關于在隔震建筑中暖通空調設計方法的探討

劉子熠

（太原市建筑規劃設計院，山西 太原 030000）

0 引言

在公用及民用建筑設計中，當前遵循的抗震原則是1989 年規范提出的“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計目標。這只是對建筑結構專業提出的基本要求，而暖通設備專業通常沒有過多要求。因為建筑設備屬于建筑內配套設施，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濟性的相對關系后不會被提出過多的要求。在通常的設計中，設備專業設計者并不會過多考慮地震時對建筑設備的影響。而在某些重要工程，（如醫院）的抗震建筑設計中，不少設計者也只是采取基本的設備減振手段予以應對，并沒有關注到地震對建筑設備的影響，這樣就會對這類建筑應對災害的能力造成一定的隱患。

根據《建設工程抗震管理條例》要求，高烈度設防地區的特殊建筑會采用隔震技術，在建筑物中設置隔震層，隔震溝和隔震墊來抵消或減小地震對建筑物的剪切破壞。相應地，建筑中暖通設備的各個分系統也應配合這些建筑的特殊構造做出相應的設計。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

建筑采暖系統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連接方式。由于隔震建筑的隔震層一般設于建筑的地下層，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生的橫向偏移才能保證系統不會損壞。

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

在《建筑結構隔震構造詳圖（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豎向立管一般較多，而過多的柔性連接勢必會導致系統的穩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置在隔震層內，使底環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《建筑結構隔震構造詳圖（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可能會出現加速老化損害，所以采暖系統中柔性連接均應采用金屬軟管，并滿足采暖系統的承壓要求和進行相應的防銹處理。

圖1 隔震層采暖空調水管金屬軟管連接方法

2 建筑空調系統

2.1 多聯機空調系統

多聯機采用氟利昂作為制冷劑連接室內風機盤管與空調室外機的是銅管，銅管具有一定的變形能力，只要在隔震層連接下部系統與上部系統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的作用。

2.2 風機盤管空調水系統

風機盤管空調水系統的冷熱媒采用水，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，空調水系統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置相應承壓力的L型金屬軟管以抵消地震時在隔震層產生的對豎向管道的橫向位移，保護系統的安全完整性。

2.3 空調新風系統

在隔震建筑中，中央空調的新風系統宜分層獨立設置系統，這樣隔震層上下部分系統獨立，只需要考慮構件安裝的穩定安全性，系統并不會在震時被建筑的橫向位移破壞。對于設置集中新風機房立管分層送風的新風系統和全空氣系統空調的集中送回風管道，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。故在應用這種連接方式時應在柔性風管兩端安裝70℃防火閥并做相應的防火封堵隔離，用以防止這個系統中相對薄弱環節損壞時在火災時造成的危險隱患，如圖2 所示。

圖2 隔震層風道內柔性風管連接

（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生相對位移對風管產生的破壞。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風道需要防火處理，且應該安裝70℃防火閥保證系統安全，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

在公共建筑中，采暖，空調系統都屬于保證建筑舒適性的系統，在隔震建筑暖通設計中我們應當盡量保證其系統在遭遇地震后的完整性。即便震時系統有部分損壞，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是消防系統的重要組成部分，在隔震建筑這種災后需要繼續正常使用的建筑中，更是要起到預防次生災害，保護人員生命安全的重要作用。所以，在抗震建筑的暖通設計中，必須要保證建筑防排煙系統在震后的系統完整性和穩定性。這就要求暖通設計人員在設計時提高重視防排煙系統，合理設計，保證安全。

3.1 建筑正壓防煙系統

機械加壓送風系統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

由于《建筑設計防火規范（2018 年版）》（GB 50016—2014）[3]6.4.4.3 條規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一般也是分別獨立設置的。地上部分樓梯的風機設置于屋頂，止于一層，不會與隔震層發生關系。因此只需要關注地下部分的樓梯間加壓送風系統設置。

地下樓梯加壓送風系統從室外吸取新鮮空氣經過地下風機房內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置于隔震溝內的剛性風管，如圖4 所示。但應著重注意的是采用這種做法時隔震溝內凈寬度應該保證在安裝矩形風管后兩側均留有大于隔震層在地震時產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置獨立土建風道（圖5），在隔震溝下設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，保證了正壓系統的安全性。而正壓系統的送風段一般是直接在機房內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 利用隔震溝設置出地面風道做法

圖5 隔震層下單獨設置土建風道做法

3.1.2 消防電梯前室和合用前室的加壓送風系統

抗震建筑內前室的正壓送風系統最好可以上下部分獨立設置。獨立設置的系統安全性穩定性會更高，但會增加地下機房，改變建筑布局，占用更多空間。將加壓風機設置在屋頂，正壓風道對每層前室送風的設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豎向風管穿越隔震層做法。這樣做的優點是系統簡單，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

建筑排煙系統用以在建筑火災時排除高溫煙氣，減少火災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，為人員在火災時順利疏散出火場提供保障。

與正壓系統相同的原因，隔震建筑中排煙系統最佳的布置方式也是隔震層上下建筑內系統獨立。獨立布置時，地下部分排煙系統與隔震層發生關系的是排煙風機后到出地面風口的煙氣排出段。由于隔震溝內無法設置土建風道側壁，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。但最好的設置方式仍是設置圖5 中的獨立土建風道作為煙氣排出段，這樣系統的安全性更有保證。

由于排煙系統排出的是火場產生的高溫煙氣，故如使用豎向風管，屋頂安裝排煙風機的方式布置系統時，則應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做滿足相應耐火極限的防火封堵。

4 結語

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