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摘要：当今城市化进程的不断加快，现代高层建筑不断涌现，且随着燃气应用不断推广，现代高层建筑基本已经全面使用管道燃气。在高层建筑燃气管道设计中应当结合所在城市燃气管道的供气设计特点，同时提出个性化的改进方案，并且兼顾高层建筑不均匀沉降、附加压头、应力立管 补偿、杭震设计等因素，阐述高层建筑的燃气管道要点。本文针对高层燃气管道的设计要点进行探讨，提出一些设计注意事项，以供参考。
关键词：高层建筑；燃气管道；设计要点
前言：
随着经济的发展，城市化的进程加快，高层建筑如雨后春笋般涌现。鉴于高层建筑的特殊性，其燃气管道设计上会与普通低层、多层建筑存在差异。目前高层建筑燃气管道的设计需考虑较多的问题，在保证安全的基础下追求设计的合理性，这是一个需要探讨的问题。
一、高层建筑对燃气管道的影响因素
1.1高层建筑沉降相对较大
建筑物沉降是指建筑物建好之后因本身自重压力使地基产生变形，然后导致后下沉，无论是单层、多层还是高层建筑均不可避免的出现建筑沉降问题。然而高层建筑由于自重大，其沉降量会更明显，可能会有5-10cm或更多。安装在高层建筑上的燃气立管会随建筑一同沉降，然而从庭院管出来的引入管则是相对静止的，这导致燃气引入管连接位置会产生一定的切应力。当切应力超过极限时，管道和管件就会发生变形，甚至断裂，造成燃气泄漏。因此在高层建筑燃气管道的设计中，高层建筑物沉降所带来的隐患是必须考虑到的。
1.2产生的附加压力相对增大
由于燃气的密度同空气的密度两者之间存在差异，会导致附加压力的产生，若不处理好附加压力，引起压力波动大，则有可能出现燃气不完全燃烧，甚至脱火、回火的情况，影响到燃气的正常使用及供气的安全性。并且这种附加压力是会随着楼层的增加而增大，故在高层燃气设计中，燃气管道的附加压力不能忽视。
1.3管道受温度及自重的影响变多
环境温度的变化会引起燃气管道本身的热胀冷缩，导致管道内应力突变，另外因材质不一样，建筑物与燃气管道的热胀冷缩程度是有差别的，这也会在燃气建筑物与燃气管道之间产生应力，如果这些应力不断变大超过了管道所能承受的应力范围就会使管道发生变形。特别是高层建筑燃气管道较长，受热胀冷缩的影响产生的应力更明显，并且它与高层建筑燃气管道因自重大所产生的压应力加一起，更会造成管道扭曲、断裂以致燃气泄漏，发生安全事故。可知管道热胀冷缩及自重所带来的问题也是高层建筑燃气管道的设计中需要注意的。
二、高层建筑燃气管道设计要点
2.1处理高层建筑沉降产生的影响
处理高层建筑沉降产生的影响的方式一般为是在引入管与立管之间加设一段水平的不锈钢金属波纹软管，利用波纹管的挠性补偿能力可消减高层建筑沉降对引入管的产生的切应力，较为有效地进行沉降补偿。此方式横向补偿量大，密封性能好，经济可行且安装快捷方便。设计时需注意让波纹管与筑物外墙保留100mm以上的净距，以便日后维护。另外采用壁厚≥3.5mm的无缝钢管作为引入管以提高管材性能，以及在引入管穿过建筑物基础外墙时配以适当加大的钢套管，这些措施也对降低高层建筑物沉降所产生的应力有帮助。
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2.2消除高层建筑燃气管道中过多的附加压力
消除燃气管道中过多附加压力的方案通常是，高层建筑每户的燃气表前加设低压调压器，以此小范围地调节低压燃气的压力，令燃气用具的压力稳定在额定工作压力范围内。或者也可以加设截流阀，以增大燃气管道的中途阻力，减少燃气压力。在高层建筑中，截流阀的设置原则一般是每隔6-7层的立管上加设一个，再根据楼层高度适当调节阀门的开度来截流调压，以此消除附加压力带来的影响。
