關(guān)于在隔震建筑中暖通空調(diào)設(shè)計方法的探討

劉子熠

（太原市建筑規(guī)劃設(shè)計院，山西 太原 030000）

0 引言

在公用及民用建筑設(shè)計中，當前遵循的抗震原則是1989 年規(guī)范提出的“小震不壞、中震可修和大震不倒”的基本原則。這里明確了大震下不發(fā)生危及生命的嚴重破壞，即達到“生命安全”的一般性情況性能設(shè)計目標。這只是對建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)提出的基本要求，而暖通設(shè)備專業(yè)通常沒有過多要求。因為建筑設(shè)備屬于建筑內(nèi)配套設(shè)施，屬于即便震時遭到破壞仍然可修復的范圍。在平衡建筑物安全性與經(jīng)濟性的相對關(guān)系后不會被提出過多的要求。在通常的設(shè)計中，設(shè)備專業(yè)設(shè)計者并不會過多考慮地震時對建筑設(shè)備的影響。而在某些重要工程，（如醫(yī)院）的抗震建筑設(shè)計中，不少設(shè)計者也只是采取基本的設(shè)備減振手段予以應(yīng)對，并沒有關(guān)注到地震對建筑設(shè)備的影響，這樣就會對這類建筑應(yīng)對災(zāi)害的能力造成一定的隱患。

根據(jù)《建設(shè)工程抗震管理條例》要求，高烈度設(shè)防地區(qū)的特殊建筑會采用隔震技術(shù)，在建筑物中設(shè)置隔震層，隔震溝和隔震墊來抵消或減小地震對建筑物的剪切破壞。相應(yīng)地，建筑中暖通設(shè)備的各個分系統(tǒng)也應(yīng)配合這些建筑的特殊構(gòu)造做出相應(yīng)的設(shè)計。這樣才能滿足在震后能夠滿足正常使用要求。

1 建筑采暖系統(tǒng)

建筑采暖系統(tǒng)一般分為散熱器和低溫地板輻射采暖兩種形式，在這類公共建筑中一般會采用上供下回和下供下回兩種干管系統(tǒng)連接方式。由于隔震建筑的隔震層一般設(shè)于建筑的地下層，隔震建筑抵消地震橫波時靠隔震墊處的橫向剪切位移來保護建筑主體的安全，這樣就會在隔震層處對穿越的豎向立管提出要求，即豎向立管要可以承受建筑主體在震時發(fā)生的橫向偏移才能保證系統(tǒng)不會損壞。

《建筑隔震設(shè)計標準》（GB/T 51408—2021）[1]第5.5.2、5.5.3 條規(guī)定，穿越隔震層的一般管線在隔震層處應(yīng)采用柔性措施，其預留的水平變形量不應(yīng)小于隔離縫寬度。穿越隔震層的重要管道，可能泄露有害介質(zhì)或可燃介質(zhì)的管道，在隔震處應(yīng)采用柔性措施，其預留的水平變形量不應(yīng)小于隔離縫寬度的1.4 倍。

在《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖（03SG601—1）》[2]中有管道柔性連接的做法。但是考慮到這類公共建筑物內(nèi)豎向立管一般較多，而過多的柔性連接勢必會導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差和故障損壞率上升。所以這類建筑的采暖底部干管宜設(shè)置在隔震層內(nèi)，使底環(huán)干管與上部建筑連接固定，這樣就可以避免每個采暖干管分別與上部進行柔性連接，只在建筑熱力入口處處理與上部干管的橫向變形就可以了。在《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖（03SG610—1）》中特別注明，當管徑≥100mm 時，金屬軟管需安裝為L 型水平管。所以最優(yōu)的處理方式是在熱力管道進入建筑主體后，安裝采暖熱力入口計量裝置并與隔震層下部建筑主體固定，然后橫向安裝滿足建筑隔震偏移形變量的L 型金屬軟管后，再與采暖干立管連接，如圖1 所示。柔性橡膠在長時間輸送熱水介質(zhì)可能會出現(xiàn)加速老化損害，所以采暖系統(tǒng)中柔性連接均應(yīng)采用金屬軟管，并滿足采暖系統(tǒng)的承壓要求和進行相應(yīng)的防銹處理。

圖1 隔震層采暖空調(diào)水管金屬軟管連接方法

2 建筑空調(diào)系統(tǒng)

2.1 多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)

多聯(lián)機采用氟利昂作為制冷劑連接室內(nèi)風機盤管與空調(diào)室外機的是銅管，銅管具有一定的變形能力，只要在隔震層連接下部系統(tǒng)與上部系統(tǒng)的立管處預留足夠的變形長度即可以達到在地震中保護系統(tǒng)的作用。

2.2 風機盤管空調(diào)水系統(tǒng)

