地铁上盖物业给水排水隔震设计探讨

吴 欣 ，赵 丹

（1.重庆市规划设计研究院，重庆 401147；2.重庆杰地建筑设计有限公司，重庆 401121）

0 引言

随着时代发展，在土地资源紧张、城市功能需求复杂的大型城市，“以公共交通为导向的发展模式”的TOD 建筑，逐渐出现在我们眼前。TOD 建筑优点明显，以轨道交通站点为枢纽来聚集人群，同时能更为有效地提高城市运转效率，缓解交通拥堵等。可以预见，随着我国城市轨道发展的突飞猛进、城市更新迭代、会有越来越多的TOD 地铁上盖物业出现在现代城市建设中。因此，针对TOD 地铁上盖物业给排水管道设计进行隔振研究有其必要性。

1 水专业管道隔震设计原则

由于隔震层的存在，建筑的上部结构和下部结构完全分离，地震以及地铁进站时，建筑的上部结构和下部结构之间会发生一定距离的水平位移。不做任何有针对性处理的给排水管道，长期受到地铁运行带来的振动影响，管道容易疲劳，对给排水管道的正常使用造成重大威胁。管道被破坏后，里面的水会淹没隔震层，隔震层内的隔震支座的使用寿命会大大降低，会加剧隔震建筑的颠覆，带来可能造成财产损失及人员伤亡的巨大隐患。

1.1 各类规范要求

（1）《建筑抗震设计规范（2016 年版）》（GB 50011—2010）[1]中规定，对于穿过隔震层的设备配管配线，应采用柔性连接或其他有效措施以适应地铁进出站点带来的间歇频率振动，长期运行进而带来的管线疲劳、破坏。

（2）《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS 126:2001）[2]中规定，对于穿越隔振层的竖向管道应符合以下要求：①直径较小的柔性管线在隔振层处应预留伸展长度，其值不应小于隔振层在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2 倍。②重要管道、可能泄漏有害介质或可燃介质的管道，在隔震层处应采用柔性接头。③直径较大的管道在隔振处宜采用柔性材料或柔性接头。

（3）《建筑隔震工程施工及验收规范》（JGJ 360—2015）[3]中规定：①穿过隔震层的设备管线、配线，应采用柔性连接或其他有效措施。②穿过隔震层的柔性管线，应在隔震缝处预留足够的伸展长度。③对可能泄漏有害介质或可燃介质的重要管道，在穿越隔震层处时应采用柔性接头。

1.2 地震作用分析

经结构专业计算，本部项目在水平地震荷载作用下建筑水平位移在20mm 以内。结构工种设置隔振器，地震时隔振器将产生水平位移。图1、图2 给出了水平地震荷载作用下X、Y 两方向隔振器水平位移时程结果。根据隔振器产品性能，其水平最大设计位移限值为28mm。管道设计以此为基础设计条件。

图1 X 主向地震隔振器位移时程曲线

图2 Y 主向地震隔振器位移时程曲线

1.3 隔震设计与布置基本原则

根据上述规范要求及结构变形影响，确定以下基本原则。

（1）本项目给水、自动喷水系统供水横干管、消火栓系统供水环管均设置于隔振层。布置在隔振层内的给水、消防横干管，均采用固定支架与下部结构固定。

（2）与供水横干管不同侧（连接至上部结构）的供水立管，均采用隔震连接措施。为有效减轻振动对管道的不利影响，隔震连接具体措施是采用柔性管道连接。

（3）对生活给排水系统、消防系统采用尽量减少竖向穿越隔震层管道的原则，减少可能发生位移的管道数量。

（4）穿越隔震层的竖向管道在罕遇地震作用下最大水平位移d 不小于设置隔振支座的结构柱最大水平位移的1.2 倍。

2 隔震用柔性管道设计

2.1 隔震用柔性管道选择

常用柔性管道有金属软管、PCV 伸缩管和橡胶软管，三者各有优缺点，需根据适用条件、变形需求、管道材质、安装空间、支架能力等维度综合考虑。由于担心橡胶软管用于排水管时可能比金属软管更易堵塞以及PCV 伸缩管的材质性能可能较金属软管略差，设计最终考虑采用金属软管。

2.2 金属软管原理及特性

金属软管是以波纹管为核心元件的输送各种流体的管路配件，其工作性质是在管道与管道、管道与设备等之间的连接中起补偿作用。以其弯曲和饶性去弥补管路系统因为外部位移造成的位置偏差，去承担两端接点正常工作所需要的相对位移。隔振金属软管的最大位移可达到800mm，且其往复使用率非常高，因此使用寿命非常长，适合设置有隔震建筑的水专业管道设计。