2.3减少高层建筑管道热胀冷缩产生的应力
针对高层建筑燃气管道会产生相对多的热胀冷缩应力作用，导致主立管接口扭曲、断裂，表前管变形、破坏，表接头松动从而引起安全事故，在高层建筑燃气管道的设计中要采取有效的对应措施。通常可以加设波纹管，补偿管道由温差产生的伸缩量，从而消除应力。在此过程中应注意波纹管两端必须固定，中间部分支架全部设计成活动支架。立管波纹管的数量是根据管道的长度和可能达到的最大温差确定的。也可以采用自然补偿的办法，利用管道自身弯管段的弹性来进行补偿。
2.4解决高层建筑管道自重大的问题
由于现代建筑的层数不断增加，燃气立管和支管的长度也相应变长，管道的自重力越来越大。为解决因管道自重力过大引发的管道断裂变形以致燃气泄漏事故的产生的问题，在高层建筑燃气管道的设计中通常使用固定支架对管道进行固定。注意应使固定支架与建筑物成为一体，并针对室内立管和室外立管分别进行设计。如果是室内立管，为了使燃气管道、套管、建筑物成为一体，可以在每隔7-10层的穿楼板处加设固定支撑。如果是室外立管，则可在每隔7-10层的高度处加设固定支撑，或者加一段水平管段，在水平管段上加设固定支撑。
2.5考虑高层建筑燃气管道的抗震
鉴于我国幅员广阔，存在多种地质特征，因此在不同地方的高层建筑所面对的实际问题不同，具有一些独自的特点。例如在对处于地质运动活跃、地震多发城市的高层建筑燃气管道设计中，就应考虑到燃气管道的抗震问题。因为一旦发生地震，高层建筑中燃气管道破裂会引发大面积的火灾，这无疑是雪上加霜。针对地震作用下的高层建筑中燃气管道的地震响应特点，有如下几点抗震构造措施供参考：可在室内横向管道上设置一定的控制阻尼器等相关减震装置；针对建筑内立管的抗震性能，可在燃气立管与楼层连接处采用一定的隔震减震装置；由于地震时高层建筑中的燃气立管弯曲应力与其支撑点的距离相关，并且当支撑点间距越小，容许应力越大，故可每隔几层加设一个支撑点。
2.6注意高层建筑燃气管道的防雷
高层建筑由于造型及楼高等原因，相对容易遭受雷击，在其燃气管道设计时，管道防雷方面的问题也需十分注意。燃气专业应会同电气专业一起设计讨论方案，务求该防雷方案中的措施令燃气管道的外立管及架空管，能够有效地减小或避免雷击的损害。一般原则上，高层燃气管道的室外立管和架空管应尽量不要设置在高层建筑物的突起部位，例如女儿墙和屋檐边等部位。有时应建设方的要求，燃气主管只能沿高层建筑的外墙架爬到天面层，然后从天面层分支出向下的立管，再让其沿着中间天井引至各层各户。此情况下，不但在外墙的燃气管道需作防雷接地，大约9-12m的间距设置一次，以避免雷电侧击，同时也需用金属网格去屏蔽在天面层的燃气管道，若条件充裕，建议加设主动防雷装置。
结束语：
在设计高层建筑燃气管道时要考虑诸多因素，如高层建筑物相对大的沉降量、燃气管道附加压力、管道热胀冷缩及自重产生的应力等。这些问题的解决方式在以往的经验中也有涉及，对今后的高层建筑燃气管道设计提供了借鉴和参考，同时也希望我们能在以往经验的基础上发展探究出更好的设计方案，促进高层建筑燃气管道设计的发展，为人们的生活提供安全可靠的便利。
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论文作者:孙治国
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：燃气论文; 管道论文; 高层建筑论文; 应力论文; 压力论文; 建筑物论文; 热胀冷缩论文; 《基层建设》2018年第5期论文;