建筑隔震層通風(fēng)管道施工技術(shù)探討

劉茂 劉賓燦 竇哲 李興武 馮璐

陜西建工安裝集團有限公司

0 引言

陜安朱雀佳苑項目位于陜西省西安市碑林區(qū)紅纓路25 號，總建筑面積118918.68 m2。其中4、6 號住宅樓地上32 層地下3 層，建筑總高度為96.6 m，地下結(jié)構(gòu)與地上結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)，結(jié)構(gòu)在-2.34 標(biāo)高處，水平布置96 組高度為400 mm 疊層橡膠隔震支座，隔離縫寬度500 mm。

項目在地下一層有6 個正壓送風(fēng)（或補風(fēng)）系統(tǒng)的吸入段管道垂直穿過隔震層，截面尺寸分別為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。正壓送風(fēng)和補風(fēng)）設(shè)計采用土建風(fēng)道，風(fēng)道在隔震層預(yù)留高度400 mm 的斷開段，設(shè)計要求采用柔性連接。柔性連接風(fēng)管水平方向需滿足任意角度400 mm 補償量以適應(yīng)地震加速度峰值時上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的極限相對位移。

本文就正壓送風(fēng)系統(tǒng)運行時且發(fā)生地震為小概率事件為前提，提出了風(fēng)管在豎向采用柔性風(fēng)管結(jié)構(gòu)，水平方向采用動態(tài)滑移的三維動態(tài)補償風(fēng)管技術(shù)，該技術(shù)在保證風(fēng)管連接密封性的同時有效地解決了風(fēng)管結(jié)構(gòu)適應(yīng)地震時動態(tài)補償和復(fù)位的難題，工程驗收后投用至今運行良好，取得了良好的社會效益。

1 項目的工藝需求分析

發(fā)生地震時，縱波先于橫波到達地面進而影響到建筑物，根據(jù)設(shè)計單位驗算及隔震支座生產(chǎn)單位資料說明，當(dāng)縱波影響到建筑物時，隔震層隔震支座的豎向位移約在5 mm 左右。在縱波之后影響建筑物的橫波在設(shè)計最不利工況下則將會引起水平400 mm 的水平位移。針對前述要求，傳統(tǒng)的剛性風(fēng)管無法滿足需求，只能采用柔性風(fēng)管技術(shù)，且應(yīng)符合《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50243-2016，《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017 和《通風(fēng)管道技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 141-2017 規(guī)范中對于柔性風(fēng)管的要求。

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司于2018 年1 月11日發(fā)布的建標(biāo)工征[2018]4 號《建筑隔震設(shè)計規(guī)范（征求意見稿）》中5.4 節(jié)對于穿過隔震層的管線提出應(yīng)柔性接頭或柔性連接段并且預(yù)留伸展長度不應(yīng)小于隔離縫寬度的1.4 倍的要求[1]也對柔性風(fēng)管提出了更高的性能要求。

綜合上述要求，可總結(jié)出風(fēng)管穿過隔震層的需要研究的技術(shù)需求有以下5 點：

1）風(fēng)管在豎向方面位移補償需求大于5 mm。

2）風(fēng)管在水平方向位移補償需求大于400 mm。

3）預(yù)留伸長度為隔離縫寬度500 mm 的1.4 倍即700 mm。

4）管道本體材質(zhì)為采用不燃材質(zhì)。

5）柔性管道的折疊部分正常工況下不得影響管道的有效截面。

2 既有技術(shù)適用性分析

目前工程中常用的柔性風(fēng)管主要用于通建筑沉降縫，機組與風(fēng)管的連接，末端風(fēng)機盤管與風(fēng)口連接和部分金屬風(fēng)管在吊頂部位與風(fēng)口連接。經(jīng)過對比研究發(fā)現(xiàn)既有技術(shù)的上述應(yīng)用場景與風(fēng)管穿過隔震層有以下3 點區(qū)別：

1）位移補償?shù)目臻g特點不同，沉降縫部位的風(fēng)管以豎向位移補償為主且為單向，風(fēng)機與風(fēng)管的軟連接位移補償也是以單向為主，隔震建筑的風(fēng)管要考慮平面二維方向且需滿足360°任意角度的位移補償。

2）位移補償量不同，沉降縫部位的風(fēng)管位移補償量取決于沉降縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)的高差，風(fēng)機與風(fēng)管連接和風(fēng)管與風(fēng)口連接時柔性短管的長度通常為150～250 mm[2]，穿過建筑隔震層的風(fēng)管補償量取決罕遇地震時隔震支座的水平位移量，而后者遠大于前者。

