关于在隔震建筑中暖通空调设计方法的探讨

刘子熠

（太原市建筑规划设计院，山西 太原 030000）

0 引言

在公用及民用建筑设计中，当前遵循的抗震原则是1989 年规范提出的“小震不坏、中震可修和大震不倒”的基本原则。这里明确了大震下不发生危及生命的严重破坏，即达到“生命安全”的一般性情况性能设计目标。这只是对建筑结构专业提出的基本要求，而暖通设备专业通常没有过多要求。因为建筑设备属于建筑内配套设施，属于即便震时遭到破坏仍然可修复的范围。在平衡建筑物安全性与经济性的相对关系后不会被提出过多的要求。在通常的设计中，设备专业设计者并不会过多考虑地震时对建筑设备的影响。而在某些重要工程，（如医院）的抗震建筑设计中，不少设计者也只是采取基本的设备减振手段予以应对，并没有关注到地震对建筑设备的影响，这样就会对这类建筑应对灾害的能力造成一定的隐患。

根据《建设工程抗震管理条例》要求，高烈度设防地区的特殊建筑会采用隔震技术，在建筑物中设置隔震层，隔震沟和隔震垫来抵消或减小地震对建筑物的剪切破坏。相应地，建筑中暖通设备的各个分系统也应配合这些建筑的特殊构造做出相应的设计。这样才能满足在震后能够满足正常使用要求。

1 建筑采暖系统

建筑采暖系统一般分为散热器和低温地板辐射采暖两种形式，在这类公共建筑中一般会采用上供下回和下供下回两种干管系统连接方式。由于隔震建筑的隔震层一般设于建筑的地下层，隔震建筑抵消地震横波时靠隔震垫处的横向剪切位移来保护建筑主体的安全，这样就会在隔震层处对穿越的竖向立管提出要求，即竖向立管要可以承受建筑主体在震时发生的横向偏移才能保证系统不会损坏。

《建筑隔震设计标准》（GB/T 51408—2021）[1]第5.5.2、5.5.3 条规定，穿越隔震层的一般管线在隔震层处应采用柔性措施，其预留的水平变形量不应小于隔离缝宽度。穿越隔震层的重要管道，可能泄露有害介质或可燃介质的管道，在隔震处应采用柔性措施，其预留的水平变形量不应小于隔离缝宽度的1.4 倍。

在《建筑结构隔震构造详图（03SG601—1）》[2]中有管道柔性连接的做法。但是考虑到这类公共建筑物内竖向立管一般较多，而过多的柔性连接势必会导致系统的稳定性变差和故障损坏率上升。所以这类建筑的采暖底部干管宜设置在隔震层内，使底环干管与上部建筑连接固定，这样就可以避免每个采暖干管分别与上部进行柔性连接，只在建筑热力入口处处理与上部干管的横向变形就可以了。在《建筑结构隔震构造详图（03SG610—1）》中特别注明，当管径≥100mm 时，金属软管需安装为L 型水平管。所以最优的处理方式是在热力管道进入建筑主体后，安装采暖热力入口计量装置并与隔震层下部建筑主体固定，然后横向安装满足建筑隔震偏移形变量的L 型金属软管后，再与采暖干立管连接，如图1 所示。柔性橡胶在长时间输送热水介质可能会出现加速老化损害，所以采暖系统中柔性连接均应采用金属软管，并满足采暖系统的承压要求和进行相应的防锈处理。

图1 隔震层采暖空调水管金属软管连接方法

2 建筑空调系统

2.1 多联机空调系统

多联机采用氟利昂作为制冷剂连接室内风机盘管与空调室外机的是铜管，铜管具有一定的变形能力，只要在隔震层连接下部系统与上部系统的立管处预留足够的变形长度即可以达到在地震中保护系统的作用。

2.2 风机盘管空调水系统

风机盘管空调水系统的冷热媒采用水，管道一般采用镀锌钢管，冷媒温度通常为7/12℃，热媒温度通常为60/65℃，管道同样有承压要求。这样，空调水系统管道在穿越隔震层时的做法可以同采暖管道的处理方式相同，在横干管与立干管连接处上设置相应承压力的L型金属软管以抵消地震时在隔震层产生的对竖向管道的横向位移，保护系统的安全完整性。

2.3 空调新风系统

在隔震建筑中，中央空调的新风系统宜分层独立设置系统，这样隔震层上下部分系统独立，只需要考虑构件安装的稳定安全性，系统并不会在震时被建筑的横向位移破坏。对于设置集中新风机房立管分层送风的新风系统和全空气系统空调的集中送回风管道，穿越隔震层的竖向风管势必会在地震中受到建筑物上下主体的相对位移造成的横向剪切破坏。个人认为解决方法有以下两种：

（1）在隔震层内竖向风道采用柔性风管连接，同时扩大土建风道，保证柔性风管两侧有大于建筑隔震时上下主体位移量的空间。由于普通柔性风管一般为机械成型的铝制或铝箔制软风管，这类风管没有足够的耐火性能。故在应用这种连接方式时应在柔性风管两端安装70℃防火阀并做相应的防火封堵隔离，用以防止这个系统中相对薄弱环节损坏时在火灾时造成的危险隐患，如图2 所示。

图2 隔震层风道内柔性风管连接

（2）使用矩形防火伸缩风管，矩形防火伸缩风管在轴向具有比较大的形变能力。可以用来消除在震时隔震建筑上下主体发生相对位移对风管产生的破坏。这种做法不必扩大土建风道，但上下土建风道位置之间需要满足至少2 倍的建筑隔震位移量，且脱离土建风道的内风道需要防火处理，且应该安装70℃防火阀保证系统安全，如图3 所示。

