對高層建筑燃氣設(shè)計有關(guān)問題分析

周靜

摘 要：本文通過對于沉降對燃氣管線的干擾以及沉降補償方法、消除管道的附加壓力以及管道自重的影響與設(shè)計過程中注意事項等方面的分析，進一步完善了當前高層建筑燃氣工程設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：高層建筑；燃氣設(shè)計；沉降

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.075

0 引言

隨著社會現(xiàn)代化水平的不斷提升，以及建筑行業(yè)受國家宏觀調(diào)控政策的影響，現(xiàn)代化建筑傾向于向高層化發(fā)展。相應(yīng)的，由于高層建筑結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性也為高層建筑的燃氣設(shè)計施工提出了更高層次的要求，施工單位需根據(jù)高層建筑的實際情況，針對易出現(xiàn)的各種影響因素如建筑沉降影響、管道附加應(yīng)力影響、管道自重影響等，研究相應(yīng)的解決對策，及時優(yōu)化完善相應(yīng)設(shè)計方案，以保障燃氣供應(yīng)的安全性、高效性。

1 沉降對燃氣管線的干擾以及沉降補償方法

高層建筑在投入應(yīng)用后在建筑自重影響以及所處地基性質(zhì)的作用下，易發(fā)生建筑物沉降現(xiàn)象，而建筑物較大的沉降量對燃氣管道會產(chǎn)生一定的干擾，影響正常的燃氣供應(yīng)及系統(tǒng)的安全性能。首先，沉降對于燃氣引入管道的影響作用較為明顯，建筑物較大的沉降量造成的內(nèi)部切應(yīng)力集中作用于燃氣引入管道，使之承受較大的切向應(yīng)力，當管道承受的切向應(yīng)力超過自身承受能力時，會導(dǎo)致管道斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，造成燃氣外泄，污染環(huán)境，甚至會引發(fā)火災(zāi)、爆炸等惡劣現(xiàn)象的發(fā)生；其次，對于高層建筑地基回填土處引發(fā)的沉降也會影響燃氣引入管道，造成管道局部懸空，從而導(dǎo)致一系列安全事故的發(fā)生。

對于沉降補償?shù)闹攸c也應(yīng)放在對燃氣引入管道的優(yōu)化調(diào)整工作方面。首先，可以利用彈性補償彎頭緩沖變形的特性，通過在燃氣引入管道設(shè)置彈性補償彎頭連接，減輕作用于官道上的切向應(yīng)力的影響。一般來說，彈性補償彎頭在實際應(yīng)用中依據(jù)適用環(huán)境不同，可分為通用波紋型、套管型、金屬軟管型以及鉛筒型等補償類型，在設(shè)置彈性補償彎頭時，應(yīng)注意根據(jù)建筑物以及當?shù)丨h(huán)境的實際情況，選擇合適的補償方式，總體上講，金屬軟管型補償接頭在燃氣管道沉降補償中適用性比較強；同時，參考《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范（GB50028-2006）》中的有關(guān)設(shè)計依據(jù)，當高層建筑的基礎(chǔ)沉降量大于五十毫米時，可以通過適當增大燃氣引管穿越洞口規(guī)格、適當采用水平或垂直彎曲等手段提升管道承力特性，補償沉降對于燃氣管道所帶來的危害。

2 消除管道的附加壓力以及管道自重的影響

2.1 消除管道附加壓力的影響

參考《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范（GB50028-2006）》，民用低壓天然氣燃燒器的額定壓力為Pn=2000Pa，考慮到燃氣應(yīng)用中不同管段低壓沿程及局部損失影響的差異，因此一般控制燃氣充分燃燒壓力在0.75Pn～1.5Pn范圍內(nèi)，以防燃燒不充分、不穩(wěn)定引發(fā)的CO中毒、脫火及回火等安全事故。

考慮到現(xiàn)階段高層建筑燃氣入戶氣壓低，因此需考慮燃氣管道附加壓力ΔP的影響；

ΔP的計算：ΔP=H*（ρair-ρgas）*9.8

其中，H——起始端到終止端燃氣管道高程差，m；ΔP——燃氣管道的附加壓力，Pa；ρair——外界空氣的密度，kg/N·m3；ρgas——管道中燃氣的密度，kg/N·m3。

