鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)懸掛式多聯(lián)機(jī)支架設(shè)計(jì)及安裝技術(shù)

余文浩 蘇 振 歐陽(yáng)賀權(quán)

多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)是用戶(hù)中央空調(diào)的一個(gè)類(lèi)型，俗稱(chēng)“一拖多”，指的是一臺(tái)室外機(jī)通過(guò)配管連接兩臺(tái)或兩臺(tái)以上室內(nèi)機(jī)，室外側(cè)采用風(fēng)冷換熱形式、室內(nèi)側(cè)采用直接蒸發(fā)換熱形式的一次制冷劑空調(diào)系統(tǒng)。多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)作為新技術(shù)在滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化需求、節(jié)約能源方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)中[1]。但多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在我國(guó)發(fā)展時(shí)間較短，基于現(xiàn)有安裝標(biāo)準(zhǔn)與安裝技術(shù)的限制，室內(nèi)機(jī)安裝質(zhì)量決定了多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效果[2]。

現(xiàn)有安裝技術(shù)主要采用焊接或螺栓連接的方式將支架固定于預(yù)制耳板上，室內(nèi)機(jī)置于支架上。例如，馮超等[3]發(fā)明了《懸掛式換氣機(jī)的懸掛支架》，通過(guò)懸掛支架頂部固定板與屋頂墻壁固定連接，下拉桿和上拉桿的一端分別設(shè)置有下螺孔和上螺孔。該技術(shù)可以確保室內(nèi)機(jī)安裝施工質(zhì)量，提高其穩(wěn)定性。王德順等[4]發(fā)明了《多聯(lián)機(jī)內(nèi)機(jī)吊裝支架》，采用吊裝支架放置在鋼結(jié)構(gòu)桁架上，底部垂下2 根吊桿，吊桿與下部角鋼連接形成多聯(lián)機(jī)內(nèi)機(jī)平臺(tái)。該技術(shù)可用于鋼結(jié)構(gòu)桁架懸掛，總體可滿(mǎn)足施工要求。

但上述連接方式改變了原有受力結(jié)構(gòu)，增設(shè)的孔洞、焊接影響結(jié)構(gòu)安全性及穩(wěn)定性[5]。本文依托某科技展覽廳項(xiàng)目，開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)多聯(lián)機(jī)支架連接技術(shù)研究，創(chuàng)造性地提出懸掛式支架環(huán)抱鋼結(jié)構(gòu)梁施工技術(shù)，在不改變鋼結(jié)構(gòu)原有受力結(jié)構(gòu)情況下，將多聯(lián)機(jī)安裝支架與鋼結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行無(wú)損連接，保證支架滿(mǎn)足固定、抗滑及承重的要求。

1 工程概況

本項(xiàng)目為一棟科技展覽廳，總建筑面 積為7827.69 m2，共2 層，1 層建筑面積為4980.10 m2（其中架空層面積1501.19 m2），2 層建筑面積為2480.71 m2，建筑高15.5 m，耐火等級(jí)一級(jí)，功能為展覽及辦公，設(shè)計(jì)使用年限為50 a，抗震設(shè)防烈度為7 度。

建筑主體內(nèi)部為大空間展廳，要安裝120 臺(tái)多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)，其中12 臺(tái)為吊裝式，安裝連接在架空層上空，供展廳使用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)機(jī)安裝位置位于鋼梁下側(cè)，懸空高度為11 m，施工難度大，且懸掛式支架為后置安裝設(shè)備支架。鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)切割開(kāi)孔或采用焊接的方法進(jìn)行連接，容易破壞鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及受力情況。

經(jīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、施工效率、現(xiàn)有技術(shù)能力等因素，借鑒現(xiàn)有多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)吊裝支架的技術(shù)方案，對(duì)多聯(lián)機(jī)支架進(jìn)行深化設(shè)計(jì)與安裝處理。采用懸掛式支架環(huán)抱鋼結(jié)構(gòu)梁的形式，將懸掛式支架置于鋼梁下側(cè)，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)安置于支架中，確保多聯(lián)機(jī)與鋼結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)固。

2 支架設(shè)計(jì)與安裝

2.1 支架設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)與鋼結(jié)構(gòu)的無(wú)損連接，確保多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)安裝的安全性與穩(wěn)定性，主要從支架布置形式、支架構(gòu)件截面形式、支架構(gòu)件間連接形式、支架與主體結(jié)構(gòu)連接形式4 個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1.1 支架布置形式