風機盤管空調(diào)水系統(tǒng)的冷熱媒采用水，管道一般采用鍍鋅鋼管，冷媒溫度通常為7/12℃，熱媒溫度通常為60/65℃，管道同樣有承壓要求。這樣，空調(diào)水系統(tǒng)管道在穿越隔震層時的做法可以同采暖管道的處理方式相同，在橫干管與立干管連接處上設(shè)置相應(yīng)承壓力的L型金屬軟管以抵消地震時在隔震層產(chǎn)生的對豎向管道的橫向位移，保護系統(tǒng)的安全完整性。

2.3 空調(diào)新風系統(tǒng)

在隔震建筑中，中央空調(diào)的新風系統(tǒng)宜分層獨立設(shè)置系統(tǒng)，這樣隔震層上下部分系統(tǒng)獨立，只需要考慮構(gòu)件安裝的穩(wěn)定安全性，系統(tǒng)并不會在震時被建筑的橫向位移破壞。對于設(shè)置集中新風機房立管分層送風的新風系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)空調(diào)的集中送回風管道，穿越隔震層的豎向風管勢必會在地震中受到建筑物上下主體的相對位移造成的橫向剪切破壞。個人認為解決方法有以下兩種：

（1）在隔震層內(nèi)豎向風道采用柔性風管連接，同時擴大土建風道，保證柔性風管兩側(cè)有大于建筑隔震時上下主體位移量的空間。由于普通柔性風管一般為機械成型的鋁制或鋁箔制軟風管，這類風管沒有足夠的耐火性能。故在應(yīng)用這種連接方式時應(yīng)在柔性風管兩端安裝70℃防火閥并做相應(yīng)的防火封堵隔離，用以防止這個系統(tǒng)中相對薄弱環(huán)節(jié)損壞時在火災(zāi)時造成的危險隱患，如圖2 所示。

圖2 隔震層風道內(nèi)柔性風管連接

（2）使用矩形防火伸縮風管，矩形防火伸縮風管在軸向具有比較大的形變能力。可以用來消除在震時隔震建筑上下主體發(fā)生相對位移對風管產(chǎn)生的破壞。這種做法不必擴大土建風道，但上下土建風道位置之間需要滿足至少2 倍的建筑隔震位移量，且脫離土建風道的內(nèi)風道需要防火處理，且應(yīng)該安裝70℃防火閥保證系統(tǒng)安全，如圖3 所示。

圖3 隔震層風道防火伸縮風管連接

3 建筑防煙排煙系統(tǒng)

在公共建筑中，采暖，空調(diào)系統(tǒng)都屬于保證建筑舒適性的系統(tǒng)，在隔震建筑暖通設(shè)計中我們應(yīng)當盡量保證其系統(tǒng)在遭遇地震后的完整性。即便震時系統(tǒng)有部分損壞，其并不會明顯影響建筑物的使用功能。但是建筑防煙排煙系統(tǒng)是消防系統(tǒng)的重要組成部分，在隔震建筑這種災(zāi)后需要繼續(xù)正常使用的建筑中，更是要起到預防次生災(zāi)害，保護人員生命安全的重要作用。所以，在抗震建筑的暖通設(shè)計中，必須要保證建筑防排煙系統(tǒng)在震后的系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性。這就要求暖通設(shè)計人員在設(shè)計時提高重視防排煙系統(tǒng)，合理設(shè)計，保證安全。

3.1 建筑正壓防煙系統(tǒng)

機械加壓送風系統(tǒng)是利用送風機供給疏散通道中的防煙樓梯間及其前室、無自然通風的封閉樓梯間、消防電梯前室或合用前室這些空間以室外新鮮空氣，形成與煙氣擴散方向相反的氣流，阻止煙氣向正壓空間擴散入侵，以確保疏散通道安全的一種手段措施。

3.1.1 樓梯間的機械加壓送風系統(tǒng)

由于《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018 年版）》（GB 50016—2014）[3]6.4.4.3 條規(guī)定建筑的地下或半地下部分與地上部分不共用樓梯間，確需共用樓梯間時，應(yīng)在首層采用耐火極限不低于2.00h 的防火隔墻和乙級防火門將地下或半地下部分與地上部分的連通部位完全分隔。地上部分與地下部分樓梯的加壓送風系統(tǒng)一般也是分別獨立設(shè)置的。地上部分樓梯的風機設(shè)置于屋頂，止于一層，不會與隔震層發(fā)生關(guān)系。因此只需要關(guān)注地下部分的樓梯間加壓送風系統(tǒng)設(shè)置。

