建筑隔震层通风管道施工技术探讨

2021-07-04刘茂刘宾灿窦哲李兴武冯璐

建筑热能通风空调 2021年5期

刘茂刘宾灿窦哲李兴武冯璐

陕西建工安装集团有限公司

0 引言

陕安朱雀佳苑项目位于陕西省西安市碑林区红缨路25 号，总建筑面积118918.68 m2。其中4、6 号住宅楼地上32 层地下3 层，建筑总高度为96.6 m，地下结构与地上结构采用隔震技术，结构在-2.34 标高处，水平布置96 组高度为400 mm 叠层橡胶隔震支座，隔离缝宽度500 mm。

项目在地下一层有6 个正压送风（或补风）系统的吸入段管道垂直穿过隔震层，截面尺寸分别为1350 mm ×500 mm，1800 mm ×750 mm，3700 mm ×1300 mm，2400 mm×600 mm，4000 mm×1600 mm，和1600 mm×1200 mm。正压送风和补风）设计采用土建风道，风道在隔震层预留高度400 mm 的断开段，设计要求采用柔性连接。柔性连接风管水平方向需满足任意角度400 mm 补偿量以适应地震加速度峰值时上部结构与下部结构的极限相对位移。

本文就正压送风系统运行时且发生地震为小概率事件为前提，提出了风管在竖向采用柔性风管结构，水平方向采用动态滑移的三维动态补偿风管技术，该技术在保证风管连接密封性的同时有效地解决了风管结构适应地震时动态补偿和复位的难题，工程验收后投用至今运行良好，取得了良好的社会效益。

1 项目的工艺需求分析

发生地震时，纵波先于横波到达地面进而影响到建筑物，根据设计单位验算及隔震支座生产单位资料说明，当纵波影响到建筑物时，隔震层隔震支座的竖向位移约在5 mm 左右。在纵波之后影响建筑物的横波在设计最不利工况下则将会引起水平400 mm 的水平位移。针对前述要求，传统的刚性风管无法满足需求，只能采用柔性风管技术，且应符合《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2016，《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017 和《通风管道技术规程》JGJ/T 141-2017 规范中对于柔性风管的要求。

住房城乡建设部标准定额司于2018 年1 月11日发布的建标工征[2018]4 号《建筑隔震设计规范（征求意见稿）》中5.4 节对于穿过隔震层的管线提出应柔性接头或柔性连接段并且预留伸展长度不应小于隔离缝宽度的1.4 倍的要求[1]也对柔性风管提出了更高的性能要求。

综合上述要求，可总结出风管穿过隔震层的需要研究的技术需求有以下5 点：

1）风管在竖向方面位移补偿需求大于5 mm。

2）风管在水平方向位移补偿需求大于400 mm。

3）预留伸长度为隔离缝宽度500 mm 的1.4 倍即700 mm。

4）管道本体材质为采用不燃材质。

5）柔性管道的折叠部分正常工况下不得影响管道的有效截面。

2 既有技术适用性分析

目前工程中常用的柔性风管主要用于通建筑沉降缝，机组与风管的连接，末端风机盘管与风口连接和部分金属风管在吊顶部位与风口连接。经过对比研究发现既有技术的上述应用场景与风管穿过隔震层有以下3 点区别：

1）位移补偿的空间特点不同，沉降缝部位的风管以竖向位移补偿为主且为单向，风机与风管的软连接位移补偿也是以单向为主，隔震建筑的风管要考虑平面二维方向且需满足360°任意角度的位移补偿。

2）位移补偿量不同，沉降缝部位的风管位移补偿量取决于沉降缝两侧结构的高差，风机与风管连接和风管与风口连接时柔性短管的长度通常为150～250 mm[2]，穿过建筑隔震层的风管补偿量取决罕遇地震时隔震支座的水平位移量，而后者远大于前者。

3）位移补偿的时间特点不同，沉降缝部位的风管位移补偿是单向长时间累积徐变量的补偿，隔震层风管补偿量在三维方向受地震震级、震源、深度呈现短时间高频率的特点。

结合上述分析，既有柔性风管技术无法直接应用到隔震层风管施工环节。但是既有柔性短管在连接风机与系统风管时启/停工况类似于地震的加速度特性，经过实际工程的大量考验其技术是可靠的，因此在设计风管结构时针对竖向位移仍然借鉴了既有柔性风管的结构。

