空调水系统弹簧减振装置安装施工工法

空调水系统弹簧减振装置安装施工工法

1、前言

随着当今高速发展的信息社会，建筑物越建越高，高层建筑由于楼层高，底盘面积大，无论标准层和裙楼均存在着内区和外区， 采用空调系统对室内空气的温度、湿度实行自动调节和控制， 满足人们的生产和生活所需的舒适环境，但空调水系统在正常运行的同时，不可避免地产生振动现象，系统在启停瞬间产生的巨大冲击力通过管道、楼板的二次结构振动传导等各种因素在大楼内进行传播，甚至对管网系统造成巨大的损害，长期生活、工作在过大的振动环境中，对人的工作和身体健康有极大的影响，因此在空调系统设置时必须考虑如何减弱和消除这些振动。

2、特点

弹簧减震装置主要通过减震弹簧的刚度及弹簧预压缩的初始力，以减少或消除管道由于介质的不规则流动、室内温湿度的影响、水锤（或汽锤）以及地震等原因引起的周期振动或瞬时冲击，提高空调水系统的固有振动频率，对因外界干扰引起的管道强迫振动进行隔振减震，从而避免管道的共振现象，减少管道由于振动产生的附加应力。

3、适用范围

本工法适用于弹簧减震装置通过改变振源的干扰力或系统的传递特性，控制各种频率的振动和摆动，使振动减少，防止设备的振动通过各管道及配件与设备主体结构框架沿着与之相连的所有钢性构件形成结构传导。

4、减震装置的组成及工作原理

4.1减震装置的组成及特点

4.1.1减震装置由壳体、上压板、内挑管、弹簧等组成，采用内挑管结构，载荷振动消除非常方便，且有螺纹防松设置。

4.1.2减震装置示意图

4.2载荷范围：245N-35040N；位移范围有二种：0-75mm、0-150mm。

4.3特点：弹簧减震装置是一种对位移反应灵敏的振动控制装置，在一定的程度上限制了空调水系统的连续性的流体振动激扰（如流体脉动、两相流、高速流等）的管道及设备的振动。

4.4工作原理

建筑物高度增高，空调水系统管道垂直落差相应增大，承受水压就愈大，对于100m高建筑来说静水压力就达到1.0Mpa左右，安装在管井的最低层及楼层分支空调水管，水在管道内高速运行时，会产生很大的阻力和摩擦力，当打开的阀门突然关闭，水泵机组突然启动、停车，管道内的水流量突然从零增加到额定的流量，或从额定的流量降至零流量，流量的急剧变化引起管路水压强急剧升高和降低的交替冲击，产生强大的冲击力使管道系统剧烈振动，出现「水锤效应」，破坏力较强，为消除或减弱这种振动，通过对系统的模拟与计算，找出系统的最不利点设置减振装置进行隔震消振，在管道发生位移振动时，通过减震弹簧的刚度及弹簧预压缩的初始力的限制，使振动被设置在管道与刚性支架之间的弹簧减振装置有效消除或减弱。

5、安装工艺流程

5.1工艺流程：满载荷计算→减震装置受力分析→减震装置选型→减震装置安装→验收。

5.2空调水系统满载荷计算

5.2.1管道重量计算

从水泵出口送到系统第一个管井的管道自重、满管水重、保温层重及10%的附加重量（含管道连接件等）计算。

5.2.2实例分析

以承重两根DN400的无缝钢管的弹簧减振装置抗震支架进行举例说明。

两根空调管道安装示意图

5.2.3载荷分析计算

5.2.3.1垂直荷载

管道支吊架垂直荷载根据性质可分为基本垂直荷载和可变垂直荷载，其中基本垂直荷载指管道支吊架所承受的管道重力、介质重力等附件的重力等永久性荷载，可变垂直荷载指管道所承受的活荷载、沉积物重力和发生地震时所应该承受的特殊变化的荷载。

