高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)及安全措施研究

袁曉江

（萍鄉(xiāng)市燃?xì)庥邢薰?，江?萍鄉(xiāng) 337000）

當(dāng)前我國城市建設(shè)仍處于高速發(fā)展的時(shí)期，由于經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、市政用地少等原因，高層建筑成為主流的建筑構(gòu)型。我國高層住宅燃?xì)庠O(shè)計(jì)仍存在許多問題，如果燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)不科學(xué)，則會直接影響燃?xì)夤艿朗┕みM(jìn)度，導(dǎo)致施工安全大受影響并可能造成安全生產(chǎn)事故。為此，各級建設(shè)部門要高度重視高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)問題，并采取合理對策，以便為后期高層建筑燃?xì)夤艿朗┕すぷ鞔蛳聢?jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)困境

1.1 高層建筑沉降問題

高層建筑物沉降現(xiàn)象較為常見，由于高層建筑具有較高的樓層和超大體量，其自身重量較大，會給地面帶來較大下沉重力，使其在一定范圍內(nèi)發(fā)生沉降問題。在某一數(shù)值范圍內(nèi)，沉降不會對建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定產(chǎn)生任何影響，但如果超出了設(shè)計(jì)限度，則會對建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。由于燃?xì)夤こ虒Π踩筝^為嚴(yán)格，在沉陷過程中，會對輸氣管線產(chǎn)生極大切應(yīng)力，從而引起輸氣管線泄漏問題。為了確保燃?xì)夤芫€的使用安全，則應(yīng)全面考慮建筑物沉降問題[1]。

1.2 燃?xì)夤艿雷枇σ蛩?/h3>

在高層建筑物中、上部，由于樓面高度增加，管線內(nèi)部會有額外加壓，而且隨著樓層增加，會使壓力值逐漸增大。例如，在高層建筑頂層，當(dāng)業(yè)主居家使用燃?xì)鈺r(shí)，往往會出現(xiàn)燃?xì)夤?yīng)不穩(wěn)定、燃?xì)饬鲃?dòng)不夠持續(xù)、燃?xì)庑孤?、人吸入過量有害氣體等問題。當(dāng)大樓內(nèi)同時(shí)段的用戶數(shù)多時(shí)，便會引起燃?xì)夤芫€壓力增加現(xiàn)象。

1.3 高層建筑環(huán)境因素

目前，國內(nèi)大多數(shù)城市的高層建筑，將燃?xì)夤芫€分成兩個(gè)部分，即在室外和室內(nèi)。在燃?xì)夤艿赖氖褂弥?，由于天氣和環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致管道破裂、燃?xì)庑孤┑葐栴}。例如，在我國北方地區(qū)高層建筑中，由于夏秋季節(jié)的溫差較大，導(dǎo)致室內(nèi)燃?xì)夤艿罒崦浝淇s，存在爆管問題。在我國南方地區(qū)，由于大氣濕度大，長期受受潮氣體侵蝕，導(dǎo)致管線表層結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕和破裂。另外，燃?xì)夤艿肋€存在著雷電沖擊、外力碰撞等諸多問題，以及各種自然因素的綜合作用，致使管道泄漏、管道破裂問題十分嚴(yán)重[2]。

2 高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)安全措施

2.1 改進(jìn)高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)方案

針對高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要靈活地規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，在充分滿足建筑的功能和實(shí)際需求前提下，全面提高管線的設(shè)計(jì)水平，具體體現(xiàn)如下。

一方面，考慮業(yè)主對于超高層建筑的美觀性、實(shí)用性等要求，結(jié)合該要素實(shí)施燃?xì)夤艿赖囊?guī)劃設(shè)計(jì)，確保其在符合既定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，最大程度提升美觀性。

另一方面，通過對超高層建筑的調(diào)查，根據(jù)有關(guān)資料，制訂相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，以保證燃?xì)夤芫€的設(shè)計(jì)和施工。

2.2 確定高層建筑燃?xì)夤艿腊惭b地點(diǎn)

燃?xì)夤艿腊惭b地點(diǎn)是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，要引起建筑設(shè)計(jì)、燃?xì)庠O(shè)計(jì)等有關(guān)部門的關(guān)注。

