钢结构医疗建筑管线及设备减震技术研究

陈志谋 张鑫鑫 徐坤 吴昌根 胡震之

摘要：医院建筑是重大民生工程，钢结构建筑以其独特的优势，在全国逐步推广到医院等建筑类型。笔者结合自身多年的工作经验，参考了大量文献资料，认为结构的振动控制主要包括两个方面：一是结构承载的振动激励源，即外来的干扰源;二是结构自身的动力特性（跨度、刚度）。本文探讨了钢结构建筑内设备减振设计技术的运用，并归纳了通用的综合措施。

关键词：钢结构  医疗建筑  减震技术  研究

Research on Shock Absorption Technology of Pipeline and Equipment in Steel Structure Medical Building

CHEN Zhimou   ZHANG Xinxin  XU Kun  WU Changgen   HU Zhenzhi

（China Construction Science and Industry Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong Province，  518000 China）

Abstract： Hospital building is a major livelihood project. With its unique advantages， steel structure building has been gradually promoted to hospitals and other building types in the country. Combined with many years of working experience and referring to a large number of literature， the vibration control of the structure mainly includes two aspects： First one is the vibration excitation source of the structure， that is， the external interference source; The second is the dynamic characteristics of the structure itself （span， stiffness）. This paper discusses the application of vibration reduction design technology of equipment in steel structure buildings， and summarizes the general comprehensive measures.

Key Words： Steel structure; Medical building; Damping technology; Research

1 國家规范相关设计要求

对于环境噪声限值标准，主要遵循两大标准，分别为GB 3096-2008《声环境质量标准》和GB 22337-2008《社会生活环境噪声》。对于医院类功能性很强的建筑，对噪音和振动更能为敏感，设计需采取严格的保障措施来达标。通过对两大标准的分析，医院各个房间室内允许噪声声级限制标准如表1所示^[1-3]。

国家标准还对机械设备噪音限值、控制限值、振动限制等方面做了详尽的规定，此处不做详细统计，仅如几个对民用建筑常用的具体列表如表2所示。

2 钢结构医院减振设计技术

结构的振动控制主要包括两个方面：一是结构承载的振动激励源，即外来的干扰源;二是结构自身的动力特性（跨度、刚度）。建筑物自身振动频率与外来振动激励源振动频率一致时会产生共振。当外来振动激励源为一个持续稳定的振动源时，共振会导致建筑物振幅逐步变大，结构的振动明显。

2.1 设备设置区域和基础的设计措施

西部某医院的设计中，水泵房和消防泵房放在负二层，有效隔绝对主体医疗建筑的影响，核磁等重要机房设在负一层的塔楼范围以外，使设备运行尽量减少对主体建筑的影响，同时冷冻机房设于负三层，与核磁等机房保证了安全隔离间距，有效地减少对重要仪器的振动影响。

通用技术汇总：（1）对于柴油发电机房、进排风机房等大振动设备机房应该优先考虑放置在地下室，若放在楼面上应该远离对噪声要求高的房间。（2）建筑中冷冻机房中的水泵等振动源对于核磁共振成像设备会产生很大的影响，选择核磁共振成像设备的安装场地时应尽量远离振动源。MRI等设备不仅需要满足其电磁性能，还要考虑对振动条件的要求。（3）设计风冷热泵机组制冷（热）系统时， 为了得到理想的冷却效果，通常都将热泵机组布置在屋顶上。此时采用增加钢架将设备架空，可有效避免设备与楼板直接接触可能会产生的激增共振，从而可取得很好的隔振效果。（4）当钢结构的设备支架的自振频率与机器设备的振动频率一致时会产生共振反应，应考虑此因素，选取合适的设备支架，防止支架的自振频率与机器的自振频率一致从而产生大幅度振动。（5）设计钢结构框架之前应考虑结构两侧刚度要求，特别是要考虑增加支撑旋转设备层水平方向刚度要求，也是刚性楼盖形成的必要条件。因为旋转设备台座与精密仪表振动要求高，设计人员要考虑整体协调，尽可能把设备安装在楼盖刚度两侧，楼盖的刚度中心振动频率过小，容易产生共振。（6）柴发机房、设备机房位于地面以上时应注意避开敏感房间（如产房、病房等），如无法避开则需要做浮筑基础隔振。