5.2.3.2水平荷载

管道水平方向的荷载是作用在支架上的水平推力，根据支架类型可分为活动支架上的水平推力和固定支架上的水平推力。

(1)活动支架水平推力主要来自管道摩擦力，吊杆水平推力可忽略；

水平推力即为管道摩擦力T=μG （μ为摩擦系数，G为管道垂直静荷载）

(2)固定支架的水平推力主要来自补偿器的弹性变形力。

(3) 采用补偿器补偿的管道，其作用在固定支架上的水平推力为补偿器被压缩或拉伸所产生的反弹力。

(4)管道重量（查表得知）

(5)计算时，以10kg为基数，不满10kg的按照10kg计算，支架间距为4.8m一个，即每个支架要承受4.8m管道的重量。

DN400无缝钢管重量 M=4.8×每m满水量=4.8×230=1104kg

受力F=M×g=11040N.

(6)载荷计算

按规范支架设置间距的要求，建立受力模型，分析受力情况，找出最不利点，先假设采用12.6#槽钢，查阅五金手册，其单位重量为12.4kg/m，故其均布荷载为0.124N/mm。

由上图得知，槽钢横担的受力为两个集中应力和一个均布荷载的叠加。

(7)支架受力分析

a.集中应力受力分析示意图

b.均布载荷受力分析示意图

c.两者叠加后弯矩示意图

d.由上图受力分析可找到其最不利点的位置，为计算方便取1/2处为最不利点，由此可根据公式得出支架标准载荷Mk=88495N.mm

(8)荷载验证

a.因为标准荷载Mk=88495N.mm，所以得出垂直荷载Mx=1.35Mk

b.水平荷载按照垂直荷载的0.3倍计算，即水平荷载My=0.3Mx

c.查五金手册槽钢截面特性可知，Wx=0.0621mm3,Wy=0.0102mm3。

为加大保险系数，所用材料为刚性材料，截面塑性发展系数都取1，即Rx=Ry=1

(9)钢材的抗拉强度设计值采用钢材Q235的数据，为215N/mm2，即f=215N/mm2，将数据代入水平支架横担抗弯强度计算公式：

a.横担存在水平推力时抗弯强度计算公式：

b.横担不存在水平推力时抗弯强度计算公式：

式中：rx、ry为截面塑性发展系数

1)承受静力荷载或间接承受动力荷载时，rx=ry=1.05

2)直接承受动力荷载时,rx=ry=1

Mx、My-所验截面绕x轴和绕y轴的弯矩（N·mm）

Wx、Wy-所验截面对x轴和对y轴的净截面抵抗矩（mm3）

f-钢材的抗弯、抗拉强度设计值（N/mm2）

5.2.3.2计算得出结果

5.2.4弹簧减震装置选型

5.2.4.1弹簧减震装置规格的选择取决于防止管道振动所需要的防振力大小，可以根据管道的质量、刚度以及外界作用于管道的周期性振动或冲击力，通过管道动力分析计算所需的防振力，则应按照计算的精确值来选择减震弹簧的规格并确定弹簧预压的初始力。否则，可根据管道的公称直径选择减震弹簧的规格。

5.2.4.2单根12#槽钢尺寸：126×53mm

5.2.4.3弹簧减震装置的尺寸：壳体外尺寸宽100mm，上盖板宽100mm，高度200mm，荷重范围90-110kg，弹性系数4.2kg/mm，挠度范围0-75mm之间。

5.2.5弹簧减震装置的安装

5.2.5.1弹簧减震装置采用M12的高强铰制孔螺栓与槽钢连接，槽钢螺孔采用机械钻孔，严禁现场采用电焊或气焊开孔，开孔尺寸与铰制孔螺栓螺杆部分直径的基本尺寸一样，螺栓杆与螺纹孔直接接触，穿过被联接件上的光孔，通过高强铰制螺栓前端螺丝连接固定，螺栓后端没有螺丝处与槽钢、减震器的上压板紧密接触，依靠螺栓本身的抗剪作用，防止槽钢与弹簧减震器之间产生相对滑动和运动，剪断栓杆。

