高層和超高層建筑燃?xì)夤艿啦牧霞斑B接方式

申晉益

(成都燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司， 四川 成都 610041)

1 概述

由于高層、超高層建筑的特殊性，對于燃?xì)夤艿溃谑┕ぐ惭b、運營維護(hù)方面均有較高要求。因此，管道材料的選擇十分重要，既要具備良好的防腐性能，適應(yīng)各類氣候條件，又要有一定的美觀性。同時，不同的管道連接方式在安裝效率、質(zhì)量保證率、受力性能、耐久性等方面均有差異，只有選擇合適的連接方式，才能有效提高管道的安裝質(zhì)量，保證管道體系穩(wěn)定性，進(jìn)一步控制后期維護(hù)成本。

2 管道材料

高層、超高層建筑燃?xì)夤艿啦牧系倪x型是研究管道受力性能、安裝工藝、使用安全等方面的先決條件。與單層、多層建筑不同，高層、超高層建筑燃?xì)夤艿兰霸O(shè)備受自重、沉降差、熱膨脹、風(fēng)荷載、地震荷載等因素影響大。因此，人們對高層、超高層燃?xì)夤艿啦牧系囊蟾鼮閲?yán)格，既要輕質(zhì)高強(qiáng)，又要有一定的塑性或延展性。

鋼材以其均質(zhì)高強(qiáng)、各向同性的特點，成為燃?xì)夤こ虘?yīng)用最多的材料之一。目前，適用于高層、超高層建筑燃?xì)夤艿赖匿摬闹饕刑妓劁摵筒讳P鋼。其中，碳素鋼的應(yīng)用時間更長，工藝更成熟。不銹鋼在燃?xì)庑袠I(yè)興起的時間略晚于碳素鋼，但市場認(rèn)可度正在逐步提升。

2.1 碳素鋼管

碳素鋼的含碳量直接影響鋼材的力學(xué)性能和加工性能。盡管碳素鋼是較為理想的管道材料，但鋼材腐蝕一直是影響管道使用壽命的主要因素。隨著現(xiàn)代管道防腐技術(shù)不斷完善，能夠一定程度上減少鋼管腐蝕，但鋼管防腐層受到氣候條件、周圍環(huán)境、外力破壞等因素影響，容易老化或剝落。當(dāng)鋼管的連接方式采用焊接時，焊口位置的防腐效果受焊接工藝水平、防腐處理水平的影響更大。存在一定焊接缺陷或者防腐措施不到位的焊口，極易發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生燃?xì)庑孤╋L(fēng)險。因此，需要定期對管道的防腐層進(jìn)行維護(hù)。對于高層、超高層建筑而言，敷設(shè)于外墻上的燃?xì)夤艿婪栏S護(hù)工作量與難度較其他建筑大很多，成本也很高。

碳素鋼在低溫環(huán)境下的冷脆現(xiàn)象也值得關(guān)注。冷脆即低溫脆性，是指鋼材處于低溫環(huán)境下，其韌性顯著降低，發(fā)生脆性破壞的現(xiàn)象。在我國嚴(yán)寒地區(qū)，沿建筑外墻架設(shè)燃?xì)夤艿啦⒉簧僖?，此類管道易受低溫危害，不利于安全運行。

碳素鋼管的防腐層顏色一般是比較醒目的黃色，對建筑美觀性有一定影響。而不銹鋼管不需要做防腐，美觀性更佳。

2.2 不銹鋼管

不銹鋼管最先應(yīng)用于給水、排水、消防管道，直到2000年初，我國燃?xì)庑袠I(yè)才開始使用不銹鋼管道[1]。此后，我國陸續(xù)出臺了GB/T 12771—2019《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》、GB/T 14976—2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》等標(biāo)準(zhǔn)，支持不銹鋼管在國內(nèi)的應(yīng)用。GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》(2020年版)第10.2.3條也明確了可以使用不銹鋼管作為室內(nèi)燃?xì)夤艿馈?/p>