3）位移補償?shù)臅r間特點不同，沉降縫部位的風(fēng)管位移補償是單向長時間累積徐變量的補償，隔震層風(fēng)管補償量在三維方向受地震震級、震源、深度呈現(xiàn)短時間高頻率的特點。

結(jié)合上述分析，既有柔性風(fēng)管技術(shù)無法直接應(yīng)用到隔震層風(fēng)管施工環(huán)節(jié)。但是既有柔性短管在連接風(fēng)機與系統(tǒng)風(fēng)管時啟/停工況類似于地震的加速度特性，經(jīng)過實際工程的大量考驗其技術(shù)是可靠的，因此在設(shè)計風(fēng)管結(jié)構(gòu)時針對豎向位移仍然借鑒了既有柔性風(fēng)管的結(jié)構(gòu)。

3 隔震層風(fēng)管的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 建筑風(fēng)道結(jié)合面預(yù)處理

隔震層預(yù)留土建風(fēng)道預(yù)處理目的是為后續(xù)風(fēng)管設(shè)計，制作和安裝提供基礎(chǔ)參數(shù)和施工基礎(chǔ)，預(yù)處理工作有以下4 項工序：

1）測量土建風(fēng)道上下端面平面尺寸，采用激光測距儀沿風(fēng)道長邊間隔150 mm 測量對邊間距，測量風(fēng)道兩對角線長度。

2）測量土建風(fēng)道上下端面豎向尺寸，采用激光測距儀沿風(fēng)道長邊間隔150 mm 測量上下端面距離，測量風(fēng)道內(nèi)部四角上下端面距離。

3）上下端面找平硬化，找平采用土建砂漿找平和整體覆鋼板的形式。

4）端面采用型鋼包角，沿端面外部一周采用∟40 mm×4 mm 角鋼包覆（圖1），防止后期安裝和使用中磕碰破損。

圖1 端面預(yù)處理效果

3.2 風(fēng)管使用工況設(shè)計

地震時風(fēng)管水平補償需求是風(fēng)管上端和下端的相對水平位移，而水平位移主要受地震釋放能量的影響呈現(xiàn)出下列2 個特點：

1）隨動于建筑結(jié)構(gòu)，風(fēng)管上/下端面隨上/下部建筑結(jié)構(gòu)相對位移而同步變化，也隨結(jié)構(gòu)相對運動發(fā)生位移，并且位移非勻速呈現(xiàn)出加速度的特性；

2）高頻往復(fù)運動，地震風(fēng)管上/下端面由“零位移狀態(tài)”到不同“位移狀態(tài)”甚至可能多次出現(xiàn)“最大位移狀態(tài)”，最終地震停止后再次隨動復(fù)位至初始“零位移狀態(tài)”，因而呈現(xiàn)出高頻次和往復(fù)運動的特性。

地震是小概率事件而且火災(zāi)也是小概率事件，兩者同時發(fā)生的概率更小，而通常地震持續(xù)時間多在60 s 以內(nèi)。因而在考慮風(fēng)管使用工況時不考慮地震時段穿過隔震層正壓送風(fēng)風(fēng)管不泄漏，在風(fēng)管上/下端面采用水平光面滑移的方式補償?shù)卣饡r位移，保證了風(fēng)管結(jié)構(gòu)在地震時不損壞，地震停止復(fù)位后密封性能不變。

3.3 風(fēng)管本體結(jié)構(gòu)設(shè)計

風(fēng)管本體結(jié)構(gòu)設(shè)計要點如下：

1）風(fēng)管內(nèi)部截面不變，針對此項需求，采用φ8 mm 鍍鋅圓鋼按照間距≤100 mm 作為柔性風(fēng)管內(nèi)部水平支撐。

我在回答有關(guān)教養(yǎng)問題的提問時，經(jīng)常提到“讓孩子有路可走”。許多媽媽向我表示：她們理解并接受這個親子教育的“雙贏策略”理念，但是在實行的時候，就發(fā)現(xiàn)問題不簡單。媽媽們在摸不到門徑時就問我：“究竟路在何方？”

2）風(fēng)管結(jié)構(gòu)與上下端面緊密貼合，針對此項需求，在風(fēng)管下部結(jié)構(gòu)法蘭安裝帶導(dǎo)向桿的壓簧，在柔性風(fēng)管上法蘭安裝“q”型密封條。壓簧在導(dǎo)向桿的約束下使柔性風(fēng)管上端法蘭緊貼土建風(fēng)道端面?！皅”型密封條確保補償局部縫隙。

