，早上4點31分，在洛杉磯北方發生了6.6級的地震，接下來的幾天內，亦陸陸續續的發生了數起規模在4-5級的余震，有記錄可知這些余震的地表加速度超當時建筑法規4倍之多。由于震中發生在人口稠密區，所以這場地震也提供給人們一個觀察消防噴淋系統抗震能力的機會。
在以前的地震經驗中，觀察結果普遍認為噴淋系統的抗震能力是不會高于建筑物的抗震能力的。然而在這次造成數以千計房屋損壞的地震中，人們驚訝的發現，噴淋系統的損壞層面不再那么廣大。當然，若一棟建筑物發生重大的結構損壞時，其內部的噴淋系統當然難以維持其機能。如某博物館大樓的頂層部分被剪裂時，其內部的噴淋系統也一并被扯下，但在這個建筑的底層部分，噴淋系統卻基本上是完好如初。
北嶺地震讓人們第一次了解住宅噴淋系統在地震中的行為特征。有一些依據NFPA13的而裝置的住宅銅質管路，盡管此住宅的仿大理石材質的外墻出現幾條小裂紋，但其噴淋系統卻毫無損傷。又如在加州大學北嶺分校，盡管有些建筑物基礎被抬升，造成石膏板及屋瓦的破裂，但其低矮公寓的符合NFPA13的薄壁鋼管卻沒有遭遇到任何的損害。不過其他沒有采取抗震措施的管道，表現就不那么理想了，如一棟建于1992年的建筑物就有四間盥洗間及若干條銅質HVAC（暖通空調）管損壞。
本次地震中人們總結出一條重要的經驗：有依照最新NFPA13的要求而設置抗震措施的噴淋系統，在地震中的表現要比按照舊規范而施作的要好，縱向主管抗震吊架就是一個非常明顯的例子。
（二）、臺灣的震損經驗
臺灣南投縣某停車場，在臺灣九二一地震之前便已完工，但因重重原因而未正式啟用。九二一地震后，該停車場受到局部的結構損害，但其內的消防管道則受到嚴重破壞。由于修復工程一直沒法順利進行，因此正好提供一個極佳的管道地震破壞研究案例。
該建物結構破壞介紹：
停車場結構上破壞并不算嚴重，每一樓層平面上計有47根柱子，而僅有在四樓處有一根明顯可見到內部鋼筋之柱破壞。其余的梁柱破壞，則以龜裂的情形較多。墻面部分亦有受剪力所造成的破壞龜裂，可以灌注環氧樹脂方式加固。
管道系統破壞資料：
通過調查發現本停車場管道系統的破壞情況，有隨著樓層數增高而加劇的趨勢。破壞多集中在八樓、九樓及十樓等三個樓層，且以吊桿變形乃至拔出的破壞數目最多。
在調查中發現，管道系統的損害在溝槽接頭處以及管道與閥門連接處有發現一些破壞。而立管部分，經試水后證實沒有損壞，在地震以后仍能發揮正常的功能。
臺灣地震經驗總結：
1、管道支吊架吊桿的破壞主要有：
（1） 膨脹螺栓及預埋方式吊桿的破壞不盡相同，膨脹螺栓主要為拔出的破壞，而預埋主要為剪斷的破壞。因此若能增加膨脹螺栓與樓板之間的摩擦力，即可減少其被拔出的機率，在施工上也較預埋吊桿更方便。
（2） 由調查結果發現：遠離建筑物鋼心（樓梯間）的區域，其處吊桿較易產生破壞。原因應是愈遠離建筑物鋼心，地震力所造成的扭矩愈大的關系。
2、管道的破壞主要有：
管道的破壞除了因懸吊桿件斷裂或拔出，導致管道功能損壞外，管道連接的斷裂亦是主要破壞原因之一，其主要斷裂形式有兩種：
（1） 管道與閥門連接處的破壞。這種破壞主要為地震力作用下，因懸吊管無法抵抗慣性加速度而產生較大振動，但手動啟動卻固定于墻上，以致造成螺紋連接處到手動啟動閥L型處剪斷。
