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摘要：高层建筑燃气管道设计需考虑燃气管道选材及燃气附加压头、高层建筑的沉降、燃气立管的应力等问题。通过日常设计工作中对高层住宅建筑燃气安装设计工作的总结，希望对燃气设计人员提供一些参考和思路。
关键词：高层建筑；附加压头；沉降；应力
1 概述
根据《民用建筑设计通则》规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。超高层建筑不论规范和安全性要求达到另一个标准要求，对各个专业也更加严格，还需设避难层。从经济方面考虑，目前住宅一般不超过100m。
对于高层建筑而言，燃气管道设计时需要考虑燃气管道选材及燃气附加压头、高层建筑的沉降、燃气立管的应力等。
2 燃气管道选材及燃气附加压头
2.1 燃气管道选材
目前，济南市高层建筑的燃气设计主要采用低压入户。由于镀锌钢管螺纹连接处易腐蚀，受燃气立管自重产生的应力及环境温度变化产生的热应力等都易引起螺纹连接处漏气。在济南高层建筑燃气立管就因采用镀锌钢管发生数起泄漏事故，现燃气管材采用无缝钢管，连接方式采用焊接。
高层室内立管采用焊接，存在不足之处：（1）原采用镀锌钢管，立管安装距墙壁的净距可以控制在10cm以内，一般为7—8cm，采用焊接方式，距墙的距离增大10cm左右，不美观；（2）立管阀由原球阀改为法兰球阀，尤其是采用室内安装，占据用户很大的空间，影响用户的装修，不美观；（3）增大投资成本。
2.2 燃气附加压头及解决措施
居民生活的用气设备采用低压燃气，随燃气立管高度的增加，产生很大的附加压头。
调压器出口压力一般设2600Pa左右，设定最不利工况，即只有顶层一户用气，管道的沿程阻力接近于0，局部阻力只有燃气表及表前阀门的阻力，约为150Pa。假定建筑物为33层，楼层为3m，设用户的灶前压力为P，则P=2600+△H -150，得出灶前压力P=2974Pa。附加压力的影响使灶前压力接近允许波动范围的上限。
为减少附加压力，常采用的措施如下：（1）增大管道阻力：每隔一定的楼层缩一次管径（具体楼层根据用气量计算确定），增大立管的沿程损失，并在立管上分段设置调节阀门，即增大了局部阻力又可以通过调节阀门开度，节流调压。这种方法经济、易操作，是普遍采用的方法。但当顶层极少数用户用气时，通过缩径达到增大压损的方法几乎是无效的，而且用户并无调节阀门的意识，达不到减少附加压头的效果。（2）设置低—低压调压器：在立管适当位置或在高层用户表前设置，使灶前压力接近灶具额定压力，也是目前可采用的比较有效的措施。但增设户内调压器将会增加维修、维护工作量。
3 高层建筑的沉降
建筑基础处回填土的沉降会导致引入管局部悬空，容易引发事故。一般情况下，高层建筑在竣工后5年内的沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。基础的沉降量计算可以按《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第5.3.5条进行计算。通常采用经验值确定，高层建筑物的最终沉降量为每层1—1.2mm。以33层为例：33层×1.2mm=39.6mm（经验值计算）。
由于施工的规范性、地基土质等因素的考虑，一般在高层建筑设计时若仍需考虑高层沉降的补偿措施。目前常采用两种补偿方式：（1）引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上；（2）引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。由于方式（1）影响建筑外立面效果且补偿量小于方式（2），一般采用方式（2）。但方式（2）中安装金属柔性管时应注意，软管前出地燃气管道不得进行固定；软管必须水平安装，不得有扭曲和弯曲现象，并使其处于自然伸展状态。
4 燃气立管的应力
燃气立管的应力的产生有两个原因：（1）燃气立管自重产生的压缩应力；（2）环境温度变化产生的热应力。两者共同作用，达到一定程度时，燃气管道会产生变形、扭曲、断裂，引发事故。因此在进行高层燃气管道设计时，必须考虑管道自重产生的压缩应力和环境温度变化产生的伸缩变形及热应力。
4.1 立管自重产生的压缩应力
随着建筑物楼层的增加，燃气立管长度不断增长，管道的自重也相应增大。“高层建筑的燃气立管应有承受自重和热伸缩推力的固定支架和活动支架”（《城镇燃气设计规范》GB50028—2006）。常采取以下措施：（1）立管底部设固定支座承重；（2）每隔7—10层的穿楼板处加设固定支撑。采取这两种方式，使固定支架与建筑物称为一体，防止因管道下沉而引起受力折断、变形，从而发生漏气事故。目前民用建筑建筑高度不超过100m。所以一般采用的方法为立管底部设固定支座支撑；根据实际楼层数12—18层穿楼板处设固定支撑。
4.2 环境温度变化产生的伸缩变形及热应力
常采用的补偿措施有两种：（1）设波纹管，缺点是增加了漏气点；易受用户碰撞，造成波纹管失效。由于因温差造成的伸缩量不大，一般采用自然补偿的方法，两个固定支架间的管道就是一个“L”型自然补偿器。（如图所示，以33层为例）
通过计算可得“L”型补偿器短臂的长度50cm可满足。“L”型补偿器短臂的长度较小，不会影响用户的整体装修，在实际工程安装中也是切实可行的。采用此方法应注意立管采用焊接连接，因为如果采用丝口连接，由于长期进行伸缩量的补偿，将造成弯头处的丝口松动，容易引起漏气。在实际工程中，建筑总高度低于100m，所以只需在中间楼层设一个“L”型补偿器即可。
5 燃气报警器
根据《济南市燃气管理条例》十六层以上的民用（公寓）住宅项目，建设单位应当按照国家规范设计，建设燃气安装集中监控装置。这就要求高层民用建筑室内全部安装报警器。这就要求对报警器定期校验，更换，目前报警器虽已安装并与中控室联动，但在定期校验、更换方面的实施有待加强。
6 小结
高层住宅建设居住人口多，相比多层建筑在各方面的要求也更加严格，通过日常设计工作中对高层住宅建筑燃气安装设计工作的总结，希望对燃气设计人员提供一些参考和思路。
参考文献
[1]GB50028.《城镇燃气设计规范》［s］.中国建筑工业出版社，2006
[2]车德臣，周长胜.高层居民建筑燃气管道设计的探讨 制冷与空调：四川 2008
[3]朱艳红，田文中，李英利.高层建筑对燃气管道影响及解决措施 上海美琪 2010
[4]裴义，张晓范，王丽娜.高层建筑沉降对燃气用户的影响及补偿措施的研究 中国土木工程学会城市燃气分会输配专业委员会2005年会议论文集
论文作者:韩炜鸿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/18
标签：燃气论文; 管道论文; 高层建筑论文; 压头论文; 应力论文; 建筑论文; 自重论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;