鋼結(jié)構(gòu)醫(yī)療建筑管線及設(shè)備減震技術(shù)研究

陳志謀 張?chǎng)析? 徐坤 吳昌根 胡震之

摘要：醫(yī)院建筑是重大民生工程，鋼結(jié)構(gòu)建筑以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在全國逐步推廣到醫(yī)院等建筑類型。筆者結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)，參考了大量文獻(xiàn)資料，認(rèn)為結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制主要包括兩個(gè)方面：一是結(jié)構(gòu)承載的振動(dòng)激勵(lì)源，即外來的干擾源;二是結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性（跨度、剛度）。本文探討了鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)設(shè)備減振設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用，并歸納了通用的綜合措施。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) ?醫(yī)療建筑 ?減震技術(shù) ?研究

Research on Shock Absorption Technology of Pipeline and Equipment in Steel Structure Medical Building

CHEN Zhimou?? ZHANG Xinxin? XU Kun? WU Changgen?? HU Zhenzhi

（China Construction Science and Industry Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong Province，? 518000 China）

Abstract： Hospital building is a major livelihood project. With its unique advantages， steel structure building has been gradually promoted to hospitals and other building types in the country. Combined with many years of working experience and referring to a large number of literature， the vibration control of the structure mainly includes two aspects： First one is the vibration excitation source of the structure， that is， the external interference source; The second is the dynamic characteristics of the structure itself （span， stiffness）. This paper discusses the application of vibration reduction design technology of equipment in steel structure buildings， and summarizes the general comprehensive measures.

Key Words： Steel structure; Medical building; Damping technology; Research

1 國家規(guī)范相關(guān)設(shè)計(jì)要求

對(duì)于環(huán)境噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，主要遵循兩大標(biāo)準(zhǔn)，分別為GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB 22337-2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲》。對(duì)于醫(yī)院類功能性很強(qiáng)的建筑，對(duì)噪音和振動(dòng)更能為敏感，設(shè)計(jì)需采取嚴(yán)格的保障措施來達(dá)標(biāo)。通過對(duì)兩大標(biāo)準(zhǔn)的分析，醫(yī)院各個(gè)房間室內(nèi)允許噪聲聲級(jí)限制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示^[1-3]。

國家標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)機(jī)械設(shè)備噪音限值、控制限值、振動(dòng)限制等方面做了詳盡的規(guī)定，此處不做詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，僅如幾個(gè)對(duì)民用建筑常用的具體列表如表2所示。

2 鋼結(jié)構(gòu)醫(yī)院減振設(shè)計(jì)技術(shù)

結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制主要包括兩個(gè)方面：一是結(jié)構(gòu)承載的振動(dòng)激勵(lì)源，即外來的干擾源;二是結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性（跨度、剛度）。建筑物自身振動(dòng)頻率與外來振動(dòng)激勵(lì)源振動(dòng)頻率一致時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振。當(dāng)外來振動(dòng)激勵(lì)源為一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的振動(dòng)源時(shí)，共振會(huì)導(dǎo)致建筑物振幅逐步變大，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)明顯。

2.1 設(shè)備設(shè)置區(qū)域和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)措施

西部某醫(yī)院的設(shè)計(jì)中，水泵房和消防泵房放在負(fù)二層，有效隔絕對(duì)主體醫(yī)療建筑的影響，核磁等重要機(jī)房設(shè)在負(fù)一層的塔樓范圍以外，使設(shè)備運(yùn)行盡量減少對(duì)主體建筑的影響，同時(shí)冷凍機(jī)房設(shè)于負(fù)三層，與核磁等機(jī)房保證了安全隔離間距，有效地減少對(duì)重要儀器的振動(dòng)影響。