（2） 泡沫放射區域單元局部斷裂。這種破壞主要為受水平、垂直地震力搖動拉扯，導致懸吊桿件斷裂或拔出，致使配管無重力支撐而在螺紋處斷裂。
三、分析
評估一套復雜設備系統之抗震能力，通常邏輯樹的觀念可以提供一個可靠且簡易的方法。此法的主要觀點為：整體系統抗震力的強弱，取決于其組成子項目中抗震能力最薄弱的一項。通過以上實例進行分析，造成管道系統破壞的可能因素可以整理成以下的樹狀圖：
根據以上國內外震損資料，并依據邏輯樹的觀念可以得知：建筑機電工程是否具有抗震性能，管道系統是一個很重要的因素。由上圖我們可以判斷，管道系統中最脆弱的部分就是管道支吊架（懸吊）系統，最容易遭到地震破壞。因此在管道的支吊系統采用合理適當的抗震支撐措施，使建筑機電設備及管道的支架具有足夠的剛度和強度；其與建筑結構建立可靠的連接和錨固，可將地震時管道產生的地震作用傳導到結構體上，在減少和盡可能防止次生災害發生的同時，還可以使機電系統在遭遇設防烈度地震影響后能比較迅速的恢復運轉。
每次地震發生，可能很多人都會有類似的問題。有時候，我們自己也會在這里犯一些錯誤，被大家詬病為「不專業」。當然，這些東西也挺復雜的...
一、 地震震級
地震震級是某次地震的屬性，某個地震只會有一個震級。比如1995年阪神大地震是矩震級6.8，2008年汶川大地震是矩震級是7.9。
注意到，可能對于某次地震，不同媒體的報道有所不同，那是因為他們采用了不同的震級標準。由于歷史原因，不同的專家學者發明過不同的震級標準，比如里氏震級、面波震級、體波震級等等。比如說，有些國內官方媒體采用的就是面波震級，所以2008年汶川大地震的震級為面波震級8.0。目前大家認為比較合理的、應用較廣泛的是矩震級。
震級是什么意思呢？簡單說，震級衡量的是地震的大小，或者嚴謹一點，地震所釋放的能量的大小。某次地震所釋放的總能量是固定的，所以它的震級也是唯一的。
絕大多數地震是由斷層引起的，地震所釋放的能量的大小，取決于引發地震的斷層的大小、斷層兩邊相對運動的距離、斷層處的巖石強度。斷層的面積乘以斷層移動的距離再乘以巖石的剪切模量，得到的就是Seismic Moment，也就是所謂的地震矩。這個地震矩的數值，直接反映了地震釋放能量的大小。
而矩震級就是對地震矩的衡量，這兩者之間的關系是 ，簡單說，8級地震釋放的能量，是7級的31.6倍，6級的1000倍，5級的31623倍，4級的1000000倍。
二、 地震烈度
地震烈度衡量的是某次地震發生之后對某個地區的影響。比如說，1976年唐山大地震，震中唐山的烈度為11度，天津的烈度為8度，北京為6度，石家莊為5度。通常情況下，越靠近震中最大，越遠離震中越小。這也很好理解，越靠近震中受影響越大，越遠離震中受影響越小。
你可以想象成一個靶子，震中就是靶心10環，外邊一點9環，再靠外8環。同樣的地震，震中烈度可能是9度，往外50公里可能降低到8度，再往外150公里可能降低到7度。由于地形地質的不同，所以烈度的分布并不是個完美的同心圓，只是大致上遵循著越靠近震中越大的規律。