5.2.5.2管道支架弹簧减震装置安装示意图

5.2.5.3弹簧减震装置安装大样图

5.2.5.4管井楼板弹簧减震装置安装示意图

5.2.5.5铰制螺栓连接节点大样图

6、材料设备

6.1材料检验

6.1.1确保安装用的弹簧减振装置按计划如数进场，并检查合格，报监理验收后方可允许安装使用，弹簧减振装置必须具备质量证明书及检验报告，必要时可进行二次送检。

6.1.2弹簧减振装置进场前，材料部门应提前检验，由供应商提供弹簧减振装置的合格证或质量证明文件，合格证或质量证明书等质量证明文件应齐全、有效。经过监理对其外观进行对比检查验收，符合要求后方可进场，并进行材料报验，否则，不得使用，并立即退出现场。

6.2机具准备

7、质量控制

7.1对螺栓孔的要求

槽钢的螺栓孔必须采用机械钻孔，严禁电焊或气焊开孔，开孔后，孔洞应圆，孔壁应光滑，及时清理干净开孔处的杂物及金属碎屑，。

7.2对弹簧减振装置的要求

外壳采用热镀锌处理，不易生锈，底部防滑及反挚螺栓设置，安全性高，安装简单并可依实际需要调整高度及水平，荷重挠度可选择25mm、40mm的弹簧减振，缓和和衰减设备和管网在运行中产生的振动和冲击，类型选型应精准，工作适应能力强，在零下40℃或者高达110℃的环境下也能正常进行工作，安放方位应准确，对于管网及设备对称分布，弹簧减振装置也应该对称放置，受力应均匀，这样弹簧减振装置安装应同一方向受力一致，形变一致，才能起到有效的减震作用。

7.3弹簧减振装置的设置位置

通过对管网的载荷计算及管网、与设备受力的分析，弹簧减振装置的设置位置主要是在管网的最低点，中间段，最高点，设备的出口等几处设置，通过弹簧减震装置的隔振或者冲击震动都有很强的隔震效果。

8、安全措施

8.1建立建全安全生产的组织保证体系，是安全管理的重要环节，从事安装工作的人员应执行国家、行业有关安全技术规程。

8.2弹簧减震装置安装前，在进行技术交底的同时，均应进行安全技术交底，重要部位重点交底。

8.3进入施工现场，必须戴好安全帽，扣好帽带，正确使用劳动防护用品。

8.4在高空作业的工具和材料应放在工具袋（箱）内或用绳索绑牢，上下传递物件应用绳索吊运，严禁抛扔。

8.5施工用的梯子不得缺档，不得垫高使用，使用梯子的上端要扎牢，下端采取防滑措施，使用前必须认真检查其牢固性，若有破损及时修理，在通道处使用梯子，应有监护或设围栏。