通用技術(shù)匯總：（1）對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)房、進(jìn)排風(fēng)機(jī)房等大振動(dòng)設(shè)備機(jī)房應(yīng)該優(yōu)先考慮放置在地下室，若放在樓面上應(yīng)該遠(yuǎn)離對(duì)噪聲要求高的房間。（2）建筑中冷凍機(jī)房中的水泵等振動(dòng)源對(duì)于核磁共振成像設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的影響，選擇核磁共振成像設(shè)備的安裝場(chǎng)地時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振動(dòng)源。MRI等設(shè)備不僅需要滿足其電磁性能，還要考慮對(duì)振動(dòng)條件的要求。（3）設(shè)計(jì)風(fēng)冷熱泵機(jī)組制冷（熱）系統(tǒng)時(shí)， 為了得到理想的冷卻效果，通常都將熱泵機(jī)組布置在屋頂上。此時(shí)采用增加鋼架將設(shè)備架空，可有效避免設(shè)備與樓板直接接觸可能會(huì)產(chǎn)生的激增共振，從而可取得很好的隔振效果。（4）當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)備支架的自振頻率與機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)頻率一致時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振反應(yīng)，應(yīng)考慮此因素，選取合適的設(shè)備支架，防止支架的自振頻率與機(jī)器的自振頻率一致從而產(chǎn)生大幅度振動(dòng)。（5）設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)框架之前應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)兩側(cè)剛度要求，特別是要考慮增加支撐旋轉(zhuǎn)設(shè)備層水平方向剛度要求，也是剛性樓蓋形成的必要條件。因?yàn)樾D(zhuǎn)設(shè)備臺(tái)座與精密儀表振動(dòng)要求高，設(shè)計(jì)人員要考慮整體協(xié)調(diào)，盡可能把設(shè)備安裝在樓蓋剛度兩側(cè)，樓蓋的剛度中心振動(dòng)頻率過小，容易產(chǎn)生共振。（6）柴發(fā)機(jī)房、設(shè)備機(jī)房位于地面以上時(shí)應(yīng)注意避開敏感房間（如產(chǎn)房、病房等），如無法避開則需要做浮筑基礎(chǔ)隔振。

2.2 設(shè)備降噪對(duì)應(yīng)措施

西部某醫(yī)院的設(shè)計(jì)中，公共區(qū)域大量采用穿孔鋁板墻面，風(fēng)管等設(shè)備連接采用軟接頭，管道穿越房間處設(shè)置隔聲材料密封，有效完成吸音降噪功能。

通用技術(shù)匯總：醫(yī)院建筑對(duì)聲環(huán)境的要求較高，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院中通風(fēng)系統(tǒng)因噪聲太大而不使用的情況并不鮮見。要實(shí)現(xiàn)醫(yī)院室內(nèi)噪聲級(jí)要求，暖通空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備等需要采取一系列的消聲隔震與減震措施。

噪音消除的措施主要有吸音、隔聲和消聲。

各類措施根據(jù)不同的情況選擇單獨(dú)或組合使用，并且最好有專業(yè)聲學(xué)公司介入聯(lián)合設(shè)計(jì)，才能得到滿意的效果。降噪設(shè)計(jì)常用措施如下。（1）盡可能將通風(fēng)設(shè)備安裝在機(jī)房?jī)?nèi)，布置位置應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)噪聲敏感的房間。（2）機(jī)房墻體內(nèi)表面設(shè)置隔音棉、機(jī)房門應(yīng)采用隔音措施。（3）通風(fēng)管道、通風(fēng)機(jī)組等設(shè)備的功率應(yīng)采用產(chǎn)品的實(shí)測(cè)數(shù)值。（4）通過直流風(fēng)道、彎頭、三通、異徑管、閥門、送風(fēng)口和排氣口的氣流產(chǎn)生的再生噪音的聲功率級(jí)和自然衰減應(yīng)根據(jù)每個(gè)倍頻帶的中心頻率進(jìn)行計(jì)算和確定。（5）當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲自然衰減達(dá)不到允許的噪聲標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置消音設(shè)備或采取相應(yīng)消音措施。具體所需消音量應(yīng)通過計(jì)算確定。（6）選擇消音設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求的消音量、噪聲的原始頻率特性、消音設(shè)備的聲學(xué)性能和空氣動(dòng)力特性，選出最優(yōu)經(jīng)濟(jì)比來確定。（7）消音設(shè)備的布置應(yīng)考慮風(fēng)管內(nèi)部氣流的影響。消聲設(shè)備所在機(jī)房應(yīng)考慮貼消音板以達(dá)到隔音要求。（8）風(fēng)管穿過機(jī)房時(shí)預(yù)留孔洞會(huì)產(chǎn)生一定縫隙，應(yīng)用具有隔聲功能的彈性材料填充。