烈度的大小與地震震級相關，但并沒有明確的數值關系，而是因為其它條件的不同而不同。簡單說，烈度是一個主觀性比較強的參數，跟震源深淺、地震類型、地質條件等等都有關系，不同的地震會有不同的情況。正如世界上沒有兩片相同的葉子，世界上也沒有兩次相同的地震。同樣都是6級地震，一個震中烈度可能是7度，另一個可能會達到8度。
三 、抗震設防烈度
抗震設防烈度是某個地區的屬性。比如說北京的抗震設防烈度是 8 度，上海的抗震設防烈度是 7 度。
這個是怎么確定的呢？一定程度上，設防烈度的制定跟設防目標相關。就拿北京來說，先統計一下歷史上一定時期之內影響到北京的歷次地震，看一下這些地震引起的北京地區的烈度分別是多少。比如說1976年唐山地震是6度，某某年某次地震是4度，某某年某次地震是5度……然后再利用統計學知識，根據既定的可靠度目標，比如說，讓設防烈度大于這些已經發生過的地震烈度的90%，繼而確定出一個設防烈度。換句話說，這種情況下，所有可能發生的地震里，我能保證有90%的實際地震烈度都小于我的這個設防烈度。
現在的抗震規范，采用的是 50 年內超越概率為 10% 的地震烈度作為抗震設防烈度。也就是說，50年之內，發生比這個設防烈度還大的地震烈度的可能性是10%。折算下來，也就是俗稱的「475年一遇」。
什么意思呢？475年一遇的地震，今年發生的概率是475分之一，也就是0.211%，今年不發生的概率是1減去0.211%，也就是99.789%。50年之內都不發生這樣的地震，這個概率是 99.789% 的 50次方，也就是90%。而50年之內發生這樣的地震的概率，則是 1 減去 90%，等于 10%。
也就是說，我們的目標是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震，小意思，都在我們的設防范圍之內，也就是俗稱的「小震不壞」；500年一遇的地震，剛剛好跟我們的設防目標差不多，次要結構可能會有小范圍破壞，但是主體結構不會發生大的破壞，也就是俗稱的「中震可修」；1000年一遇的地震，已經超過了我們的設防目標，但是盡量通過合理的構造措施，保證結構足夠的延性和塑性變形能力，爭取做到房子雖然變形很大，但不會整體垮塌，保證逃生通道和逃生時間，這也就是俗稱的「大震不倒」。
四 、抗震等級
抗震等級是建筑結構的屬性。比如說，這棟樓的抗震等級是一級，那棟樓的抗震等級是二級。抗震等級也可以在局部調整，比如這棟樓的抗震等級是三級，但是某一層或者某一個柱子的抗震等級是二級。
抗震等級當然跟抗震能力相關，但并不是說一級的就一定比二級的好。舉個類似的例子，汽車的碰撞試驗，有五星的，也有三星的，但是并不是說五星的就一定比三星的更好。一個五星的微型車，跟一個三星的大皮卡相比，孰高孰低還很難說。
抗震等級也是如此，它取決于抗震設防烈度、結構重要性、結構類型、結構高度。對于普通的鋼筋混凝土結構，可以參見抗震規范里的這張表格。
比如說，上海的一棟高層住宅樓，采用剪力墻結構，高度為100米。我們就去查表，上海設防烈度為7度，抗震墻結構高度大于80米，所以是二級。再比如說，濟南的一棟高層寫字樓，框架核心筒。我們繼續查表，濟南是6度區，所以框架核心筒的框架部分是三級，核心筒部分是二級。