2.2 设备降噪对应措施

西部某医院的设计中，公共区域大量采用穿孔铝板墙面，风管等设备连接采用软接头，管道穿越房间处设置隔声材料密封，有效完成吸音降噪功能。

通用技术汇总：医院建筑对声环境的要求较高，通过调查发现，医院中通风系统因噪声太大而不使用的情况并不鲜见。要实现医院室内噪声级要求，暖通空调系统、设备等需要采取一系列的消声隔震与减震措施。

噪音消除的措施主要有吸音、隔声和消声。

各类措施根据不同的情况选择单独或组合使用，并且最好有专业声学公司介入联合设计，才能得到满意的效果。降噪设计常用措施如下。（1）尽可能将通风设備安装在机房内，布置位置应远离对噪声敏感的房间。（2）机房墙体内表面设置隔音棉、机房门应采用隔音措施。（3）通风管道、通风机组等设备的功率应采用产品的实测数值。（4）通过直流风道、弯头、三通、异径管、阀门、送风口和排气口的气流产生的再生噪音的声功率级和自然衰减应根据每个倍频带的中心频率进行计算和确定。（5）当通风系统产生的噪声自然衰减达不到允许的噪声标准时，应设置消音设备或采取相应消音措施。具体所需消音量应通过计算确定。（6）选择消音设备时，应根据系统要求的消音量、噪声的原始频率特性、消音设备的声学性能和空气动力特性，选出最优经济比来确定。（7）消音设备的布置应考虑风管内部气流的影响。消声设备所在机房应考虑贴消音板以达到隔音要求。（8）风管穿过机房时预留孔洞会产生一定缝隙，应用具有隔声功能的弹性材料填充。

2.3 设备减振对应措施

西部某医院的设计中，水泵、风机组、冷水主机、医疗设备平台等，大量采用了减隔振设施，将设备运行的振动影响减到最小。

通用技术汇总：减振措施也是设计要重点考虑的问题。隔振元件是安装在基础和设备下的质量块之间的隔振器或隔振材料，使设备与地基之间的刚性连接成为弹性支承，达到减振隔振的目的。设计时要考虑隔振要求安装位置和允许空间等因素进行选择，一般分成隔振器、隔震垫和柔性接管3类。常用的隔振元器件有金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、隔震垫、管道隔振4种，其原理实际均为阻尼减振。减振设计常用的措施如下。（1）当暖通空调系统的振动通过自然衰减仍然不能达到标准时，则应设置隔振器等其他隔振措施。（2）对于无隔振装置的设备，当其转速小于或等于1500r/min时，应选用弹簧隔振器;当转速大于1500r/min时，根据设备振动强度以及环境要求，也可采用橡胶隔振器或隔振器。（3）选择弹簧或橡胶隔振器时，宜按下列要求：①隔振器所承受最大荷载应低于允许工作荷载;②在基础与隔振器中间应设置弹性隔震垫;③设备的运转频率与隔振器垂直方向的固有频率之比，应不小于2.5，宜为4～5 ;④当共振振幅较大时，宜于阻尼大的材料联合使用;⑤橡胶隔振器的压缩变形应按制造商提供的极限压缩量的1/3～1/2计算;⑥橡胶隔振器应避免太阳直接辐射或者与油类接触，应计入环境温度对橡胶隔振器压缩变形量。（4）如果满足以下要求之一，则应增加隔振座的质量和尺寸：①设备的重心偏高;②设备重心不在重心且有较大偏离;③无法严格满足隔振要求。（5）通风机的进出口管道应采用软管连接。（6）受设备振动影响的管道下方应采用弹性桥架。（7）穿过病房的污水和雨水排水管道应使用静音管^[4-6]。

3 结语

医院建筑是重大民生工程，对噪声和振动敏感，需要采用成套的技术措施进行详尽控制，在设计环节就需要做全方位的考虑，传统的设计院的技术力量已经无法单独完成，需结合声学专业公司、减振设备专业厂家的力量，在设计阶段对功能区的辨别、振动设备位置的设置、室内降噪装修标准、设备管路的综合减振措施等方面，进行综合、系统性的考虑，才能比较完善地达到国家的规定标准，交出业主和用户满意的作品。本文仅对此综合举措做了简单的归纳，希望能给设计师在设计时提供初步的应对方向，有效减少重复研究工作。

参考文献[z1]

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