地下樓梯加壓送風系統(tǒng)從室外吸取新鮮空氣經(jīng)過地下風機房內(nèi)正壓風機吹入樓梯間，吸風段風道會穿越隔震層，可以采用矩形防火伸縮風管連接設(shè)置于隔震溝內(nèi)的剛性風管，如圖4 所示。但應(yīng)著重注意的是采用這種做法時隔震溝內(nèi)凈寬度應(yīng)該保證在安裝矩形風管后兩側(cè)均留有大于隔震層在地震時產(chǎn)生的水平方向位移量的寬度，以保證在地震時不會因為建筑上下部分的相對位移而損壞隔震溝內(nèi)安裝的風管。但是由于吸風段計算風速通常不大，吸風段風管尺寸通常也較大，使用這種方法時隔震溝寬度往往不易滿足其安裝要求。第二種方法就是脫離隔震溝設(shè)置獨立土建風道（圖5），在隔震溝下設(shè)置獨立的越過隔震溝的獨立土建風道直通室外。土建風道與隔震溝下部建筑主體為一個整體，在地震時不會受到上部主體建筑的相對位移產(chǎn)生的影響，同時堅固的土建風道也具有足夠的耐火極限，保證了正壓系統(tǒng)的安全性。而正壓系統(tǒng)的送風段一般是直接在機房內(nèi)連接樓梯間或地下樓梯風道，故沒有地震時被破壞的危險。

圖4 利用隔震溝設(shè)置出地面風道做法

圖5 隔震層下單獨設(shè)置土建風道做法

3.1.2 消防電梯前室和合用前室的加壓送風系統(tǒng)

抗震建筑內(nèi)前室的正壓送風系統(tǒng)最好可以上下部分獨立設(shè)置。獨立設(shè)置的系統(tǒng)安全性穩(wěn)定性會更高，但會增加地下機房，改變建筑布局，占用更多空間。將加壓風機設(shè)置在屋頂，正壓風道對每層前室送風的設(shè)置方法則要求豎向風管在穿越隔震層時有足夠的橫向變形能力和變形空間，做法可同集中送風系統(tǒng)豎向風管穿越隔震層做法。這樣做的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，缺點則是土建風道比通常做法大很多，占用建筑使用空間，或是土建風道不擴大但上下位置錯開，也會占用一定的使用空間。

3.2 建筑排煙系統(tǒng)

建筑排煙系統(tǒng)用以在建筑火災(zāi)時排除高溫煙氣，減少火災(zāi)時煙氣對人員生命安全的威脅同時保證疏散空間的能見度，為人員在火災(zāi)時順利疏散出火場提供保障。

與正壓系統(tǒng)相同的原因，隔震建筑中排煙系統(tǒng)最佳的布置方式也是隔震層上下建筑內(nèi)系統(tǒng)獨立。獨立布置時，地下部分排煙系統(tǒng)與隔震層發(fā)生關(guān)系的是排煙風機后到出地面風口的煙氣排出段。由于隔震溝內(nèi)無法設(shè)置土建風道側(cè)壁，所以排煙風道采用通過隔震溝出地面的方式時除了隔震溝寬度要滿足風道兩側(cè)空間大于變形位移量，排煙風管還必須采用防火伸縮保溫風管，以達到消防要求的耐火隔熱性和完整性。但最好的設(shè)置方式仍是設(shè)置圖5 中的獨立土建風道作為煙氣排出段，這樣系統(tǒng)的安全性更有保證。

由于排煙系統(tǒng)排出的是火場產(chǎn)生的高溫煙氣，故如使用豎向風管，屋頂安裝排煙風機的方式布置系統(tǒng)時，則應(yīng)注意不可使用普通柔性風管連接隔震層上下立風管而必須使用防火伸縮風管。如使用上下錯位風道的連接方式，則還應(yīng)注意脫離土建風道的金屬風管的防火保溫和防火伸縮風管使用保溫型，在脫離土建風道處還應(yīng)做滿足相應(yīng)耐火極限的防火封堵。

4 結(jié)語

由于隔震建筑的特殊性是要保證在地震后保證建筑的正常使用，如醫(yī)院要保證應(yīng)急醫(yī)療功能，學校，幼兒園等建筑不但具有震時保護生命的功能，還有災(zāi)后臨時保障安置功能，而應(yīng)急指揮場更是要起到災(zāi)后應(yīng)急指揮作用。這些都是在震后第一時間需要保證使用的功能性建筑。在設(shè)計過程中，我們應(yīng)當考慮到各種系統(tǒng)，尤其是保障安全的系統(tǒng)在隔震建筑中的抗震安全性。除了從系統(tǒng)設(shè)置方面適應(yīng)隔震建筑的特點，還應(yīng)著眼于安裝方式和施工質(zhì)量。如支吊架的抗震安裝方式是為了防止震時設(shè)備管道跌落，同時保護人員生命安全和設(shè)備系統(tǒng)完整等。只有從各個環(huán)節(jié)都考慮并配合適應(yīng)了隔震建筑的特點，考慮并解決掉所有會產(chǎn)生的問題，才能使隔震建筑在地震后仍可正常使用，從而實現(xiàn)其應(yīng)有的功能。