注意到，我們說這張表適用于「普通的鋼筋混凝土結構」，也就是所謂的「丙類建筑」。目前的抗震規范，已經把中小學校舍提高到了「乙類建筑」。換言之，醫院、中小學校舍等等非常重要的建筑物，需要在這張表的基礎上進一步提高，一般是查表的時候提高一個烈度。
比如說，以上海為例，同樣是小于24米的框架結構，如果是菜市場，那就按7度查表，也就是三級，如果是小學教學樓，那就要按7+1=8度查表，抗震等級為二級。也就是說，同一個地區、同一個結構類型、差不多高度的建筑物，中小學、醫院等等通常要比菜市場、普通辦公樓、住宅樓高一個抗震等級。
抗震等級有什么用呢？主要體現在結構的各種內力調整和構造措施上。
比如一級框架結構的角柱，最小配筋率需要到達1.1%，而四級的角柱，最小配筋率達到0.7%就可以了。也就是說，在計算允許的前提下，抗震等級低的結構可以用更少的鋼筋。
再比如說，一級和二級框架結構的角柱，箍筋必須全高加密，而三級和四級的角柱就不需要特殊處理。
五 、總結
地震震級是地震的屬性，一次地震只有一個震級。
地震烈度是地震對某個地區的影響，震中高，越往外越低。震中烈度和震級有關。
設防烈度可以簡單理解成某個地區475年內所能發生的最強烈的地震烈度。如果實際發生的地震引起的烈度不大于設防烈度，建筑結構應該要做到不發生永久性的、不可修復的的破壞。
抗震等級是建筑物的屬性，越重要、越容易受地震襲擊、越需要保護的建筑物，抗震等級越高，對抗震能力的要求也越高。
隨著社會的發展，人類的居住環境也產生改變。近些年來我國城市建設得到極大發展。我們的建筑物也正在走向大規?；⒏邩腔坝猛緩碗s化。于此同時也使得建筑物發生火災之危險性大為增加，相形之下消防滅火工作更加困難，一旦發生火警，往往會給人們的生命和財產造成巨大的威脅和損失。
建筑物在地震時常常由于燃氣、電氣管道破裂等諸多原因而釀成嚴重火災；同時在大地震過后，以當地救災部門有限的資源，要應付種種突發狀況，難免會顯得分身乏術。若建筑物此時能發揮自救的能力，將必定能減輕救災單位的工作負荷，并大大降低建筑物自身的受害程度。而且，如果消防設備在地震中受到損壞，還可能造成漏水或淹水等嚴重的二次災害。我國是多地震國家，特別是近年來我國地震災害頻發，尤其是汶川、玉樹的高震級地震給人們的生命和財產造成了巨大損失。因此建筑物是否具有抗震性，能否抵御地震災害對于防震減災工作尤為重要。這其中如何提升建筑物消防系統的抗震能力，使其不會在地震中遭到嚴重破壞，對于地震時避免人員傷亡、降低經濟損失、防止次生災害方面及地震后恢復建筑使用功能方面都具有十分重要意義。
我們國家也越來越重視關于包括消防系統在內的建筑機電工程抗震方面的工作，新的國家規范《建筑機電工程抗震設計規范》GB50981-2014也即將頒布實施。由于我國關于在建筑機電工程抗震方面的統計資料相對比較少，下面通過一些國外相關震損經驗的案例，來說明提高機電系統抗震性能的必要性。
二、國內外機電系統震損經驗
抗震支吊架系統在國外的使用有幾十年的歷史了，故而也經歷過許多地震的考驗。從這些地震經驗當中，人們更加清楚其被破壞的特性，同時也越來越積極的設法提升其抗震能力。以下分別就美國及臺灣具有代表性的消防系統抗震經驗，進行研究分析。