3 隔震层风管的结构设计

3.1 建筑风道结合面预处理

隔震层预留土建风道预处理目的是为后续风管设计，制作和安装提供基础参数和施工基础，预处理工作有以下4 项工序：

1）测量土建风道上下端面平面尺寸，采用激光测距仪沿风道长边间隔150 mm 测量对边间距，测量风道两对角线长度。

2）测量土建风道上下端面竖向尺寸，采用激光测距仪沿风道长边间隔150 mm 测量上下端面距离，测量风道内部四角上下端面距离。

3）上下端面找平硬化，找平采用土建砂浆找平和整体覆钢板的形式。

4）端面采用型钢包角，沿端面外部一周采用∟40 mm×4 mm 角钢包覆（图1），防止后期安装和使用中磕碰破损。

图1 端面预处理效果

3.2 风管使用工况设计

地震时风管水平补偿需求是风管上端和下端的相对水平位移，而水平位移主要受地震释放能量的影响呈现出下列2 个特点：

1）随动于建筑结构，风管上/下端面随上/下部建筑结构相对位移而同步变化，也随结构相对运动发生位移，并且位移非匀速呈现出加速度的特性；

2）高频往复运动，地震风管上/下端面由“零位移状态”到不同“位移状态”甚至可能多次出现“最大位移状态”，最终地震停止后再次随动复位至初始“零位移状态”，因而呈现出高频次和往复运动的特性。

地震是小概率事件而且火灾也是小概率事件，两者同时发生的概率更小，而通常地震持续时间多在60 s 以内。因而在考虑风管使用工况时不考虑地震时段穿过隔震层正压送风风管不泄漏，在风管上/下端面采用水平光面滑移的方式补偿地震时位移，保证了风管结构在地震时不损坏，地震停止复位后密封性能不变。

3.3 风管本体结构设计

风管本体结构设计要点如下：

1）风管内部截面不变，针对此项需求，采用φ8 mm 镀锌圆钢按照间距≤100 mm 作为柔性风管内部水平支撑。

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2）风管结构与上下端面紧密贴合，针对此项需求，在风管下部结构法兰安装带导向杆的压簧，在柔性风管上法兰安装“q”型密封条。压簧在导向杆的约束下使柔性风管上端法兰紧贴土建风道端面。“q”型密封条确保补偿局部缝隙。

3）竖向柔性风管燃烧性能及耐火极限，柔性风管本体材质选用2 mm 不燃可在900 ℃下保持工作状态的硅钛耐火布。

4 隔震层风管的制作和安装

现以4 号楼JY-2 系统为例介绍穿过隔震层风管的制作和安装要点，该风管设计截面尺寸1350 mm×500 mm。

4.1 实测土建风道结构尺寸

1）采用激光测距仪测量土建风道隔震层上、下端面垂直高度，量取垂直高差时分别测量了四角及各边中点。

2）采用钢板尺测量土建风道隔震层上，下端面长度，宽度和对角线长度。

4.2 隔震层端面包覆钢板及角钢封边

1）根据上述测量结果，计算土建风道隔震层上、下端面钢板宽度与长度。

2）选用厚度为8 mm 的普通碳素钢钢板辅以其他规格用于找平，进行土建风道隔震层上、下端面包覆工作。要求上、下端面的普通钢板与土建风道截面等宽，隔震层上端钢板外缘一周采用∟40 mm×40 mm×4 mm 角钢进行土建风道包边，防止后期安装和使用中磕碰破损，上端钢板为柔性软管提供滑动平面。

3）下端包边钢板的四角、长边三等分位置、宽边中心位置，标注φ14 mm 圆孔，共计10 处。在φ14 mm 圆孔之间，等距离预留φ9.5 mm 的圆孔，间距不大于100 mm，使用φ8 mm 通丝螺杆，长度为30 mm，焊接在预留的直径为9.5 mm 的圆孔内，塞焊后保持与钢板下表面齐平。钢板外缘一周采用∟40 mm×40 mm×4 mm 角钢收口（图2）。