消除管道的附加壓力影響的措施一般根據(jù)高層建筑高度采取不同的控制對策：

（1）通過前期燃氣管道的水力計算，對于較矮的建筑物，由于其相應(yīng)的ΔP較小，因此較宜采用變徑管、增設(shè)閥門等增加管段阻力的方法消除管道的附加壓力影響；

（2）對于較高建筑物，高、低層燃氣供應(yīng)系統(tǒng)宜分開布置，對于ΔP>200Pa的樓層，通過在燃氣立管及用戶表設(shè)置低—低壓調(diào)壓器方法消除管道的附加壓力影響；

（3）對于超高建筑物，通過在用戶表前設(shè)置中—低壓調(diào)壓器以實現(xiàn)入戶調(diào)壓的方式，消除管道的附加壓力影響。

2.2 消除管道自重的影響

高層建筑燃氣立管易受管道自重影響產(chǎn)生附加應(yīng)力，引發(fā)管道變形、斷裂，甚至造成污染、火災(zāi)等安全事故。

對于燃氣管網(wǎng)中由于管道自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力由下式算得：

Fp=ζ*h*M/S

其中，F(xiàn)p為管道自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力，MPa；ζ為影響因子，一般為1.3；h為管道立管高程，m；M為管道自重，KN / m；S為燃氣立管截面積，mm2。

因此可以通過較輕管材的應(yīng)用、適當增加燃氣立管截面積等方式減少管道自重帶來的安全隱患。

3 高層燃氣管道設(shè)計的注意事項

在高層建筑燃氣管道的設(shè)計中應(yīng)注意外界環(huán)境溫度變化帶來的管道彎曲伸縮以及熱應(yīng)力產(chǎn)生的影響。

溫度變化造成管道伸縮變形量由下式算得：R=103*ε*L*ΔTmax

管道熱應(yīng)力由下式算得：FT=ΔT*ε*Γ

其中，R為溫度變化造成管道伸縮變形量，mm；ε為管道線性膨脹因子m/m·℃；FT為管道隨外界溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，MPa；ΔT為燃氣管道設(shè)計與實際溫度差異，℃；ΔTmax為最大溫差，℃；Γ為管材彈性模量，MPa；L為管段長度，m；

由計算式可知，管道伸縮變形量與溫差、管長成正比，管道熱應(yīng)力與溫差成正比，當設(shè)計溫差最小時，相應(yīng)的管道產(chǎn)生的熱應(yīng)力與伸縮變形量也最小。因此，較宜在春季、秋季等季節(jié)進行燃氣管網(wǎng)的施工，而對于無法避免的熱應(yīng)力，一般采取立管加設(shè)L形、Z形、Π形及波紋管補償裝置減少溫度變化對管道的影響。

4 要重點完善高層建筑燃氣工程設(shè)計

高層建筑燃氣工程設(shè)計對于燃氣管網(wǎng)的施工以及安全、高效應(yīng)用均起著關(guān)鍵性的作用，因此需重點完善相關(guān)前期設(shè)計，通過選擇合適的調(diào)壓系統(tǒng)、合理的管線布局、溫差補償及管材選擇等策略結(jié)合沉降及附加應(yīng)力、自重的影響，進一步優(yōu)化初步設(shè)計；同時，對于高層建筑，需做好安全設(shè)計工作，燃氣引入管道布置快速切斷閥門，管道合理位置布置自動切斷閥、報警監(jiān)控裝置、壓控裝置以及送排風系統(tǒng)等安全裝置，保障燃氣系統(tǒng)正常供應(yīng)及安全性能。

5 總結(jié)

燃氣管網(wǎng)的設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)化工程，考慮到高層建筑的特殊性，對其進行的燃氣管道設(shè)計也應(yīng)區(qū)別性對待，根據(jù)當?shù)氐臍夂颉⑼临|(zhì)、水文、環(huán)境應(yīng)用條件，合理設(shè)置沉降補償方式，采取合適的方式消除管道的附加壓力以及管道自重的影響，做好前期的安全設(shè)計工作，以不斷完善高層建筑燃氣工程設(shè)計。

參考文獻：

[1]《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范（GB50028-2006）》[S].中國建筑工業(yè)出版社，2009.