8.6弹簧减震装置安装前，应检查支架上有无重物，以防安装弹簧减震装置时，坠物伤人，安装时，支架下方严禁站人，并设安全员巡视。

8.7弹簧减震装置在支架上定位后，应及时安装，不能放置太久。

8.8在管井内安装时，预留洞口应设盖板，以防坠人坠物事故发生。

8.9使用扳手拧紧螺栓时应均匀用力，达到设定扭矩值时，听到清晰的咔塔声，同时感觉手柄上有轻微震动时，应及时松劲，退出扳手，不得使用蛮力紧固螺帽。

8.10弹簧减振支架组装完成后，在活动横担的两端应焊接限位挡板，防止管网受到冲击时，水平振动幅度过大，损坏弹簧减振装置及放大振动源，产生更大的振动。

8.11施工现场的临时电气照明，应采用专用回路供电，LED光源，应满足照明质量，无眩光的限制，灯具应带PE线。

9、环保措施

9.1使用手持电动工具安装时，设备性能应优良，噪声要低，操作使用时加力应平稳，避免晃动，不得用力过猛。

9.2操作地点周围必须做到整洁，干活脚下清，活完料尽，弹簧减振装置安装完成后，要随时清理干净。

9.3上道工序必须为下道工序积极创造优良的条件，及时做到弹簧减振装置安装平稳，牢靠稳定，分布均匀，受力平衡。

9.4施工现场堆放的成品、材料要整齐，以免影响现场通行。

10、效益分析

10.1经济效益及环保效益

空调水系统管道采用弹簧减震装置，提高了管网系统的固有振动频率，对外界干扰引起的管道强迫振动经弹簧减振装置改变振源及管网系统振动传递的隔震效果明显，降低了管网系统的振动频率及楼板二次结构振动传导，通过弹簧刚度及弹簧预压缩的初始力的限制，有效减轻管网系统因振动产生的附加应力，避免管道的共振现象，有效的防止或消除因管网内压强急剧升高或降低的交替变化产生的强大冲击力的破坏力，避免管网受损时产生的直接或间接经济损失。

10.2社会效益

减轻或消除了空调水系统周期性的振动，提升了建筑物内的生产和生活的舒适环境，提高了人的身体健康。

11、应用实例

该工法在本公司承建的上海浦东发展银行股份有限公司长沙分行办公大楼项目，新桂广场·新桂未来项目、株洲汽车交易中心建设项目等工程得到广泛的应用。

实例1：

上海浦东发展银行股份有限公司长沙分行办公大楼项目是公共建筑，于2017年5月竣工，总建筑面积为51314.66m2（地下16712.42 m2，地上34602.24 m2），地下层数：三层，设有车库、银行保管箱、生活水泵房、消防水池、能源站、配电房、发电机房等配套用房，地上二十三层（其中裙房四层），一层设办公大堂、消防控制室、押运车卸货区域等用房；二层设计算机房、贵宾中心、个人信贷中心等用房；三层设计算机房、远程监控中心、员工餐厅、办公等用房；四层设会议室、培训中心；五层设员工活动中心、信息科技中心等配套用房；六层为档案管理中心；七至二十三层主要为开敞式办公区，建筑高度98.7米，建筑最高高度为108.4m，为一类高层建筑，项目设置中央空调系统，空调水系统采用一次泵变流量，在系统管网的主出口、楼层管井、冷却塔等位置设置弹簧减振装置，经过近二年的运行，系统稳定，减振效果明显，有效减缓管网二次振动干扰，项目达到国家优质工程标准，并获得2018年度国家鲁班奖。

实例2：

新桂广场·新桂国际工程位于株洲市新塘路与桂花路交汇处，为公共建筑，总造价为10755.26万元，总建筑面积54567.71m2，其中地上建筑面积40554.28m2，地下建筑面积14013.43m2，办公楼为地上26层，其中2~4、6~26层薄壁方箱空心楼盖，建筑高度99.75m，抗震设防烈度为6度，2018年9月竣工，项目设置中央空调系统，空调冷负荷6470kw、热负荷4763kw，空调水系统采用一次泵变流量，在系统管网的主出口、楼层管井等位置设置弹簧减振装置，经过近一年的运行，系统稳定，减振效果明显，有效减缓管网二次振动干扰，项目达到省芙蓉奖工程标准，并获得2018年度湖南省芙蓉奖。

实例3：

株洲汽车交易中心为公共建筑，项目于2018年2月竣工，是融合汽车展销、服务、推广为一体的多功能、智能、节能的绿色建筑，旨在打造全方位、一站式、大体量、全新体验式的购车平台，由新车交易A馆和新能源、平行进口车B、C馆三个展馆及文化广场、地下停车场等配套设施组成，可同时容纳300平米展台100余个、展示车辆1000余台，提供综合性、高品质、国际化的展览体验，项目设置中央空调系统，空调冷负荷6470kw、热负荷4763kw，空调水系统采用一次泵变流量，在系统管网的主出口、楼层管井等位置设置弹簧减振装置，经过近一年多的运行，系统稳定，减振效果明显，有效减缓管网二次振动干扰，项目达到国家优质工程标准，并获得2018年度国家优质奖。