高層建筑燃氣設計有關問題的探討

摘要：近年來，隨著城市建設的不斷發(fā)展和建筑業(yè)的興盛，在各大中城市中，大量的高層建筑（十層以上建筑）乃至超高層建筑（四十層以上或高100米以上）已經(jīng)建成和正在建設之中。其中尤以高層普通住宅和商住用房為突出，（以南京市為例，市區(qū)內已建和待建的高層建筑將達三百棟，其中多為高度一百米以下的普通住宅，也有近五十層左右的商住樓。）這類建筑要求燃氣的供應必須與之配套。

關鍵詞：高層建筑；燃氣設計；問題

1 消除高層建筑的沉降對燃氣引入管影響的方式

高層建筑因自重會產(chǎn)生一定量的沉降量，燃氣引入管自室外進入室內時，此段管道在建筑物沉降過大時，會受到損壞。為此必須在燃氣引入管處采取沉降量的補償措施。通常是在緊貼建筑物基礎外側的設沉降箱，在沉降箱內再采取如下方式：

方式一：多個彎頭的組合方式

采用多個絲扣聯(lián)接的彎頭按順時針方向組合，利用絲扣一定量的可旋轉性產(chǎn)生的管道上下位移來進行沉降量的補償。

方式二：鉛管方式

利用鉛管的可橈性進行補償。

方式三：金屬軟管方式

選擇不銹鋼金屬波紋軟管，利用其可擾性進行補償。

方式四：金屬通用型波紋補償器方式

將通用型波紋補償器垂直安裝于引入管上，利用其伸縮能力進行沉降量的補償。

方式一中，多個彎頭埋于地下，其螺紋部分較管道易于腐蝕，且在施工過程中極易形成反時針現(xiàn)象。當管道下沉時，某些絲扣會反時針方向轉動，從而影響其氣密性。方式二中，鉛管在彎曲過程中易于扁平，從而影響管道的通過能力。方式四中，通用補償器可通過計算選擇來滿足沉降量的補償，但對其它方向位移的補償能力有限。另外，波紋補償器的安裝要求也高于其它幾種方式。方式一、二、四對地震頻發(fā)地區(qū)也不太適合。

因此，選擇何種方式必須根據(jù)當?shù)氐木唧w情況。本文中認為，方式三是進行燃氣引入管的沉降量補償?shù)淖罴逊绞健?/p>

2 燃氣立管的應力計算及其消除方式

高層建筑內因立管較長，管道較重，管道上會產(chǎn)生壓縮應力。因受環(huán)境溫度變化的影響，立管會產(chǎn)生伸縮變型和產(chǎn)生熱應力。另外，建筑物在受到風荷載和地震的影響時均會產(chǎn)生一定的擺動，燃氣立管因受穿樓板套管的限制也會隨之擺動從而產(chǎn)生彎曲應力。

2.1 壓縮應力

因管道自重產(chǎn)生的壓縮應力計算公式為：

σ=W/A

式中σ——壓縮應力（牛/毫米2）

w——管道自重（牛）當立管上無承重支撐時為全部立管之重量

A——立管截面積（毫米2）

A=Л（D2=d2）÷4

D——管道外徑（毫米）

d——管道內徑（毫米）

普通碳鋼（A3）在工作環(huán)境溫度小于100℃時的允許應力

[σ]=113牛/毫米2）

當管長超過1400米時，因管重引起的壓縮應力才會超過管材的允許應力，而如此高的立管長度對一般高層建筑是不可能的。故該壓縮應力對管材的破壞性可不預考慮，但在考慮管道推力和綜合應力時則不可忽視，為此必須將立管重量采用分層支撐的方式給予均攤。

2.2 伸縮量與熱應力及其消除方式

隨著立管周圍環(huán)境溫度的變化，會產(chǎn)生伸縮變型和熱應力。管道兩端不固定時伸縮量的計算公式為：

△1=C△tL

式中 △1——伸縮量（毫米）

C——線膨脹系數(shù)（碳鋼C=12×10-2毫米/℃·米）

△t——環(huán)境溫差

一般室外取60℃，室內無空調時取40℃，有空調時取20℃如果將管道兩端固定時，產(chǎn)生的熱應力的計算公式為：σr=E△tC 式中 σr——熱應力（牛/毫米2） E——彈性模數(shù)（鋼取2.1×105兆帕）

當管道兩端固定時，因不能自由伸縮，固將對兩固定端形成推力，計算公式如下：

F=σr×A

以口徑DN50的管道為例，在不同溫度下的推力計算如下：

溫差10℃時：F=25.2×620.94=15647.7牛≈1.56噸

20℃時：F=50.4×620.94=31295.4牛≈3.13噸

40℃時：F=100.8×620.94=62590.7牛≈6.26噸

60℃時：F=151.2×620.94=93886.1牛≈9.39噸

如此大的推力如果作用在樓板等處將形成極大的破壞力。因此，必須對立管的伸縮量和熱應力采取有效的補償措施，一般采取如下方式：

方式一：在立管上采用多個彎頭的組合進行補償。

方式二：在立管上設置一個或多個波紋補償器進行補償。

多個彎頭設于戶內將影響美觀，另外如果采用絲扣彎頭，長期進行伸縮量的補償將造成絲口的松動。因此，方式一不便于采用。方式二為理想的補償方式。

選擇波紋補償器時必須根據(jù)管道伸縮量和補償器的補償能力來確定一個或多個補償器。南京目前普遍采用的是工作壓力為0.25MPa的通用型波紋補償器。

用波紋補償器進行補償?shù)墓芏伍g兩端必須固定，固定方式可和管承重支承一并考慮。

我國目前的燃氣設計規(guī)范中對固定方式和承重支承方式均未涉及，現(xiàn)介紹日本某煤氣公司在其施工規(guī)范中規(guī)定的一些固定和支承方式。

2.3 彎曲應力

彎曲應力的計算公式為：

σW=12EI/H2

式中σw——層間相對水平位移（毫米）

I——管道斷面回轉半徑（毫米）

H——層高（毫米）

高層建筑在地震7度的地區(qū)受地震影響時的允許層間相對水平位移量一般取層高的1/1500。

高層建筑受風荷載影響時的允許層間相對水平位移量一般取層高的1/3000。

設于高層建筑內的燃氣立管的層間相對水平位移量又取建筑物的層間相對水平位移量的1.5倍。

在受地震影響時（地震烈度7度以下地區(qū)），建筑物允許層間相對水平位移量在層高為3米時為2毫米，該值遠小于管道的允許位移量（表3中）。所以，當立管已采取承重支承和伸縮補償措施后，在這種情況下產(chǎn)生的彎曲應力對管道的破壞作用可不預考慮。

4 結束語

以上是本人結合實際工作所得出的結論。在進行高層建筑燃氣管道設計還必須考慮的其它方面如管道走向的規(guī)范要求、管道的聯(lián)結方式等，本文中就不再贅述。文中如有不妥之處煩請指教。

參考文獻：

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

作者簡介：付毅，身份證號碼：410511198901311711endprint