一方面要根據(jù)建筑物的實(shí)際功能需求，制定相應(yīng)的安裝方案，并標(biāo)明管線的位置[3]。

另一方面，在前期還要加強(qiáng)與施工單位溝通，確定好管線具體位置，避免盲目施工給建筑功能和結(jié)構(gòu)等帶來嚴(yán)重的影響。

所以，在規(guī)劃編制時(shí)，施工單位要與燃?xì)鈱I(yè)設(shè)計(jì)部門充分溝通，以決定輸氣管線的鋪設(shè)路線。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028 規(guī)定，采用特殊燃?xì)夤芫€井，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到施工和維修空間，以防止管線井通過其他規(guī)定不允許的房間，采用與廚房相鄰的管道。

2.3 高層建筑燃?xì)夤艿朗覂?nèi)設(shè)備視察

燃?xì)夤艿乐饕烧{(diào)壓器、燃?xì)庠?、燃?xì)獗淼冉M成，若以上裝置有可能出現(xiàn)品質(zhì)問題，則有可能造成泄漏。所以，在安全檢查時(shí)應(yīng)重視以上各部分的品質(zhì)及聯(lián)接，以防止使用人員內(nèi)在環(huán)境發(fā)生品質(zhì)問題。在進(jìn)行詳細(xì)檢測時(shí)，應(yīng)注意管道接頭連接是否牢固，并確保與燃?xì)庠O(shè)備的連接良好。同時(shí)，要對接頭泄漏進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，必須馬上進(jìn)行處理。例如，當(dāng)一次高層建筑燃?xì)夤艿朗覂?nèi)設(shè)備檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)占整個(gè)泄漏總量的25%，則必須對管線進(jìn)行徹底的檢測，包括安裝過程、壓力承受能力及通風(fēng)狀況等，以防止出現(xiàn)泄漏情況。在一些特定位置，如穿墻管道、埋墻管道等管道出現(xiàn)泄漏、穿孔、漏氣等情況，必須要對小區(qū)內(nèi)通風(fēng)情況進(jìn)行全面檢查，并對穿墻的周邊環(huán)境進(jìn)行全面分析，以查明造成穿孔和漏氣原因。針對檢測到的腐蝕狀況，及時(shí)替換已有問題的零件，確保穿墻管線的工作性能。此外，要加強(qiáng)與供應(yīng)商的合作，提高原料供給質(zhì)量，保證高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)效果[4]。

2.4 管線吹洗與壓力試驗(yàn)

高壓輸氣管道安裝后，必須進(jìn)行壓力測試和吹掃工作。上述兩個(gè)項(xiàng)目均需指定安裝單位的專業(yè)人員進(jìn)行，并嚴(yán)格按照施工規(guī)程進(jìn)行操作。在進(jìn)行試壓和吹風(fēng)之前，必須先經(jīng)過裁判的審查，在安裝完畢后再進(jìn)行。壓力試驗(yàn)包括強(qiáng)度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，氣密性試驗(yàn)是檢測密封件接頭有無泄漏，強(qiáng)度試驗(yàn)可確保焊接接頭緊密性。在進(jìn)行試壓吹掃時(shí)，工作人員先用暫時(shí)短接頭替換儀表閥門，或采用盲板分隔管道直角閥。通常采用兩個(gè)壓力計(jì)，將兩個(gè)壓力計(jì)置于最高和最低處，以測壓。在此要注意安全問題，通常采用水壓試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)安全性較差。在清洗過程中，可以用帶敲打作用的木棍等工具在焊縫的邊沿上進(jìn)行敲打，有利于焊渣脫落，方便清洗工作。另外，在壓力或清掃工作中，必須做好安全標(biāo)牌，并設(shè)立警示線，以防止事故傷害。