（一）、美國震損經驗：
1、案例一：圣佛南多地震
此地震發生于1971年2月9日早上6點1分，震源位于洛杉磯北部，深度13公里，震級6.6級。共造成58人死亡，2543人受傷。
自動噴淋設備的受損狀況
太平洋防火局針對受災地域內的68棟建筑物進行了調查，當中有56%（38棟）建筑物的自動噴淋設備受損；另外有41%（28棟）的建筑物受到了水害。在這68棟建筑物的主體結構中，共有65%（44棟）的建筑物遭到不同程度的損害。因本地震而造成的自動噴淋設備損壞，以管道與噴淋頭為主，主要原因有：管道的支吊架管夾安裝方法不當；管道支吊架構件的螺栓松脫；管道連接處受損（特別是從供水主管至分流主管的分支部分）；通過墻壁貫通部或建筑物伸縮縫結合部的管道受損；因與建筑結構撞擊，造成自動噴淋頭受損等。
2、案例二：加州LOMA PRIETA（舊金山）地震
在1989年11月17日，美國西岸的舊金山灣區發生了一場7.1級的地震，該地震共造成了100億美元的重大損失。本地震的震源深度為11.5英里的斷層，該斷層在地表處延伸了3.7英里遠。地震后地面被抬升了14英寸且往北移動了7英寸。在松軟的土層上普遍發生的土壤液化及放大效應，讓本地震所造成的損害更加嚴重。
但值得關注的是，此次地震關于自動噴淋系統的損壞情況，較前一案例來說是有明顯減少的，在建筑及結構物的70處損害資料中，僅有極少數是關于噴淋系統的，此說明了NFPA13（美國消防噴淋規范）中的新型抗震方法確實能有效提高噴淋系統的抗震能力。
舊金山地震調查報告，促使NFPA13的抗震小組委員會提議在1991年修訂版本的基礎上再增列一些額外要求。包括在震區內的輕質混凝土墻上的抗震吊架及普通吊架上，禁止使用火藥擊釘；以及用來代替橫向抗震吊架的U型吊鉤需為全包型，且要滿足抗震吊架的抗震要求等。
3、案例三：加州北嶺地震
1994年1月17日，早上4點31分，在洛杉磯北方發生了6.6級的地震，接下來的幾天內，亦陸陸續續的發生了數起規模在4-5級的余震，有記錄可知這些余震的地表加速度超當時建筑法規4倍之多。由于震中發生在人口稠密區，所以這場地震也提供給人們一個觀察消防噴淋系統抗震能力的機會。
在以前的地震經驗中，觀察結果普遍認為噴淋系統的抗震能力是不會高于建筑物的抗震能力的。然而在這次造成數以千計房屋損壞的地震中，人們驚訝的發現，噴淋系統的損壞層面不再那么廣大。當然，若一棟建筑物發生重大的結構損壞時，其內部的噴淋系統當然難以維持其機能。如某博物館大樓的頂層部分被剪裂時，其內部的噴淋系統也一并被扯下，但在這個建筑的底層部分，噴淋系統卻基本上是完好如初。
北嶺地震讓人們第一次了解住宅噴淋系統在地震中的行為特征。有一些依據NFPA13的而裝置的住宅銅質管路，盡管此住宅的仿大理石材質的外墻出現幾條小裂紋，但其噴淋系統卻毫無損傷。又如在加州大學北嶺分校，盡管有些建筑物基礎被抬升，造成石膏板及屋瓦的破裂，但其低矮公寓的符合NFPA13的薄壁鋼管卻沒有遭遇到任何的損害。不過其他沒有采取抗震措施的管道，表現就不那么理想了，如一棟建于1992年的建筑物就有四間盥洗間及若干條銅質HVAC（暖通空調）管損壞。