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，常見(jiàn)的支架布置形式有扁擔(dān)梁對(duì)接形式和三角對(duì)拉形式。扁擔(dān)梁對(duì)接形式是先將扁擔(dān)梁（U 型楞條）放置于鋼梁上側(cè)，再將多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)置于槽鋼中。該接支架方案由于未考慮支架的抗震要求、橫向位移等因素，支架的安全性能較弱。三角形對(duì)拉的布置形式是通過(guò)上夾梁裝置與鋼梁進(jìn)行無(wú)損連接，兩側(cè)加設(shè)吊桿與支架主體形成穩(wěn)定的三角結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式解決了扁擔(dān)梁對(duì)接支架不平衡位移、安全性較弱的問(wèn)題，能夠保證支架不產(chǎn)生橫向側(cè)移。

2.1.2 支架構(gòu)件截面形式

為保證多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)、風(fēng)管、保溫棉等材料得到穩(wěn)定支撐，支架構(gòu)件宜選用變形小、剛度大、軸向抗拉、抗壓性能強(qiáng)的材料，滿(mǎn)足多聯(lián)機(jī)構(gòu)件承重的要求。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行對(duì)比分析，最終支架構(gòu)件采用截面高度為41 mm、寬度為41 mm、壁厚2 mm的U 型鋁通，如圖1 所示。鋁通底部沿長(zhǎng)度方向預(yù)留一排螺栓孔，孔長(zhǎng)度為30 mm，孔間距為20 mm，可依據(jù)多聯(lián)機(jī)尺寸任意調(diào)整支架大小，保證多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)固定牢固。不銹鋼方通截面如圖2 所示。

圖1 U 型鋁通截面（來(lái)源：作者自繪）

圖2 不銹鋼方通截面（來(lái)源：作者自繪）

2.1.3 支架構(gòu)件間連接形式

多聯(lián)機(jī)支架由多個(gè)構(gòu)件組裝而成，構(gòu)件間安裝位置的偏差會(huì)直接影響多聯(lián)機(jī)的安裝質(zhì)量。支架構(gòu)件間的連接形式主要有焊接與螺栓連接，采用焊接的方式，能滿(mǎn)足支架安全性要求，但焊接精度要求較高，安裝速度較慢，且支架采用焊接后不能調(diào)整支架位置，無(wú)法適用于不同規(guī)格多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的安裝需求。采用螺栓的方式，在多聯(lián)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)荷載作用下可能導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，影響支架的整體穩(wěn)定性。因此，本文提出采用“角碼+螺栓”的連接形式。利用角碼將兩構(gòu)件沿水平與豎直方向進(jìn)行拼接，然后利用螺栓深入角碼預(yù)留孔洞將角碼與構(gòu)件預(yù)留孔固定，并依次將支架構(gòu)件組裝成一個(gè)整體。

2.1.4 支架與主體結(jié)構(gòu)連接形式

支架與主體結(jié)構(gòu)的連接形式主要有2 種，一種是連接處位于梁側(cè)，另一種是連接處位于梁頂。

從施工工藝考慮，第一種方式通過(guò)焊接耳板的方式與鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性連接，對(duì)工人的焊接水平要求高；第二種采用上梁夾的方式，通過(guò)鋁碼、M12 連接桿與鋼梁進(jìn)行柔性連接，有安裝難度小、安裝高效、靈活可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，且能確保鋼梁不受損傷。從經(jīng)濟(jì)性考慮，采用焊接方式，焊接單個(gè)支架所需材料為定制鋼板，經(jīng)計(jì)算所需材料及人工費(fèi)為489.4 元；采用上梁夾方式，安裝單個(gè)支架所需材料為鋁碼、連接桿與螺栓，計(jì)算材料和人工費(fèi)為97 元，經(jīng)濟(jì)上較第一種連接方式更合理。具體費(fèi)用組成如表1 所示。

表1 梁側(cè)剛接連接與梁頂柔性連接方式費(fèi)用組成

2.2 多聯(lián)機(jī)支架安裝

懸掛式多聯(lián)機(jī)支架的安裝包括支架的拼裝和支架的懸掛。支架主要由6 部分拼裝組成，分別為上梁夾1、斜桿2、上部支架3、背拼件4、連接支架5 及下部支架6。上夾梁用于與鋼梁上端無(wú)損連接，斜桿用于將上夾梁與支架拉結(jié)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，上部支架與下部支架則通過(guò)連接支架形成支架主體結(jié)構(gòu)，并利用M12 背拼件將支架主體與鋼梁下端連接，保證支架不產(chǎn)生橫向側(cè)移，滿(mǎn)足穩(wěn)定性需求。多聯(lián)機(jī)支架立面圖如圖3 所示，多聯(lián)機(jī)支架平面圖如圖4 所示。