3）豎向柔性風(fēng)管燃燒性能及耐火極限，柔性風(fēng)管本體材質(zhì)選用2 mm 不燃可在900 ℃下保持工作狀態(tài)的硅鈦耐火布。

4 隔震層風(fēng)管的制作和安裝

現(xiàn)以4 號樓JY-2 系統(tǒng)為例介紹穿過隔震層風(fēng)管的制作和安裝要點，該風(fēng)管設(shè)計截面尺寸1350 mm×500 mm。

4.1 實測土建風(fēng)道結(jié)構(gòu)尺寸

1）采用激光測距儀測量土建風(fēng)道隔震層上、下端面垂直高度，量取垂直高差時分別測量了四角及各邊中點。

2）采用鋼板尺測量土建風(fēng)道隔震層上，下端面長度，寬度和對角線長度。

4.2 隔震層端面包覆鋼板及角鋼封邊

1）根據(jù)上述測量結(jié)果，計算土建風(fēng)道隔震層上、下端面鋼板寬度與長度。

2）選用厚度為8 mm 的普通碳素鋼鋼板輔以其他規(guī)格用于找平，進行土建風(fēng)道隔震層上、下端面包覆工作。要求上、下端面的普通鋼板與土建風(fēng)道截面等寬，隔震層上端鋼板外緣一周采用∟40 mm×40 mm×4 mm 角鋼進行土建風(fēng)道包邊，防止后期安裝和使用中磕碰破損，上端鋼板為柔性軟管提供滑動平面。

3）下端包邊鋼板的四角、長邊三等分位置、寬邊中心位置，標(biāo)注φ14 mm 圓孔，共計10 處。在φ14 mm 圓孔之間，等距離預(yù)留φ9.5 mm 的圓孔，間距不大于100 mm，使用φ8 mm 通絲螺桿，長度為30 mm，焊接在預(yù)留的直徑為9.5 mm 的圓孔內(nèi)，塞焊后保持與鋼板下表面齊平。鋼板外緣一周采用∟40 mm×40 mm×4 mm 角鋼收口（圖2）。

圖2 角鋼封邊

4.3 制作柔性風(fēng)管

1）柔性風(fēng)管選用硅鈦耐火布制作，采用φ8 mm 鍍鋅圓鋼制作柔性風(fēng)管內(nèi)支撐，圓鋼內(nèi)撐間距為100 mm。該支撐可保證柔性風(fēng)管的有效通風(fēng)截面。

2）隔震層風(fēng)管上、下端鋼板安裝完成后，實際測得上、下端鋼板距離為395 mm。柔性風(fēng)管預(yù)留伸長度為50 mm，總長度為445 mm。

3）制作柔性風(fēng)管角鋼法蘭。柔性風(fēng)管法蘭選用∟40 mm×40 mm×4 mm 角鋼制作，角鋼法蘭與土建風(fēng)道隔震層下端鋼板的預(yù)留φ8 mm 通絲螺桿位置尺寸保持同徑。在隔震層下端鋼板表面原先標(biāo)注的圓孔φ14 mm 位置，對應(yīng)對柔性風(fēng)管上、下端角鋼法蘭（圖3）進行打孔，直徑同樣為φ14 mm，上、下端角鋼法蘭共計打孔10 對，要求圓孔位置上、下對齊。

圖3 上、下端角鋼法蘭

4）柔性風(fēng)管角鋼法蘭制作完成后，采用普通鍍鋅鋼板邊條，將硅鈦耐火布與上、下端角鋼法蘭進行壓邊鉚釘（圖4）固定。

圖4 柔性風(fēng)管角鋼法蘭鉚接

5）在柔性風(fēng)管上、下端角鋼法蘭φ14 mm 圓孔之間，均設(shè)置一套壓簧及導(dǎo)向裝置。壓簧在導(dǎo)向裝置的約束下使柔性風(fēng)管上端法蘭緊貼土建風(fēng)道端面。

4.4 壓簧及導(dǎo)向裝置的制作與安裝

1）根據(jù)柔性風(fēng)管上、下端角鋼法蘭φ14 mm 圓孔距離，設(shè)計柔性風(fēng)管法蘭間支撐壓簧，為避免柔性風(fēng)管遇震時失穩(wěn)，在壓簧間安裝有導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置由壓簧導(dǎo)向桿和壓簧導(dǎo)向座組成。

2）壓簧簧絲（圖5）直徑φ=2.5 mm，節(jié)距10 mm，有效圈數(shù)25，總?cè)?shù)27，旋向右旋。采用65Mn 材料制作。壓簧自然長度為253 mm，壓簧兩端并緊并磨平，磨面角≥270°。

