空調水系統彈簧減振裝置安裝施工工法

空調水系統彈簧減振裝置安裝施工工法

1、前言

隨著當今高速發展的資訊社會，建築物越建越高，高層建築由於樓層高，底盤面積大，無論標準層和裙樓均存在著內區和外區， 采用空調系統對室內空氣的溫度、濕度實行自動調節和控制， 滿足人們的生產和生活所需的舒適環境，但空調水系統在正常執行的同時，不可避免地產生振動現象，系統在啟停瞬間產生的巨大沖擊力透過管道、樓板的二次結構振動傳導等各種因素在大樓內進行傳播，甚至對管網系統造成巨大的損害，長期生活、工作在過大的振動環境中，對人的工作和身體健康有極大的影響，因此在空調系統設定時必須考慮如何減弱和消除這些振動。

2、特點

彈簧減震裝置主要透過減震彈簧的剛度及彈簧預壓縮的初始力，以減少或消除管道由於介質的不規則流動、室內溫濕度的影響、水錘（或汽錘）以及地震等原因引起的周期振動或瞬時沖擊，提高空調水系統的固有振動頻率，對因外界幹擾引起的管道強迫振動進行隔振減震，從而避免管道的共振現象，減少管道由於振動產生的附加應力。

3、適用範圍

本工法適用於彈簧減震裝置透過改變振源的幹擾力或系統的傳遞特性，控制各種頻率的振動和擺動，使振動減少，防止裝置的振動透過各管道及配件與裝置主體結構框架沿著與之相連的所有鋼性構件形成結構傳導。

4、減震裝置的組成及工作原理

4.1減震裝置的組成及特點

4.1.1減震裝置由殼體、上壓板、內挑管、彈簧等組成，采用內挑管結構，載荷振動消除非常方便，且有螺紋防松設定。

4.1.2減震裝置示意圖

4.2載荷範圍：245N-35040N；位移範圍有二種：0-75mm、0-150mm。

4.3特點：彈簧減震裝置是一種對位移反應靈敏的振動控制裝置，在一定的程度上限制了空調水系統的連續性的流體振動激擾（如流體脈動、兩相流、高速流等）的管道及裝置的振動。

4.4工作原理

建築物高度增高，空調水系統管道垂直落差相應增大，承受水壓就愈大，對於100m高建築來說靜水壓力就達到1.0Mpa左右，安裝在管井的最低層及樓層分支空調水管，水在管道內高速執行時，會產生很大的阻力和摩擦力，當開啟的閥門突然關閉，水泵機組突然啟動、停車，管道內的水流量突然從零增加到額定的流量，或從額定的流量降至零流量，流量的急劇變化引起管路水壓力急劇升高和降低的交替沖擊，產生強大的沖擊力使管道系統劇烈振動，出現「水錘效應」，破壞力較強，為消除或減弱這種振動，透過對系統的模擬與計算，找出系統的最不利點設定減振裝置進行隔震消振，在管道發生位移振動時，透過減震彈簧的剛度及彈簧預壓縮的初始力的限制，使振動被設定在管道與剛性支架之間的彈簧減振裝置有效消除或減弱。

5、安裝工藝流程

5.1工藝流程：滿載荷計算→減震裝置受力分析→減震裝置選型→減震裝置安裝→驗收。

5.2空調水系統滿載荷計算

5.2.1管道重量計算

從水泵出口送到系統第一個管井的管道自重、滿管水重、保溫層重及10%的附加重量（含管道連線件等）計算。

5.2.2例項分析

以承重兩根DN400的無縫鋼管的彈簧減振裝置抗震支架進行舉例說明。

兩根空調管道安裝示意圖

5.2.3載荷分析計算

5.2.3.1垂直荷載

管道支吊架垂直荷載根據性質可分為基本垂直荷載和可變垂直荷載，其中基本垂直荷載指管道支吊架所承受的管道重力、介質重力等附件的重力等永久性荷載，可變垂直荷載指管道所承受的活荷載、沈積物重力和發生地震時所應該承受的特殊變化的荷載。