2.3 金属软管的各类长度关系及计算

基本计算公式[4]如下：

式中：Y——金属软管允许最大设计横向补偿位移，mm；L——产品长度，mm；EL——安装长度，mm；Hs——不参加弯曲中间段长度，mm；θ——变位角，（°）；R——弯曲半径，mm，取值不宜小于规范值，金属软管的弯曲半径规范值见波纹金属软管通用技术条件（GB/T 14525—2010）；Ls1、Ls2——刚性长度，mm；Z——接口处不变形长度，mm；ΔS——变形后最大伸长量，mm。

2.4 安装长度确定

上式中的L 为产品长度，即为伸长长度，是指金属软管被拉伸到最大极限的长度（图3 中的L）。上式中的EL 为安装长度，即为压缩长度，是指把金属软管压缩到极限位置时的长度（图3 中的EL）而管道的安装长度是指处于最大位移量一半的中间位置时金属软管的长度，在此位置安装状态下，金属软管有X、Y 两个可移动方向，隔震层中这两个移动方向上都应预留d 的安装尺寸，以便应对振动带来的位移。此时软管的弯曲半径为实际安装弯曲半径，软管两端的实际距离为实际安装长度。

图3 金属软管横向位移变形

其中，不参加弯曲中间段长度Hs 用于防止挠性部分在嵌装接头部位的过渡变形而易于破坏。因为直接靠近接头嵌装部位的波纹受到的负荷最大，另外由于焊接或钎接端接头引起的残余热应力，使嵌装部位的疲劳强度降低了。使用实践证明，金属软管最常发生破坏的部位正是这里。一般考虑HS 为2～3 倍的管道公称直径，其对金属软管设计长度的确定有重要影响。

3 给排水管道隔振设计措施

3.1 横向压力管道隔震做法

布置在隔震层内的给水、消防横干管，均采用固定支架与下部结构固定；与供水横干管不同侧（连接至上部结构）的供水立管，均采用隔震连接措施，设置金属软管，具体做法如图4 所示。

图4 穿隔震层给排水横管隔震做法

3.2 竖向压力管道隔震做法

穿越隔震层的竖向管道，均需设置隔震柔性连接。一般情况下的立管隔震做法如图5 所示。

图5 穿隔震层给排水立管隔震做法

本项目隔震层的结构空腔局部层高仅为1.8m，DN100 的隔震软连接管件长度均至少为2m，所以此区域无法在竖向管道穿越隔震层的位置直接竖向安装隔震柔性连接。竖向穿越管道隔震软性连接采用横向安装隔震柔性连接的方式，其中，竖向管道在隔离层可以分为两个部分，分别用固定支架与上部结构和下部结构连接，上部结构和下部结构的固定支架之间横向安装两个方向之字连接的隔震柔性连接，用于吸收地震以及日常地铁运行振动给管道带来的位移。

3.3 压力入户管隔震做法

生活给水入户管、自动喷水及消火栓水泵接合器供水管穿越建筑外墙时，需根据横管在隔震层内的固定位置，决定是否进行隔震处理。本工程部分消防管道穿出外墙前固定在下部结构，故出户时不需做隔震处理，直接穿出建筑外。大部分压力供水管在穿出外墙前，固定在上部结构，在穿越出外墙前，设置隔震柔性连接后再穿出建筑外。

3.4 排水出户管隔震做法

排水管在排出外墙前需采取隔震措施以提高系统排水安全性。常用的隔震措施有：直接在排水出户位置设置隔震柔性管道后排出建筑外墙；或在隔震层内下部结构设置集水坑或污水收集设施，上部重力排水排至积水坑或污水收集设施后提升出户，在重力排水管与集水设施连接处设置隔震软连接。两种方式都有其缺点，前者由于设置了软连接，排水中的杂质易在软连接拐弯处沉积，造成管道堵塞；后者把重力排水均变成压力排水，平时运行时耗能较多。

3.5 管道敷设其他注意事项

设有隔震层的建筑物，隔震层上、下部结构体之间会发生一定的水平位移，在设计管道布置平面时，应注意每个隔震柱、隔震结构缝周围均应预留足够的空间，不敷设管道，避免下部结构体一定频率的位移，而上部结构体几乎不位移带来的对管道的剪切挤压破坏。本工程设计时，结合规范及结构地震作用分析结论，考虑在隔震柱四周300mm 的范围内不敷设给排水管道。

4 结语

目前，越来越多的隔震层设计方案开始运用于国内TOD 建筑的设计实践，给排水管道在隔震层的柔性连接对整个给排水管道系统的安全性极为重要，需在设计阶段就综合分析，选择合适的隔震连接方式，通过计算和精细化布置，充分发挥隔振、消能作用，保障给排水管道的正常工作。虽然TOD 建筑的设计还是在探索过程中，但相信随着设计更安全建筑的设计理念的普及，对隔震柔性连接的应用会越来越多，使隔震柔性连接的技术得到长足的发展。