不銹鋼管的優(yōu)點主要包括強(qiáng)度高、耐腐蝕、壽命長、維護(hù)成本低、低溫性能好、外形美觀等，其中維護(hù)成本低、低溫性能好、外形美觀是不銹鋼管相較碳素鋼管最為明顯的優(yōu)勢。因此，在不考慮連接方式差異影響管道性能的前提下，不銹鋼管比碳素鋼管更適用于高層、超高層建筑燃?xì)夤艿馈?/p>

由于不銹鋼管成本明顯高于碳素鋼管，為降低材料成本，同時控制管道自重，不銹鋼管有向薄壁化方向發(fā)展的趨勢。薄壁不銹鋼管道一定程度上控制了材料成本，但薄壁化、輕量化的同時也帶來一些問題。其中，受影響最為直接的是管道的力學(xué)性能，例如對管道穩(wěn)定性、抵抗變形能力的削弱。此外，管壁減薄也會增加管道受雷擊、高空墜物擊打破壞的風(fēng)險。因此，應(yīng)綜合考慮不銹鋼管的材料力學(xué)性能、自重、成本等因素，選擇合適壁厚的不銹鋼管。

3 管道連接方式

3.1 焊接

焊接是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最成熟的管道連接方式，特別適用于大直徑管道。即使理想的焊縫能夠達(dá)到母材的強(qiáng)度水平，卻可能由于施焊位置空間受限、焊工技術(shù)水平不足、焊接作業(yè)環(huán)境差等情況，極大地影響焊接質(zhì)量。焊接不是高層、超高層建筑燃?xì)夤艿牢ㄒ贿m用的連接方式。建議綜合考慮管材、直徑、壁厚等條件，選擇操作簡單、缺陷率低、后期維護(hù)工作量小或者免維護(hù)的連接方式，與焊接方式相結(jié)合，以期達(dá)到更好的安裝效果，降低燃?xì)夤艿肋\營及維護(hù)成本。

3.2 螺紋連接

目前，室內(nèi)熱鍍鋅碳素鋼管、連接燃具的金屬軟管常采用螺紋連接方式，其優(yōu)點是抗拉性能好、安裝速度快，受安裝環(huán)境影響小，對安裝工藝要求不高，不易出現(xiàn)安裝缺陷。同時螺紋連接也存在明顯的局限性。首先，高層、超高層建筑的主體結(jié)構(gòu)在地震時會出現(xiàn)劇烈震動和扭轉(zhuǎn)變形。在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，柱錐配合螺紋連接氣密性、耐壓性能較差，承受頻繁震動及抗扭轉(zhuǎn)能力很弱。相比之下，錐錐配合螺紋連接可以彌補(bǔ)前者不足。其次，連接處存在部分螺紋外露，在長期使用過程中易成為管道腐蝕的高發(fā)區(qū)。若在高層、超高層建筑燃?xì)夤艿乐惺褂寐菁y連接，建議采用螺紋寬邊管件來提高連接處的防腐能力。再次，螺紋的預(yù)制加工會損耗管壁，對管壁厚度有一定要求，薄壁管道不適用于加工螺紋。螺紋連接不適合在較大直徑的管道中使用。

螺紋連接易于安裝、缺陷率低的優(yōu)點，能夠一定程度上彌補(bǔ)焊接方式的不足。當(dāng)高層、超高層建筑燃?xì)夤艿啦捎锰妓劁摴?，管道公稱直徑小于等于50 mm時，推薦使用寬邊管件的錐錐配合螺紋連接；管道公稱直徑大于50 mm時，采用焊接。

3.3 機(jī)械連接

與焊接相比，機(jī)械連接能夠在常溫下進(jìn)行，受作業(yè)環(huán)境影響小，也避免了焊接時局部溫度急劇變化對金屬結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。尤其當(dāng)管道直徑較小時，施焊難度大，焊縫質(zhì)量保證率呈下降趨勢，這種情況下采用機(jī)械連接的優(yōu)勢更明顯。與螺紋連接相比，機(jī)械連接無須對管道進(jìn)行預(yù)加工，不會損耗管壁，在薄壁管道中更加適用。機(jī)械連接的力學(xué)性能、密封性能也明顯優(yōu)于螺紋連接，在不銹鋼管道中的應(yīng)用最廣泛。同時，機(jī)械連接屬于一次擠壓成型，操作簡便，連接速度快，極大地提高了管道的安裝效率。在掌握正確安裝方法和操作流程的前提下，機(jī)械連接質(zhì)量能夠得到有效保證。