5.2.3.2水平荷載

管道水平方向的荷載是作用在支架上的水平推力，根據支架型別可分為活動支架上的水平推力和固定支架上的水平推力。

(1)活動支架水平推力主要來自管道摩擦力，吊桿水平推力可忽略；

水平推力即為管道摩擦力T=μG （μ為摩擦系數，G為管道垂直靜荷載）

(2)固定支架的水平推力主要來自補償器的彈性變形力。

(3) 采用補償器補償的管道，其作用在固定支架上的水平推力為補償器被壓縮或拉伸所產生的反彈力。

(4)管道重量（查表得知）

(5)計算時，以10kg為基數，不滿10kg的按照10kg計算，支架間距為4.8m一個，即每個支架要承受4.8m管道的重量。

DN400無縫鋼管重量 M=4.8×每m滿水量=4.8×230=1104kg

受力F=M×g=11040N.

(6)載荷計算

按規範支架設定間距的要求，建立受力模型，分析受力情況，找出最不利點，先假設采用12.6#槽鋼，查閱五金手冊，其單位重量為12.4kg/m，故其均布荷載為0.124N/mm。

由上圖得知，槽鋼橫擔的受力為兩個集中應力和一個均布荷載的疊加。

(7)支架受力分析

a.集中應力受力分析示意圖

b.均布載荷受力分析示意圖

c.兩者疊加後彎矩示意圖

d.由上圖受力分析可找到其最不利點的位置，為計算方便取1/2處為最不利點，由此可根據公式得出支架標準載荷Mk=88495N.mm

(8)荷載驗證

a.因為標準荷載Mk=88495N.mm，所以得出垂直荷載Mx=1.35Mk

b.水平荷載按照垂直荷載的0.3倍計算，即水平荷載My=0.3Mx

c.查五金手冊槽鋼截面特性可知，Wx=0.0621mm3,Wy=0.0102mm3。

為加大保險系數，所用材料為剛性材料，截面塑性發展系數都取1，即Rx=Ry=1

(9)鋼材的抗拉強度設計值采用鋼材Q235的數據，為215N/mm2，即f=215N/mm2，將數據代入水平支架橫擔抗彎強度計算公式：

a.橫擔存在水平推力時抗彎強度計算公式：

b.橫擔不存在水平推力時抗彎強度計算公式：

式中：rx、ry為截面塑性發展系數

1)承受靜力荷載或間接承受動力荷載時，rx=ry=1.05

2)直接承受動力荷載時,rx=ry=1

Mx、My-所驗截面繞x軸和繞y軸的彎矩（N·mm）

Wx、Wy-所驗截面對x軸和對y軸的凈截面抵抗矩（mm3）

f-鋼材的抗彎、抗拉強度設計值（N/mm2）

5.2.3.2計算得出結果

5.2.4彈簧減震裝置選型

5.2.4.1彈簧減震裝置規格的選擇取決於防止管道振動所需要的防振力大小，可以根據管道的品質、剛度以及外界作用於管道的周期性振動或沖擊力，透過管道動力分析計算所需的防振力，則應按照計算的精確值來選擇減震彈簧的規格並確定彈簧預壓的初始力。否則，可根據管道的公稱直徑選擇減震彈簧的規格。

5.2.4.2單根12#槽鋼尺寸：126×53mm

5.2.4.3彈簧減震裝置的尺寸：殼體外尺寸寬100mm，上蓋板寬100mm，高度200mm，荷重範圍90-110kg，彈性系數4.2kg/mm，撓度範圍0-75mm之間。

5.2.5彈簧減震裝置的安裝

5.2.5.1彈簧減震裝置采用M12的高強鉸制孔螺栓與槽鋼連線，槽鋼螺孔采用機械鉆孔，嚴禁現場采用電焊或氣焊開孔，開孔尺寸與鉸制孔螺栓螺桿部份直徑的基本尺寸一樣，螺栓桿與螺紋孔直接接觸，穿過被聯接件上的光孔，透過高強鉸制螺栓前端螺絲連線固定，螺栓後端沒有螺絲處與槽鋼、減震器的上壓板緊密接觸，依靠螺栓本身的抗剪作用，防止槽鋼與彈簧減震器之間產生相對滑動和運動，剪斷栓桿。