图2 角钢封边

4.3 制作柔性风管

1）柔性风管选用硅钛耐火布制作，采用φ8 mm 镀锌圆钢制作柔性风管内支撑，圆钢内撑间距为100 mm。该支撑可保证柔性风管的有效通风截面。

2）隔震层风管上、下端钢板安装完成后，实际测得上、下端钢板距离为395 mm。柔性风管预留伸长度为50 mm，总长度为445 mm。

3）制作柔性风管角钢法兰。柔性风管法兰选用∟40 mm×40 mm×4 mm 角钢制作，角钢法兰与土建风道隔震层下端钢板的预留φ8 mm 通丝螺杆位置尺寸保持同径。在隔震层下端钢板表面原先标注的圆孔φ14 mm 位置，对应对柔性风管上、下端角钢法兰（图3）进行打孔，直径同样为φ14 mm，上、下端角钢法兰共计打孔10 对，要求圆孔位置上、下对齐。

图3 上、下端角钢法兰

4）柔性风管角钢法兰制作完成后，采用普通镀锌钢板边条，将硅钛耐火布与上、下端角钢法兰进行压边铆钉（图4）固定。

图4 柔性风管角钢法兰铆接

5）在柔性风管上、下端角钢法兰φ14 mm 圆孔之间，均设置一套压簧及导向装置。压簧在导向装置的约束下使柔性风管上端法兰紧贴土建风道端面。

4.4 压簧及导向装置的制作与安装

1）根据柔性风管上、下端角钢法兰φ14 mm 圆孔距离，设计柔性风管法兰间支撑压簧，为避免柔性风管遇震时失稳，在压簧间安装有导向装置。导向装置由压簧导向杆和压簧导向座组成。

2）压簧簧丝（图5）直径φ=2.5 mm，节距10 mm，有效圈数25，总圈数27，旋向右旋。采用65Mn 材料制作。压簧自然长度为253 mm，压簧两端并紧并磨平，磨面角≥270°。

图5 压簧结构及实物图

3）压簧导向杆（图6）由直径φ=20 mm 的圆钢制作，圆钢总长度为188 mm，其中圆钢顶端长3 mm 车削加工为φ14 mm，圆钢底端外圆打磨后收口。

图6 压簧导向杆结构及实物图

4）压簧导向座（图7）由直径φ=30 mm 的圆钢制作，圆钢总长度为233 mm，φ30 圆钢外圆抛光。其中圆钢顶端60 mm 长度范围内，加工直径φ=21 mm 的内孔，圆钢底端3 mm 长度范围内，圆钢加工直径为14 mm。

图7 压簧导向座结构及实物图

5）安装时，压簧导向杆嵌入压簧导向座顶端的内孔之中，要求滑动自如，压簧外套在压簧导向杆外圆上（图8）。然后将压簧，压簧导向杆及压簧导向座组装为成套配件，安装在柔性风管上、下端角钢法兰的φ14 mm 圆孔内。压簧导向杆上端嵌入柔性风管上端法兰，深度为3 mm，圆钢与角钢法兰塞焊后上表面磨平。压簧导向座下端嵌入柔性风管下端法兰，深度为3 mm，圆钢与角钢法兰塞焊后下表面磨平。

图8 压簧及导向装置实物图

4.5 柔性风管安装

1）安装密封垫料。柔性风管上，下端角钢法兰与隔震层包覆钢板紧密贴合。其中，上端角钢法兰与包覆钢板之间采用“q”型密封条连接（图9）。密封条安装时，角钢法兰90°转角位置，进行内切45°斜角，以保证密封条转角处安装牢固可靠，密封条首尾搭接时，采用“企口式”结构接口，提高接缝处的气密性能。下端角钢法兰与隔震层下端面包覆钢板之间，采用与法兰平面等宽的陶瓷纤维板密封。

图9 “q”型密封条、陶瓷纤维板安装

2）安装柔性风管。在柔性风管的四边使用细钢丝绳等将风管压缩至370 mm。采用提升装置将柔性风管吊至与隔震层上端钢板平齐位置，人力辅助将风管推至安装接口位置。将柔性风管下端角钢法兰，套入隔震层下端面包覆钢板的预留螺杆上，然后进行螺栓固定。风管四周调正后，拆除限位细绳。柔性风管上端法兰与隔震层包覆钢板之间，实现挤压密封（图10）。