2.5 選用新型天然氣管線材料

目前，我國天然氣管線材料品種比較單一，適合于超高層建筑的材料也比較稀少，難以滿足實(shí)際工程中的燃?xì)夤芫€設(shè)計(jì)需求。為此，需對天然氣管線材料進(jìn)行創(chuàng)新。首先，加大材料開發(fā)，既要保證材料美觀性和實(shí)用性，又要提高材料使用壽命，還要有效地降低管線的安裝難度，這種材料的研制可以極大地提高天然氣管道設(shè)計(jì)和施工水平[5]。其次，由于超高層建筑功能特點(diǎn)和不同地區(qū)特點(diǎn)，必須根據(jù)實(shí)際情況來確定燃?xì)夤芫€材質(zhì)，如在超高層建筑防腐和防火性能上，可以采用新型的燃?xì)夤芫€，提高燃?xì)夤芫€的安全性和可靠性。此外，建議在超高層建筑中選用不銹鋼、鋁合金等材料作為主要材料，因?yàn)槠湓诜栏g、抗老化等方面具有極大優(yōu)勢，可以有效地滿足燃?xì)夤芫€的設(shè)計(jì)需求，延長管線的使用壽命。最后，在選擇碳素鋼管時(shí)，若因經(jīng)濟(jì)原因，建議使用環(huán)氧樹脂熱噴涂。

2.6 做好燃?xì)夤艿婪览追栏ぷ?/h3>

在高層建筑頂部位安裝防雷條和避雷設(shè)備，以保證當(dāng)發(fā)生雷電沖擊時(shí)，雷電流的主要攻擊對象不是高層建筑的燃?xì)夤芫€。同時(shí)，為了防止雷電進(jìn)入地面時(shí)，對周圍地區(qū)燃?xì)夤芫€會產(chǎn)生一定破壞性。在燃?xì)夤芫€防腐設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行管線施工之前，必須對管線進(jìn)行除銹處理，直到其內(nèi)部和外部的清潔度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。選用合適的涂料，在管道表面構(gòu)造上涂上具有一定厚度的防腐涂料，保證涂膜均勻、厚度符合設(shè)計(jì)要求，對施工用氣管線進(jìn)行防腐處理，強(qiáng)化燃?xì)夤芫€周圍場地清掃工作[6]。

2.7 注重暗埋燃?xì)夤艿?/h3>

為了使燃?xì)夤芫€美觀度得到進(jìn)一步提高，通常都會采取隱蔽的方式。具體操作時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

第一，豎管要在廚房或?qū)I(yè)燃?xì)夤艿谰羞M(jìn)行施工和安裝。

第二，廚房中的用戶分支管道可以采用暗密封或者暗埋的方式來達(dá)到使用者的審美需求，但在使用暗密封的時(shí)候，要根據(jù)燃?xì)獍踩夹g(shù)規(guī)程的規(guī)定，在暗密封的地方要有一定的通風(fēng)區(qū)域，這樣才能保證暗密封的燃?xì)夤艿啦粫诜忾]的空間里。

第三，對于地下管線而言，除了要防止對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響外，還要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，在地下管線的表面安裝鋼板或角鋼，以防止地下管線在其他施工中受到損壞，并在最后墻壁上安裝醒目警示牌。

由于考慮到溫度變化，一般都在建筑物中間樓層安裝波紋管補(bǔ)償器，根據(jù)理論和實(shí)踐的結(jié)果來決定補(bǔ)償?shù)拇笮?。由于燃?xì)饬⒐茉谑覂?nèi)具有較大的長度和重量，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行支撐。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到進(jìn)氣口或進(jìn)風(fēng)口層每一層增設(shè)一段水平管道，由水平段的受力來承擔(dān)豎管的重量。同時(shí)，鑒于室內(nèi)燃?xì)夤艿劳ǔ２捎寐菪宇^，以防止因直管轉(zhuǎn)向部位的彎頭或三通受力不均而引起的螺紋損壞[7]。因此，應(yīng)在轉(zhuǎn)向管上部樓層管道上安裝焊接角鋼支架，以保證其安全。當(dāng)垂直管道高度超過100m 時(shí)，可以在大約50m的左轉(zhuǎn)立管部位形成“N”字形，兩根豎管之間用一個(gè)金屬波紋管連接，而豎管的下部由一個(gè)固定的托架支撐。在實(shí)際應(yīng)用中，既要保證管道安全，又要滿足室內(nèi)裝修需要。