图3 隔震层风道防火伸缩风管连接

3 建筑防烟排烟系统

在公共建筑中，采暖，空调系统都属于保证建筑舒适性的系统，在隔震建筑暖通设计中我们应当尽量保证其系统在遭遇地震后的完整性。即便震时系统有部分损坏，其并不会明显影响建筑物的使用功能。但是建筑防烟排烟系统是消防系统的重要组成部分，在隔震建筑这种灾后需要继续正常使用的建筑中，更是要起到预防次生灾害，保护人员生命安全的重要作用。所以，在抗震建筑的暖通设计中，必须要保证建筑防排烟系统在震后的系统完整性和稳定性。这就要求暖通设计人员在设计时提高重视防排烟系统，合理设计，保证安全。

3.1 建筑正压防烟系统

机械加压送风系统是利用送风机供给疏散通道中的防烟楼梯间及其前室、无自然通风的封闭楼梯间、消防电梯前室或合用前室这些空间以室外新鲜空气，形成与烟气扩散方向相反的气流，阻止烟气向正压空间扩散入侵，以确保疏散通道安全的一种手段措施。

3.1.1 楼梯间的机械加压送风系统

由于《建筑设计防火规范（2018 年版）》（GB 50016—2014）[3]6.4.4.3 条规定建筑的地下或半地下部分与地上部分不共用楼梯间，确需共用楼梯间时，应在首层采用耐火极限不低于2.00h 的防火隔墙和乙级防火门将地下或半地下部分与地上部分的连通部位完全分隔。地上部分与地下部分楼梯的加压送风系统一般也是分别独立设置的。地上部分楼梯的风机设置于屋顶，止于一层，不会与隔震层发生关系。因此只需要关注地下部分的楼梯间加压送风系统设置。

地下楼梯加压送风系统从室外吸取新鲜空气经过地下风机房内正压风机吹入楼梯间，吸风段风道会穿越隔震层，可以采用矩形防火伸缩风管连接设置于隔震沟内的刚性风管，如图4 所示。但应着重注意的是采用这种做法时隔震沟内净宽度应该保证在安装矩形风管后两侧均留有大于隔震层在地震时产生的水平方向位移量的宽度，以保证在地震时不会因为建筑上下部分的相对位移而损坏隔震沟内安装的风管。但是由于吸风段计算风速通常不大，吸风段风管尺寸通常也较大，使用这种方法时隔震沟宽度往往不易满足其安装要求。第二种方法就是脱离隔震沟设置独立土建风道（图5），在隔震沟下设置独立的越过隔震沟的独立土建风道直通室外。土建风道与隔震沟下部建筑主体为一个整体，在地震时不会受到上部主体建筑的相对位移产生的影响，同时坚固的土建风道也具有足够的耐火极限，保证了正压系统的安全性。而正压系统的送风段一般是直接在机房内连接楼梯间或地下楼梯风道，故没有地震时被破坏的危险。

图4 利用隔震沟设置出地面风道做法

图5 隔震层下单独设置土建风道做法

3.1.2 消防电梯前室和合用前室的加压送风系统

抗震建筑内前室的正压送风系统最好可以上下部分独立设置。独立设置的系统安全性稳定性会更高，但会增加地下机房，改变建筑布局，占用更多空间。将加压风机设置在屋顶，正压风道对每层前室送风的设置方法则要求竖向风管在穿越隔震层时有足够的横向变形能力和变形空间，做法可同集中送风系统竖向风管穿越隔震层做法。这样做的优点是系统简单，缺点则是土建风道比通常做法大很多，占用建筑使用空间，或是土建风道不扩大但上下位置错开，也会占用一定的使用空间。

3.2 建筑排烟系统

建筑排烟系统用以在建筑火灾时排除高温烟气，减少火灾时烟气对人员生命安全的威胁同时保证疏散空间的能见度，为人员在火灾时顺利疏散出火场提供保障。

与正压系统相同的原因，隔震建筑中排烟系统最佳的布置方式也是隔震层上下建筑内系统独立。独立布置时，地下部分排烟系统与隔震层发生关系的是排烟风机后到出地面风口的烟气排出段。由于隔震沟内无法设置土建风道侧壁，所以排烟风道采用通过隔震沟出地面的方式时除了隔震沟宽度要满足风道两侧空间大于变形位移量，排烟风管还必须采用防火伸缩保温风管，以达到消防要求的耐火隔热性和完整性。但最好的设置方式仍是设置图5 中的独立土建风道作为烟气排出段，这样系统的安全性更有保证。

由于排烟系统排出的是火场产生的高温烟气，故如使用竖向风管，屋顶安装排烟风机的方式布置系统时，则应注意不可使用普通柔性风管连接隔震层上下立风管而必须使用防火伸缩风管。如使用上下错位风道的连接方式，则还应注意脱离土建风道的金属风管的防火保温和防火伸缩风管使用保温型，在脱离土建风道处还应做满足相应耐火极限的防火封堵。

4 结语

由于隔震建筑的特殊性是要保证在地震后保证建筑的正常使用，如医院要保证应急医疗功能，学校，幼儿园等建筑不但具有震时保护生命的功能，还有灾后临时保障安置功能，而应急指挥场更是要起到灾后应急指挥作用。这些都是在震后第一时间需要保证使用的功能性建筑。在设计过程中，我们应当考虑到各种系统，尤其是保障安全的系统在隔震建筑中的抗震安全性。除了从系统设置方面适应隔震建筑的特点，还应着眼于安装方式和施工质量。如支吊架的抗震安装方式是为了防止震时设备管道跌落，同时保护人员生命安全和设备系统完整等。只有从各个环节都考虑并配合适应了隔震建筑的特点，考虑并解决掉所有会产生的问题，才能使隔震建筑在地震后仍可正常使用，从而实现其应有的功能。