2.3 設(shè)備減振對(duì)應(yīng)措施

西部某醫(yī)院的設(shè)計(jì)中，水泵、風(fēng)機(jī)組、冷水主機(jī)、醫(yī)療設(shè)備平臺(tái)等，大量采用了減隔振設(shè)施，將設(shè)備運(yùn)行的振動(dòng)影響減到最小。

通用技術(shù)匯總：減振措施也是設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮的問題。隔振元件是安裝在基礎(chǔ)和設(shè)備下的質(zhì)量塊之間的隔振器或隔振材料，使設(shè)備與地基之間的剛性連接成為彈性支承，達(dá)到減振隔振的目的。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮隔振要求安裝位置和允許空間等因素進(jìn)行選擇，一般分成隔振器、隔震墊和柔性接管3類。常用的隔振元器件有金屬彈簧隔振器、橡膠隔振器、隔震墊、管道隔振4種，其原理實(shí)際均為阻尼減振。減振設(shè)計(jì)常用的措施如下。（1）當(dāng)暖通空調(diào)系統(tǒng)的振動(dòng)通過自然衰減仍然不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則應(yīng)設(shè)置隔振器等其他隔振措施。（2）對(duì)于無隔振裝置的設(shè)備，當(dāng)其轉(zhuǎn)速小于或等于1500r/min時(shí)，應(yīng)選用彈簧隔振器;當(dāng)轉(zhuǎn)速大于1500r/min時(shí)，根據(jù)設(shè)備振動(dòng)強(qiáng)度以及環(huán)境要求，也可采用橡膠隔振器或隔振器。（3）選擇彈簧或橡膠隔振器時(shí)，宜按下列要求：①隔振器所承受最大荷載應(yīng)低于允許工作荷載;②在基礎(chǔ)與隔振器中間應(yīng)設(shè)置彈性隔震墊;③設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與隔振器垂直方向的固有頻率之比，應(yīng)不小于2.5，宜為4～5 ;④當(dāng)共振振幅較大時(shí)，宜于阻尼大的材料聯(lián)合使用;⑤橡膠隔振器的壓縮變形應(yīng)按制造商提供的極限壓縮量的1/3～1/2計(jì)算;⑥橡膠隔振器應(yīng)避免太陽直接輻射或者與油類接觸，應(yīng)計(jì)入環(huán)境溫度對(duì)橡膠隔振器壓縮變形量。（4）如果滿足以下要求之一，則應(yīng)增加隔振座的質(zhì)量和尺寸：①設(shè)備的重心偏高;②設(shè)備重心不在重心且有較大偏離;③無法嚴(yán)格滿足隔振要求。（5）通風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口管道應(yīng)采用軟管連接。（6）受設(shè)備振動(dòng)影響的管道下方應(yīng)采用彈性橋架。（7）穿過病房的污水和雨水排水管道應(yīng)使用靜音管^[4-6]。

3 結(jié)語

醫(yī)院建筑是重大民生工程，對(duì)噪聲和振動(dòng)敏感，需要采用成套的技術(shù)措施進(jìn)行詳盡控制，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就需要做全方位的考慮，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)院的技術(shù)力量已經(jīng)無法單獨(dú)完成，需結(jié)合聲學(xué)專業(yè)公司、減振設(shè)備專業(yè)廠家的力量，在設(shè)計(jì)階段對(duì)功能區(qū)的辨別、振動(dòng)設(shè)備位置的設(shè)置、室內(nèi)降噪裝修標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備管路的綜合減振措施等方面，進(jìn)行綜合、系統(tǒng)性的考慮，才能比較完善地達(dá)到國家的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，交出業(yè)主和用戶滿意的作品。本文僅對(duì)此綜合舉措做了簡(jiǎn)單的歸納，希望能給設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)提供初步的應(yīng)對(duì)方向，有效減少重復(fù)研究工作。

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