5.2.5.2管道支架彈簧減震裝置安裝示意圖

5.2.5.3彈簧減震裝置安裝大樣圖

5.2.5.4管井樓板彈簧減震裝置安裝示意圖

5.2.5.5鉸制螺栓連線節點大樣圖

6、材料裝置

6.1材料檢驗

6.1.1確保安裝用的彈簧減振裝置按計劃如數進場，並檢查合格，報監理驗收後方可允許安裝使用，彈簧減振裝置必須具備品質證明書及檢驗報告，必要時可進行二次送檢。

6.1.2彈簧減振裝置進場前，材料部門應提前檢驗，由供應商提供彈簧減振裝置的合格證或品質證明檔，合格證或品質證明書等品質證明檔應齊全、有效。經過監理對其外觀進行對比檢查驗收，符合要求後方可進場，並進行材料報驗，否則，不得使用，並立即結束現場。

6.2機具準備

7、品質控制

7.1對螺栓孔的要求

槽鋼的螺栓孔必須采用機械鉆孔，嚴禁電焊或氣焊開孔，開孔後，孔洞應圓，孔壁應光滑，及時清理幹凈開孔處的雜物及金屬碎屑，。

7.2對彈簧減振裝置的要求

外殼采用熱鍍鋅處理，不易生銹，底部防滑及反摯螺栓設定，安全性高，安裝簡單並可依實際需要調整高度及水平，荷重撓度可選擇25mm、40mm的彈簧減振，緩和和衰減裝置和管網在執行中產生的振動和沖擊，型別選型應精準，工作適應能力強，在零下40℃或者高達110℃的環境下也能正常進行工作，安放方位應準確，對於管網及裝置對稱分布，彈簧減振裝置也應該對稱放置，受力應均勻，這樣彈簧減振裝置安裝應同一方向受力一致，形變一致，才能起到有效的減震作用。

7.3彈簧減振裝置的設定位置

透過對管網的載荷計算及管網、與裝置受力的分析，彈簧減振裝置的設定位置主要是在管網的最低點，中間段，最高點，裝置的出口等幾處設定，透過彈簧減震裝置的隔振或者沖擊震動都有很強的隔震效果。

8、安全措施

8.1建立建全安全生產的組織保證體系，是安全管理的重要環節，從事安裝工作的人員應執行國家、行業有關安全技術規程。

8.2彈簧減震裝置安裝前，在進行技術交底的同時，均應進行安全技術交底，重要部位重點交底。

8.3進入施工現場，必須戴好安全帽，扣好帽帶，正確使用勞動防護用品。

8.4在高空作業的工具和材料應放在工具袋（箱）內或用繩索綁牢，上下傳遞物件套用繩索吊運，嚴禁拋扔。

8.5施工用的梯子不得缺檔，不得墊高使用，使用梯子的上端要紮牢，下端采取防滑措施，使用前必須認真檢查其牢固性，若有破損及時修理，在通道處使用梯子，應有監護或設圍欄。

