重庆市川东燃气工程设计研究院深圳分院 518033
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。高层燃气管道设计方案的科学合理性，直接关系人们的安全和生活。本文结合高层建筑燃气供应的特点，分析了影响高层建筑燃气管道设计的因素，探讨了高层建筑燃气管道设计要点。
关键词：高层建筑；燃气管道；设计
引言：由于燃气本身十分清洁，而且其效率高，所以其受到广大人民群众的喜爱。使用燃气能够改善生态，还能够节约资源。目前高层建筑已经不仅仅是住宅区了，通常是集各种为一体的综合化场所，它的外在比较壮观，内部十分复杂，进出人员数量多，对于消防的规定很严格。
一、高层建筑的燃气供应特点
高层建筑的燃气供应与低层建筑的燃气供应装置是有着很大区别，高层建筑用户种类多，供气要求较高，与一般建筑燃气供应系统相比，其安全性问题较突出。目前，我国高层建筑燃气供应主要有以下特点：
①高层建筑的楼层相对较多，住户相应也多些，所以燃气立管及支管也会随之增加。由于自重很大，容易造成弯曲应力突变和管道压缩的结果，环境温度变化则易致使管道内应力发生突变，使管道扭曲、沉降断裂，从而使燃气泄露，引发事故。
②高层建筑与一般建筑物相比，高度更突出，所以高层建筑在燃气供应时，燃气达到的高度相应要增加，所产生的附加压力自然也会加大，如果操作不当，会引起燃具的燃烧不稳定，造成燃气泄露，可能导致火灾发生。这对于高层建筑危害很大，必须采取一定的措施加以控制。
③高层建筑本身自然沉降量很大，对燃气进户引入管的危害很大。建筑物基础外围回填土沉降也对进户管有影响，这就对高层建筑在燃气供应过程增加了难度。
④火灾发生时，若处理不当，会降低报警系统的自动化程度，这样就会造成财产损失和人员伤亡。所以说，增强对城市高层建筑的供气管道研究是十分重要的。
⑤在一些不可抗据因素的影响下，如风载荷及地震均会使管道产生很大的侧位移，发生弯曲沉降，也有可能引起燃气的泄漏，以致发生火灾，这对于人们的生活安全是极为不利的。
二、影响高层建筑燃气管道设计的因素
1.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。
2.材料的问题
材料问题一直是燃气安装中的重要问题，很多现行的管道安装都是采用的比较耐腐蚀，抗压的镀锌材料完成的，比如很多现实中的燃气公司就是采取的这样的办法。但是这样的管道安装非常复杂，接头太多，容易出现多种问题。曾有燃气公司利用热收缩套来进行管道的表面保护，但结果并不理想。目前我们认为适合作为管道的胶带一定需要具有高度的防腐蚀性以及重量较轻，施工简单的特点，并且还需要具有一定的防火性能。
3.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。
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4.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。
三、高层建筑燃气管道设计要点
1.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6一7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.管材及壁厚选用
高层建筑选择立管材料时应考虑提高抗拉伸能力大的材料以抵消高层建筑的水平位移。故尽量选择优质碳素钢或不锈钢增加燃气管道的抗拉伸能力。同时为保证系统的安全，在计算壁厚时，除考虑腐蚀余量外，还应考虑高层建筑燃气管道强度的加强。宜选用热浸镀锌钢管，无缝钢管，不锈钢管，铜管等。
3.处理高层建筑沉降产生
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。
4.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。
5.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。
四、结语
高层建筑在燃气管道设计方面应综合考虑各种影响因素，尤其是越来越高的居民楼，须将建筑的结构特点、稳定供气、当地气源、消防安全、安全美观及发展等因素综合起来考虑，然后确定切实可行的燃气供应设计方案。高层建筑是我国未来发展的必然趋势，在明确我国高层建筑的建设、发展十分迅速的现实情况下，保证对高层建筑燃气供应有经济、安全、合理。
参考文献：
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[3]王淑静.超高层建筑燃气管道设计及安全措施[J].煤气与热力，2013，10.
论文作者:王勇
论文发表刊物:《基层建设》2016年16期
论文发表时间:2016/10/27
标签：燃气论文; 高层建筑论文; 管道论文; 应力论文; 压力论文; 建筑物论文; 热胀冷缩论文; 《基层建设》2016年16期论文;