機(jī)械連接方式包括卡壓式、環(huán)壓式、卡套式、卡環(huán)式、卡箍式等多種。在燃?xì)夤艿腊惭b中，應(yīng)用最成熟的是卡壓式和環(huán)壓式連接，其穩(wěn)定性、耐久性以及安全性已經(jīng)在長期的工程實踐中得到了充分驗證?？▔菏胶铜h(huán)壓式連接方式的應(yīng)用帶動了薄壁不銹鋼管道的發(fā)展，進(jìn)一步推動了不銹鋼管道的輕量化。

① 卡壓式連接

卡壓式連接是使用專用的卡壓工具對內(nèi)設(shè)O形密封圈的管件與管子進(jìn)行擠壓連接的方式。擠壓后的管件表面呈現(xiàn)六邊形，這是卡壓連接最顯著的特點。正是六邊形管件6個頂點形成的緊固力，實現(xiàn)了兩段管子之間通過擠壓變形的管件進(jìn)行有效連接[2]?？▔菏竭B接分為單卡壓和雙卡壓連接。從對密封圈的保護(hù)來看，雙卡壓因為具有延伸段而加強(qiáng)了密封圈與外界的隔離，形成兩道阻力圈，有效減緩了密封圈的老化速度，提高了連接的密封性能和耐久性能。在連接位置的抗折能力、抗震能力方面，雙卡壓連接效果更好。因此，當(dāng)高層、超高層建筑燃?xì)夤艿朗褂每▔菏竭B接工藝時，應(yīng)采用雙卡壓連接。

② 環(huán)壓式連接

環(huán)壓式連接也是一種擠壓式機(jī)械連接方式，與卡壓式連接有所不同。首先，環(huán)壓式連接采用面狀密封，密封效果比卡壓式的線狀密封好，密封材料的抗老化能力更強(qiáng)。其次，環(huán)壓式連接屬于環(huán)狀壓縮緊固，用外力沿管件環(huán)向使其強(qiáng)制收縮?？▔菏竭B接擠壓使得連接位置呈六邊形，僅形成6個接觸點位，其強(qiáng)度不及環(huán)壓式連接。無論是連接強(qiáng)度還是密封性能，環(huán)壓式連接在各類機(jī)械連接中表現(xiàn)更為突出。為彌補(bǔ)焊接工藝在小管徑管道連接效果方面的不足，當(dāng)高層、超高層建筑燃?xì)夤艿啦捎霉Q直徑小于等于80 mm不銹鋼管時，推薦使用環(huán)壓式連接。

3.4 法蘭連接

和其他連接方式相比，法蘭連接具有形式多樣、安裝靈活、可拆卸的優(yōu)點，但法蘭加工及現(xiàn)場安裝工藝相對復(fù)雜。在工程實踐中，由于法蘭連接處防腐處理難度較大，又容易滯留雨水，是管道銹蝕的高發(fā)區(qū)域。因此，為降低運營風(fēng)險和維護(hù)難度，不建議在高層、超高層建筑燃?xì)夤艿兰霸O(shè)備的連接中使用法蘭連接。

4 結(jié)論

① 適用于高層、超高層建筑燃?xì)夤艿赖牟牧蠟樘妓劁摴芎筒讳P鋼管。

② 高層、超高層建筑燃?xì)夤艿啦捎锰妓劁摴?，管道公稱直徑小于等于50 mm時，推薦使用寬邊管件的錐錐配合螺紋連接；管道公稱直徑大于50 mm時，應(yīng)采用焊接。

③ 高層、超高層建筑燃?xì)夤艿啦捎貌讳P鋼管，公稱直徑小于等于80 mm時，應(yīng)采用環(huán)壓式或卡壓式連接，推薦使用環(huán)壓式連接，當(dāng)使用卡壓式連接時，應(yīng)采用雙卡壓連接。

④ 不建議在高層、超高層建筑燃?xì)夤艿兰霸O(shè)備的連接中使用法蘭連接。