8.6彈簧減震裝置安裝前，應檢查支架上有無重物，以防安裝彈簧減震裝置時，墜物傷人，安裝時，支架下方嚴禁站人，並設安全員巡視。

8.7彈簧減震裝置在支架上定位後，應及時安裝，不能放置太久。

8.8在管井內安裝時，預留洞口應設蓋板，以防墜人墜物事故發生。

8.9使用扳手擰緊螺栓時應均勻用力，達到設定扭矩值時，聽到清晰的哢塔聲，同時感覺手柄上有輕微震動時，應及時松勁，結束扳手，不得使用蠻力緊固螺帽。

8.10彈簧減振支架組裝完成後，在活動橫擔的兩端應焊接限位擋板，防止管網受到沖擊時，水平振動振幅過大，損壞彈簧減振裝置及放大振動源，產生更大的振動。

8.11施工現場的臨時電氣照明，應采用專用回路供電，LED光源，應滿足照明品質，無眩光的限制，燈具應帶PE線。

9、環保措施

9.1使用手持電動工具安裝時，裝置效能應優良，雜訊要低，操作使用時加力應平穩，避免晃動，不得用力過猛。

9.2操作地點周圍必須做到整潔，幹活腳下清，活完料盡，彈簧減振裝置安裝完成後，要隨時清理幹凈。

9.3上道工序必須為下道工序積極創造優良的條件，及時做到彈簧減振裝置安裝平穩，牢靠穩定，分布均勻，受力平衡。

9.4施工現場堆放的成品、材料要整齊，以免影響現場通行。

10、效益分析

10.1經濟效益及環保效益

空調水系統管道采用彈簧減震裝置，提高了管網系統的固有振動頻率，對外界幹擾引起的管道強迫振動經彈簧減振裝置改變振源及管網系統振動傳遞的隔震效果明顯，降低了管網系統的振動頻率及樓板二次結構振動傳導，透過彈簧剛度及彈簧預壓縮的初始力的限制，有效減輕管網系統因振動產生的附加應力，避免管道的共振現象，有效的防止或消除因管網內壓力急劇升高或降低的交替變化產生的強大沖擊力的破壞力，避免管網受損時產生的直接或間接經濟損失。

10.2社會效益

減輕或消除了空調水系統周期性的振動，提升了建築物內的生產和生活的舒適環境，提高了人的身體健康。

11、套用例項

該工法在本公司承建的上海浦東發展銀行股份有限公司長沙分行辦公大樓計畫，新桂廣場·新桂未來計畫、株洲汽車交易中心建設計畫等工程得到廣泛的套用。

例項1：

上海浦東發展銀行股份有限公司長沙分行辦公大樓計畫是公共建築，於2017年5月竣工，總建築面積為51314.66m2（地下16712.42 m2，地上34602.24 m2），地下層數：三層，設有車庫、銀行保管箱、生活水泵房、消防水池、能源站、配電房、發電機房等配套用房，地上二十三層（其中裙房四層），一層設辦公大堂、消防控制室、押運車卸貨區域等用房；二層設電腦房、貴賓中心、個人信貸中心等用房；三層設電腦房、遠端監控中心、員工餐廳、辦公等用房；四層設會議室、培訓中心；五層設員工活動中心、資訊科技中心等配套用房；六層為檔案管理中心；七至二十三層主要為開敞式辦公區，建築高度98.7公尺，建築最高高度為108.4m，為一類高層建築，計畫設定中央空調系統，空調水系統采用一次泵變流量，在系統管網的主出口、樓層管井、冷卻塔等位置設定彈簧減振裝置，經過近二年的執行，系統穩定，減振效果明顯，有效減緩管網二次振動幹擾，計畫達到國家優質工程標準，並獲得2018年度國家魯班獎。

例項2：

新桂廣場·新桂國際工程位於株洲市新塘路與桂花路交匯處，為公共建築，總造價為10755.26萬元，總建築面積54567.71m2，其中地上建築面積40554.28m2，地下建築面積14013.43m2，辦公樓為地上26層，其中2~4、6~26層薄壁方箱空心樓蓋，建築高度99.75m，抗震設防烈度為6度，2018年9月竣工，計畫設定中央空調系統，空調冷負荷6470kw、熱負荷4763kw，空調水系統采用一次泵變流量，在系統管網的主出口、樓層管井等位置設定彈簧減振裝置，經過近一年的執行，系統穩定，減振效果明顯，有效減緩管網二次振動幹擾，計畫達到省芙蓉獎工程標準，並獲得2018年度湖南省芙蓉獎。

例項3：

株洲汽車交易中心為公共建築，計畫於2018年2月竣工，是融合汽車展銷、服務、推廣為一體的多功能、智慧、節能的綠色建築，旨在打造全方位、一站式、大體量、全新體驗式的購車平台，由新車交易A館和新能源、平行進口車B、C館三個展館及文化廣場、地下停車場等配套設施組成，可同時容納300平米展台100余個、展示車輛1000余台，提供綜合性、高品質、國際化的展覽體驗，計畫設定中央空調系統，空調冷負荷6470kw、熱負荷4763kw，空調水系統采用一次泵變流量，在系統管網的主出口、樓層管井等位置設定彈簧減振裝置，經過近一年多的執行，系統穩定，減振效果明顯，有效減緩管網二次振動幹擾，計畫達到國家優質工程標準，並獲得2018年度國家優質獎。