本次地震中人們總結出一條重要的經驗：有依照最新NFPA13的要求而設置抗震措施的噴淋系統，在地震中的表現要比按照舊規范而施作的要好，縱向主管抗震吊架就是一個非常明顯的例子。
（二）、臺灣的震損經驗
臺灣南投縣某停車場，在臺灣九二一地震之前便已完工，但因重重原因而未正式啟用。九二一地震后，該停車場受到局部的結構損害，但其內的消防管道則受到嚴重破壞。由于修復工程一直沒法順利進行，因此正好提供一個極佳的管道地震破壞研究案例。
該建物結構破壞介紹：
停車場結構上破壞并不算嚴重，每一樓層平面上計有47根柱子，而僅有在四樓處有一根明顯可見到內部鋼筋之柱破壞。其余的梁柱破壞，則以龜裂的情形較多。墻面部分亦有受剪力所造成的破壞龜裂，可以灌注環氧樹脂方式加固。
管道系統破壞資料：
通過調查發現本停車場管道系統的破壞情況，有隨著樓層數增高而加劇的趨勢。破壞多集中在八樓、九樓及十樓等三個樓層，且以吊桿變形乃至拔出的破壞數目最多。
在調查中發現，管道系統的損害在溝槽接頭處以及管道與閥門連接處有發現一些破壞。而立管部分，經試水后證實沒有損壞，在地震以后仍能發揮正常的功能。
臺灣地震經驗總結：
1、管道支吊架吊桿的破壞主要有：
（1） 膨脹螺栓及預埋方式吊桿的破壞不盡相同，膨脹螺栓主要為拔出的破壞，而預埋主要為剪斷的破壞。因此若能增加膨脹螺栓與樓板之間的摩擦力，即可減少其被拔出的機率，在施工上也較預埋吊桿更方便。
（2） 由調查結果發現：遠離建筑物鋼心（樓梯間）的區域，其處吊桿較易產生破壞。原因應是愈遠離建筑物鋼心，地震力所造成的扭矩愈大的關系。
2、管道的破壞主要有：
管道的破壞除了因懸吊桿件斷裂或拔出，導致管道功能損壞外，管道連接的斷裂亦是主要破壞原因之一，其主要斷裂形式有兩種：
（1） 管道與閥門連接處的破壞。這種破壞主要為地震力作用下，因懸吊管無法抵抗慣性加速度而產生較大振動，但手動啟動卻固定于墻上，以致造成螺紋連接處到手動啟動閥L型處剪斷。
（2） 泡沫放射區域單元局部斷裂。這種破壞主要為受水平、垂直地震力搖動拉扯，導致懸吊桿件斷裂或拔出，致使配管無重力支撐而在螺紋處斷裂。
三、分析
評估一套復雜設備系統之抗震能力，通常邏輯樹的觀念可以提供一個可靠且簡易的方法。此法的主要觀點為：整體系統抗震力的強弱，取決于其組成子項目中抗震能力最薄弱的一項。通過以上實例進行分析，造成管道系統破壞的可能因素可以整理成以下的樹狀圖：
根據以上國內外震損資料，并依據邏輯樹的觀念可以得知：建筑機電工程是否具有抗震性能，管道系統是一個很重要的因素。由上圖我們可以判斷，管道系統中最脆弱的部分就是管道支吊架（懸吊）系統，最容易遭到地震破壞。因此在管道的支吊系統采用合理適當的抗震支撐措施，使建筑機電設備及管道的支架具有足夠的剛度和強度；其與建筑結構建立可靠的連接和錨固，可將地震時管道產生的地震作用傳導到結構體上，在減少和盡可能防止次生災害發生的同時，還可以使機電系統在遭遇設防烈度地震影響后能比較迅速的恢復運轉。
每次地震發生，可能很多人都會有類似的問題。有時候，我們自己也會在這里犯一些錯誤，被大家詬病為「不專業」。當然，這些東西也挺復雜的...