2.8 管道附加壓力計(jì)算及消除

相關(guān)分析顯示，在高層建筑低壓燃?xì)庠钤O(shè)計(jì)過程中，其額定壓力一般可達(dá)2000Pa。高層建筑是一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)，其可以將灶具壓力控制在合理范圍之內(nèi)，當(dāng)灶具壓力高于標(biāo)準(zhǔn)的0.75～1.5 倍時(shí)，便可以滿足高層建筑的使用要求。然而，如果灶具壓力越來越大，灶具熱量就會降低，導(dǎo)致灶具溫度受到影響，甚至出現(xiàn)回火情況。如果不能充分燃燒，煙霧中的一氧化碳會增加，很容易導(dǎo)致氣體中毒，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸。因此，在進(jìn)行高層建筑的燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)時(shí)，必須注意管道的沉降補(bǔ)償、溫差變形補(bǔ)償?shù)葐栴}。我國高層住宅燃?xì)夤芫€的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，采用的是低壓進(jìn)戶，在計(jì)算低壓輸氣管的過程中，必須考慮到由于體積過大而產(chǎn)生的管線額外壓力。在高層建筑的燃?xì)庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果管路上的附加壓力過大，將會造成爐膛的壓力超過額定壓力的1.5 倍。

例如，一棟高樓在安裝天然氣管線之后，壓力是P1，數(shù)值為2000Pa，如果管道安裝不符合規(guī)范，導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)居民使用管道不達(dá)標(biāo)，管道額外壓力就是管道阻力和管道阻力的總和。如果家用灶具前壓力為P2，則可以按照相關(guān)的規(guī)則對該額外的壓力進(jìn)行計(jì)算，公式如下：P2=p1+△H=150Pa=185Pa+5.83h，若家庭灶具的前壓力為3000Pa，h 值為197m，當(dāng)高層角度高度超過197m 時(shí)，燃?xì)夤艿缐毫範(fàn)t子的前端壓力比燃燒室的工作區(qū)域更高。因此，為了減少灶前壓力，必須在設(shè)計(jì)過程中，盡量減少燃?xì)鉅t的壓力變化。

2.9 優(yōu)化建筑物沉陷分析與管控

在高層建筑投入使用后，由于自身重量，地基會產(chǎn)生較大靜力，從而引起地基下沉，專家經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在高層建筑投入使用后，其下陷速度會很快，達(dá)到5cm 到10cm。高層建筑物的沉降，將引起燃?xì)夤芫€損壞問題，其主要原因是建筑物內(nèi)部燃?xì)夤艿罆蚪ㄖ锍两刀孪?，但是高層建筑外部地管卻是靜止?fàn)顟B(tài)，并且在管道的交界處會產(chǎn)生壓力。當(dāng)沉降量增加時(shí)，氣體壓力也會隨之增大，當(dāng)沉降超過一定限度時(shí)，便會引起管道的斷裂，從而導(dǎo)致天然氣供給不足。在高層建筑里，燃?xì)夤艿垒^長，管道安設(shè)和使用都會受到環(huán)境和溫度的影響。由于管內(nèi)溫度的變化，會產(chǎn)生一種壓力，這種壓力會對下層的管道產(chǎn)生壓力，使管道產(chǎn)生沉降。同時(shí)，管道很有可能會在軸向上產(chǎn)生變形，一般情況下，如果沒有特別原因，高層建筑內(nèi)部天然氣管道都采用鋼管材質(zhì)，管道變形量的運(yùn)算公式為：△L=0.012 △t×L，L 表示燃?xì)庳Q管的長度，△t 表示在安裝和使用過程中的最大溫度差。其中，立管應(yīng)力補(bǔ)償應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是按照高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合數(shù)值計(jì)算得到最大立管變形量，采用分段式波紋管的方式，消除豎管溫差應(yīng)力；二是為減少因溫差引起的管線變形，在豎管底部設(shè)置支座；三是在高層建筑中應(yīng)用柔性補(bǔ)償器，以減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)[8]。

3 結(jié)語

綜上所述，高層建筑燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)存在諸多弊端，尤其是在超高層建筑中，管道設(shè)計(jì)工作十分困難。因此，要從源頭上消除這種不利影響和干擾，則必須要在前期就方案與施工方進(jìn)行充分溝通與銜接。同時(shí)，燃?xì)庠O(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)要點(diǎn)時(shí)要經(jīng)過充分論證，包括提高規(guī)劃設(shè)計(jì)水平，精選安裝位置，合理挑選管材，控制敷設(shè)方式等，保證燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)安全性、合理性，為居民提供優(yōu)質(zhì)的燃?xì)夥?wù)。