圖3 多聯(lián)機(jī)支架立面圖（來(lái)源：作者自繪）

圖4 多聯(lián)機(jī)支架平面圖（來(lái)源：作者自繪）

2.2.1 支架拼裝

支架拼裝分兩步進(jìn)行，首先在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行上部支架、連接支架與下部支架的拼裝，支架安裝完成后使用高空車(chē)連接支架與鋼梁。

1）上部支架拼接。上部支架位于上梁夾與主體結(jié)構(gòu)下端，由3 根縱向上U 型鋁通、3 根縱向下U 型鋁通與3 根橫向U 型鋁通組成，縱向上U型鋁通上部?jī)啥嗽O(shè)有耳板與凸型角件。先利用螺栓將3 根縱向上U 型鋁通與3 根縱向下U 型鋁通連接，后利用凸型角件將3 根縱向上U 型鋁通與3 根橫向U 型鋁通進(jìn)行連接。

2）連接支架與上部支架拼接。連接支架5 位于上部支架下端，是由6 根U 型鋁通組成，利用鋁碼、螺栓將每根U 型鋁通與3 根縱向下U 型鋁通進(jìn)行連接。

3）下部支架與連接支架拼接。下部支架6 位于連接支架的下端，由3 根U 型鋁通組成，待連接支架與上部支架拼接完成后，利用鋁碼、螺栓將下部支架與連接支架連接形成支架的主體結(jié)構(gòu)。

2.2.2 支架與鋼結(jié)構(gòu)的連接

支架主體與鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)上梁夾1進(jìn)行連接，上梁夾包括鋁碼和連接桿，鋁碼設(shè)有通孔及耳板。連接完成后，利用斜桿2 將上梁夾兩端耳板與上部支架耳板進(jìn)行拉結(jié)，并通過(guò)背拼件4將支架與鋼梁下端固定，完成懸掛多聯(lián)機(jī)支架的安裝。支架驗(yàn)收合格后進(jìn)行多聯(lián)機(jī)的安裝與調(diào)試工作。

3 取得效果

3.1 結(jié)構(gòu)安全效果

為驗(yàn)證支架安全效果，在多聯(lián)機(jī)放置前、放置后對(duì)支架水平傾斜角度與擾度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，檢查結(jié)果如表2 所示。經(jīng)檢測(cè)，支架水平傾斜角度為1°、支架撓度＜1 mm，符合規(guī)范要求，滿(mǎn)足多聯(lián)機(jī)安裝要求。

表2 效果檢驗(yàn)記錄表

3.2 綜合效果

懸掛式多聯(lián)機(jī)支架綜合效果如下：第1，安裝便捷。鋼結(jié)構(gòu)懸掛式多聯(lián)機(jī)支架能確保在不開(kāi)孔、不損壞鋼結(jié)構(gòu)的情況下與鋼梁進(jìn)行無(wú)損連接，保證多聯(lián)機(jī)安裝、使用便捷，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)增加多聯(lián)機(jī)的需求。第2，成本低。支架采用高強(qiáng)輕質(zhì)U 型鋁通拼裝制作，其制作成本低。第3，連接穩(wěn)定。支架采用組合式結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接方式穩(wěn)定可靠，有效提高了室內(nèi)多聯(lián)機(jī)施工效率。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)多聯(lián)機(jī)支架施工技術(shù)的難點(diǎn)在于如何在確保支架滿(mǎn)足剛度、穩(wěn)定性、承載力的前提下，實(shí)現(xiàn)支架與鋼結(jié)構(gòu)的無(wú)損連接。懸掛式多聯(lián)機(jī)支架利用螺栓、對(duì)接鋁碼、拉桿、高強(qiáng)輕質(zhì)U 型鋁通拼接的方式，解決了常規(guī)焊接、螺栓連接問(wèn)題，適用于安裝不同規(guī)格的多聯(lián)機(jī)管道，能夠降低支架的安裝成本與維護(hù)成本。