对高层建筑燃气设计有关问题分析

周静

摘 要：本文通过对于沉降对燃气管线的干扰以及沉降补偿方法、消除管道的附加压力以及管道自重的影响与设计过程中注意事项等方面的分析，进一步完善了当前高层建筑燃气工程设计思路。

关键词：高层建筑；燃气设计；沉降

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

0 引言

随着社会现代化水平的不断提升，以及建筑行业受国家宏观调控政策的影响，现代化建筑倾向于向高层化发展。相应的，由于高层建筑结构自身的复杂性也为高层建筑的燃气设计施工提出了更高层次的要求，施工单位需根据高层建筑的实际情况，针对易出现的各种影响因素如建筑沉降影响、管道附加应力影响、管道自重影响等，研究相应的解决对策，及时优化完善相应设计方案，以保障燃气供应的安全性、高效性。

1 沉降对燃气管线的干扰以及沉降补偿方法

高层建筑在投入应用后在建筑自重影响以及所处地基性质的作用下，易发生建筑物沉降现象，而建筑物较大的沉降量对燃气管道会产生一定的干扰，影响正常的燃气供应及系统的安全性能。首先，沉降对于燃气引入管道的影响作用较为明显，建筑物较大的沉降量造成的内部切应力集中作用于燃气引入管道，使之承受较大的切向应力，当管道承受的切向应力超过自身承受能力时，会导致管道断裂现象的发生，造成燃气外泄，污染环境，甚至会引发火灾、爆炸等恶劣现象的发生；其次，对于高层建筑地基回填土处引发的沉降也会影响燃气引入管道，造成管道局部悬空，从而导致一系列安全事故的发生。

对于沉降补偿的重点也应放在对燃气引入管道的优化调整工作方面。首先，可以利用弹性补偿弯头缓冲变形的特性，通过在燃气引入管道设置弹性补偿弯头连接，减轻作用于官道上的切向应力的影响。一般来说，弹性补偿弯头在实际应用中依据适用环境不同，可分为通用波纹型、套管型、金属软管型以及铅筒型等补偿类型，在设置弹性补偿弯头时，应注意根据建筑物以及当地环境的实际情况，选择合适的补偿方式，总体上讲，金属软管型补偿接头在燃气管道沉降补偿中适用性比较强；同时，参考《城镇燃气设计规范（GB50028-2006）》中的有关设计依据，当高层建筑的基础沉降量大于五十毫米时，可以通过适当增大燃气引管穿越洞口规格、适当采用水平或垂直弯曲等手段提升管道承力特性，补偿沉降对于燃气管道所带来的危害。

2 消除管道的附加压力以及管道自重的影响

2.1 消除管道附加压力的影响

参考《城镇燃气设计规范（GB50028-2006）》，民用低压天然气燃烧器的额定压力为Pn=2000Pa，考虑到燃气应用中不同管段低压沿程及局部损失影响的差异，因此一般控制燃气充分燃烧压力在0.75Pn～1.5Pn范围内，以防燃烧不充分、不稳定引发的CO中毒、脱火及回火等安全事故。

考虑到现阶段高层建筑燃气入户气压低，因此需考虑燃气管道附加压力ΔP的影响；

ΔP的计算：ΔP=H*（ρair-ρgas）*9.8

其中，H——起始端到终止端燃气管道高程差，m；ΔP——燃氣管道的附加压力，Pa；ρair——外界空气的密度，kg/N·m3；ρgas——管道中燃气的密度，kg/N·m3。

消除管道的附加压力影响的措施一般根据高层建筑高度采取不同的控制对策：

（1）通过前期燃气管道的水力计算，对于较矮的建筑物，由于其相应的ΔP较小，因此较宜采用变径管、增设阀门等增加管段阻力的方法消除管道的附加压力影响；

（2）对于较高建筑物，高、低层燃气供应系统宜分开布置，对于ΔP>200Pa的楼层，通过在燃气立管及用户表设置低—低压调压器方法消除管道的附加压力影响；

（3）对于超高建筑物，通过在用户表前设置中—低压调压器以实现入户调压的方式，消除管道的附加压力影响。

2.2 消除管道自重的影响

高层建筑燃气立管易受管道自重影响产生附加应力，引发管道变形、断裂，甚至造成污染、火灾等安全事故。

对于燃气管网中由于管道自重产生的压应力由下式算得：

Fp=ζ*h*M/S

其中，Fp为管道自重产生的压应力，MPa；ζ为影响因子，一般为1.3；h为管道立管高程，m；M为管道自重，KN / m；S为燃气立管截面积，mm2。

因此可以通过较轻管材的应用、适当增加燃气立管截面积等方式减少管道自重带来的安全隐患。

3 高层燃气管道设计的注意事项

在高层建筑燃气管道的设计中应注意外界环境温度变化带来的管道弯曲伸缩以及热应力产生的影响。

温度变化造成管道伸缩变形量由下式算得：R=103*ε*L*ΔTmax

管道热应力由下式算得：FT=ΔT*ε*Γ

其中，R为温度变化造成管道伸缩变形量，mm；ε为管道线性膨胀因子m/m·℃；FT为管道随外界温度变化而产生的热应力，MPa；ΔT为燃气管道设计与实际温度差异，℃；ΔTmax为最大温差，℃；Γ为管材弹性模量，MPa；L为管段长度，m；

由计算式可知，管道伸缩变形量与温差、管长成正比，管道热应力与温差成正比，当设计温差最小时，相应的管道产生的热应力与伸缩变形量也最小。因此，较宜在春季、秋季等季节进行燃气管网的施工，而对于无法避免的热应力，一般采取立管加设L形、Z形、Π形及波纹管补偿装置减少温度变化对管道的影响。

4 要重点完善高层建筑燃气工程设计

高层建筑燃气工程设计对于燃气管网的施工以及安全、高效应用均起着关键性的作用，因此需重点完善相关前期设计，通过选择合适的调压系统、合理的管线布局、温差补偿及管材选择等策略结合沉降及附加应力、自重的影响，进一步优化初步设计；同时，对于高层建筑，需做好安全设计工作，燃气引入管道布置快速切断阀门，管道合理位置布置自动切断阀、报警监控装置、压控装置以及送排风系统等安全装置，保障燃气系统正常供应及安全性能。

5 总结

燃气管网的设计是一个复杂的系统化工程，考虑到高层建筑的特殊性，对其进行的燃气管道设计也应区别性对待，根据当地的气候、土质、水文、环境应用条件，合理设置沉降补偿方式，采取合适的方式消除管道的附加压力以及管道自重的影响，做好前期的安全设计工作，以不断完善高层建筑燃气工程设计。

参考文献：

[1]《城镇燃气设计规范（GB50028-2006）》[S].中国建筑工业出版社，2009.