一、 地震震級
地震震級是某次地震的屬性，某個地震只會有一個震級。比如1995年阪神大地震是矩震級6.8，2008年汶川大地震是矩震級是7.9。
注意到，可能對于某次地震，不同媒體的報道有所不同，那是因為他們采用了不同的震級標準。由于歷史原因，不同的專家學者發明過不同的震級標準，比如里氏震級、面波震級、體波震級等等。比如說，有些國內官方媒體采用的就是面波震級，所以2008年汶川大地震的震級為面波震級8.0。目前大家認為比較合理的、應用較廣泛的是矩震級。
震級是什么意思呢？簡單說，震級衡量的是地震的大小，或者嚴謹一點，地震所釋放的能量的大小。某次地震所釋放的總能量是固定的，所以它的震級也是唯一的。
絕大多數地震是由斷層引起的，地震所釋放的能量的大小，取決于引發地震的斷層的大小、斷層兩邊相對運動的距離、斷層處的巖石強度。斷層的面積乘以斷層移動的距離再乘以巖石的剪切模量，得到的就是Seismic Moment，也就是所謂的地震矩。這個地震矩的數值，直接反映了地震釋放能量的大小。
而矩震級就是對地震矩的衡量，這兩者之間的關系是 ，簡單說，8級地震釋放的能量，是7級的31.6倍，6級的1000倍，5級的31623倍，4級的1000000倍。
二、 地震烈度
地震烈度衡量的是某次地震發生之后對某個地區的影響。比如說，1976年唐山大地震，震中唐山的烈度為11度，天津的烈度為8度，北京為6度，石家莊為5度。通常情況下，越靠近震中最大，越遠離震中越小。這也很好理解，越靠近震中受影響越大，越遠離震中受影響越小。
你可以想象成一個靶子，震中就是靶心10環，外邊一點9環，再靠外8環。同樣的地震，震中烈度可能是9度，往外50公里可能降低到8度，再往外150公里可能降低到7度。由于地形地質的不同，所以烈度的分布并不是個完美的同心圓，只是大致上遵循著越靠近震中越大的規律。
烈度的大小與地震震級相關，但并沒有明確的數值關系，而是因為其它條件的不同而不同。簡單說，烈度是一個主觀性比較強的參數，跟震源深淺、地震類型、地質條件等等都有關系，不同的地震會有不同的情況。正如世界上沒有兩片相同的葉子，世界上也沒有兩次相同的地震。同樣都是6級地震，一個震中烈度可能是7度，另一個可能會達到8度。
三 、抗震設防烈度
抗震設防烈度是某個地區的屬性。比如說北京的抗震設防烈度是 8 度，上海的抗震設防烈度是 7 度。
這個是怎么確定的呢？一定程度上，設防烈度的制定跟設防目標相關。就拿北京來說，先統計一下歷史上一定時期之內影響到北京的歷次地震，看一下這些地震引起的北京地區的烈度分別是多少。比如說1976年唐山地震是6度，某某年某次地震是4度，某某年某次地震是5度……然后再利用統計學知識，根據既定的可靠度目標，比如說，讓設防烈度大于這些已經發生過的地震烈度的90%，繼而確定出一個設防烈度。換句話說，這種情況下，所有可能發生的地震里，我能保證有90%的實際地震烈度都小于我的這個設防烈度。
現在的抗震規范，采用的是 50 年內超越概率為 10% 的地震烈度作為抗震設防烈度。也就是說，50年之內，發生比這個設防烈度還大的地震烈度的可能性是10%。折算下來，也就是俗稱的「475年一遇」。
什么意思呢？475年一遇的地震，今年發生的概率是475分之一，也就是0.211%，今年不發生的概率是1減去0.211%，也就是99.789%。50年之內都不發生這樣的地震，這個概率是 99.789% 的 50次方，也就是90%。而50年之內發生這樣的地震的概率，則是 1 減去 90%，等于 10%。