圖5 壓簧結(jié)構(gòu)及實物圖

3）壓簧導(dǎo)向桿（圖6）由直徑φ=20 mm 的圓鋼制作，圓鋼總長度為188 mm，其中圓鋼頂端長3 mm 車削加工為φ14 mm，圓鋼底端外圓打磨后收口。

圖6 壓簧導(dǎo)向桿結(jié)構(gòu)及實物圖

4）壓簧導(dǎo)向座（圖7）由直徑φ=30 mm 的圓鋼制作，圓鋼總長度為233 mm，φ30 圓鋼外圓拋光。其中圓鋼頂端60 mm 長度范圍內(nèi)，加工直徑φ=21 mm 的內(nèi)孔，圓鋼底端3 mm 長度范圍內(nèi)，圓鋼加工直徑為14 mm。

圖7 壓簧導(dǎo)向座結(jié)構(gòu)及實物圖

5）安裝時，壓簧導(dǎo)向桿嵌入壓簧導(dǎo)向座頂端的內(nèi)孔之中，要求滑動自如，壓簧外套在壓簧導(dǎo)向桿外圓上（圖8）。然后將壓簧，壓簧導(dǎo)向桿及壓簧導(dǎo)向座組裝為成套配件，安裝在柔性風(fēng)管上、下端角鋼法蘭的φ14 mm 圓孔內(nèi)。壓簧導(dǎo)向桿上端嵌入柔性風(fēng)管上端法蘭，深度為3 mm，圓鋼與角鋼法蘭塞焊后上表面磨平。壓簧導(dǎo)向座下端嵌入柔性風(fēng)管下端法蘭，深度為3 mm，圓鋼與角鋼法蘭塞焊后下表面磨平。

圖8 壓簧及導(dǎo)向裝置實物圖

4.5 柔性風(fēng)管安裝

1）安裝密封墊料。柔性風(fēng)管上，下端角鋼法蘭與隔震層包覆鋼板緊密貼合。其中，上端角鋼法蘭與包覆鋼板之間采用“q”型密封條連接（圖9）。密封條安裝時，角鋼法蘭90°轉(zhuǎn)角位置，進行內(nèi)切45°斜角，以保證密封條轉(zhuǎn)角處安裝牢固可靠，密封條首尾搭接時，采用“企口式”結(jié)構(gòu)接口，提高接縫處的氣密性能。下端角鋼法蘭與隔震層下端面包覆鋼板之間，采用與法蘭平面等寬的陶瓷纖維板密封。

圖9 “q”型密封條、陶瓷纖維板安裝

2）安裝柔性風(fēng)管。在柔性風(fēng)管的四邊使用細鋼絲繩等將風(fēng)管壓縮至370 mm。采用提升裝置將柔性風(fēng)管吊至與隔震層上端鋼板平齊位置，人力輔助將風(fēng)管推至安裝接口位置。將柔性風(fēng)管下端角鋼法蘭，套入隔震層下端面包覆鋼板的預(yù)留螺桿上，然后進行螺栓固定。風(fēng)管四周調(diào)正后，拆除限位細繩。柔性風(fēng)管上端法蘭與隔震層包覆鋼板之間，實現(xiàn)擠壓密封（圖10）。

圖10 柔性風(fēng)管安裝效果

4.6 氣密性測試

采用帶坐標(biāo)的鋼板尺加絲線方法檢查柔性風(fēng)管嚴(yán)密性（圖11）。啟動系統(tǒng)風(fēng)機，檢測柔性風(fēng)管的嚴(yán)密性。正常工況下絲帶呈自由下垂?fàn)顟B(tài)。法蘭漏風(fēng)時，絲帶被吸向風(fēng)管，此時根據(jù)鋼板尺刻度數(shù)即能確定漏風(fēng)部位，如發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)應(yīng)及時修補，直至測試合格。

圖11 檢查柔性風(fēng)管嚴(yán)密性

5 結(jié)語

穿過隔震層風(fēng)管因其截面大，體積大要達到與建筑結(jié)構(gòu)等同的同步三維動態(tài)補償能力，該項技術(shù)一直是隔震建筑推廣普及中一項關(guān)鍵技術(shù)，在朱雀佳苑項目中我單位通過工程技術(shù)人員、管理干部和技術(shù)工人的“三結(jié)合”經(jīng)過多次試制、試驗總結(jié)了該項技術(shù)。項目投用一年來風(fēng)管使用功能可靠，觀感質(zhì)量美觀。