也就是說，我們的目標是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震，小意思，都在我們的設防范圍之內，也就是俗稱的「小震不壞」；500年一遇的地震，剛剛好跟我們的設防目標差不多，次要結構可能會有小范圍破壞，但是主體結構不會發生大的破壞，也就是俗稱的「中震可修」；1000年一遇的地震，已經超過了我們的設防目標，但是盡量通過合理的構造措施，保證結構足夠的延性和塑性變形能力，爭取做到房子雖然變形很大，但不會整體垮塌，保證逃生通道和逃生時間，這也就是俗稱的「大震不倒」。
四 、抗震等級
抗震等級是建筑結構的屬性。比如說，這棟樓的抗震等級是一級，那棟樓的抗震等級是二級。抗震等級也可以在局部調整，比如這棟樓的抗震等級是三級，但是某一層或者某一個柱子的抗震等級是二級。
抗震等級當然跟抗震能力相關，但并不是說一級的就一定比二級的好。舉個類似的例子，汽車的碰撞試驗，有五星的，也有三星的，但是并不是說五星的就一定比三星的更好。一個五星的微型車，跟一個三星的大皮卡相比，孰高孰低還很難說。
抗震等級也是如此，它取決于抗震設防烈度、結構重要性、結構類型、結構高度。對于普通的鋼筋混凝土結構，可以參見抗震規范里的這張表格。
比如說，上海的一棟高層住宅樓，采用剪力墻結構，高度為100米。我們就去查表，上海設防烈度為7度，抗震墻結構高度大于80米，所以是二級。再比如說，濟南的一棟高層寫字樓，框架核心筒。我們繼續查表，濟南是6度區，所以框架核心筒的框架部分是三級，核心筒部分是二級。
注意到，我們說這張表適用于「普通的鋼筋混凝土結構」，也就是所謂的「丙類建筑」。目前的抗震規范，已經把中小學校舍提高到了「乙類建筑」。換言之，醫院、中小學校舍等等非常重要的建筑物，需要在這張表的基礎上進一步提高，一般是查表的時候提高一個烈度。
比如說，以上海為例，同樣是小于24米的框架結構，如果是菜市場，那就按7度查表，也就是三級，如果是小學教學樓，那就要按7+1=8度查表，抗震等級為二級。也就是說，同一個地區、同一個結構類型、差不多高度的建筑物，中小學、醫院等等通常要比菜市場、普通辦公樓、住宅樓高一個抗震等級。
抗震等級有什么用呢？主要體現在結構的各種內力調整和構造措施上。
比如一級框架結構的角柱，最小配筋率需要到達1.1%，而四級的角柱，最小配筋率達到0.7%就可以了。也就是說，在計算允許的前提下，抗震等級低的結構可以用更少的鋼筋。
再比如說，一級和二級框架結構的角柱，箍筋必須全高加密，而三級和四級的角柱就不需要特殊處理。
五 、總結
地震震級是地震的屬性，一次地震只有一個震級。
地震烈度是地震對某個地區的影響，震中高，越往外越低。震中烈度和震級有關。
設防烈度可以簡單理解成某個地區475年內所能發生的最強烈的地震烈度。如果實際發生的地震引起的烈度不大于設防烈度，建筑結構應該要做到不發生永久性的、不可修復的的破壞。
抗震等級是建筑物的屬性，越重要、越容易受地震襲擊、越需要保護的建筑物，抗震等級越高，對抗震能力的要求也越高。
浙江優嘉新材料科技有限公司
地址：浙江省嘉興市經濟開發區智慧大廈B座
電話：0573-82608976 13967391552
郵箱：youjia_xcl@163.com QQ：794986744
生產基地：浙江省嘉興市南湖區科技城步焦路1688號4幢
主營產品：防火風管 防火包裹 防火板 成品抗震支架 管廊抗震支架 抗震支架配件 防水劑 減滲劑 抗裂劑 混凝土添加劑
微信公眾號?
優嘉專注建筑防火包裹、防火風管、成品支吊架行業多年，豐富的防火包裹、防火風管、消防管道抗震支架和各類抗震支吊架的安裝經驗，讓優嘉抗震支架獲得了國內外眾多政府機關和大型企業客戶的好評！優嘉的抗震支架系列品牌產品有著更嚴格的建筑規范安裝要求，支架抗震等級更高，為地震發生時機電設備的安全保駕護航！
移動端網站
??重點服務城市：浙江、上海、江蘇、廣東、四川、重慶、廣西、江西、福建、河南、寧夏、云南、甘肅、陜西?