高层建筑燃气管道布局及设计探讨

杨慧　刘文勇

摘 要：随着城市化进程的不断加快，城市建筑的配套设施也来越完善。城市建筑燃气工程设计，已经成为许多建筑设计非常重要的一个问题。现代建筑设计不仅要考虑到美观实用，更要考虑到建筑空间的有效利用以及燃气工程的安全性与特殊性，本文针对高层建筑燃气工程简要论述了其关键设计技术，并分析了管线布局等燃气工程相关的设计要点。

关键词：高层建筑；燃气设计

1 管线布局以及调压系统的设置选择

1.1 管线的布局

和其他建筑物相比，高层建筑具有很多的特殊性，在传统建筑史上，一般的建筑物都是坐北朝南，这样的建筑不但采光好，而且在风水学等方面也有着很多的讲究。在传统许多的多层建筑中，楼房设计一般都是坐北朝南，许多的楼房都是长方形结构，在厨房的设计上，一般情况下，都是厨房在房间的北侧，所以，在楼房铺设燃气管道上，前管便顺势朝着北面，有一个三通留在厨房的位置，地接引入管可以通过管线顺利出土入户。但是，高层建筑则不一样，高层建筑在外观上仿佛是一个看似六面体的正方形，并且许多高层建筑的底层都是写字楼、商贸中心、办公场所，上面才是居民楼或者高档住所。因此，再设计高层建筑的时候，都有一个天井槽设置在六面体的中间，并且每个方向都有，无论是居住的第一层，还是居住的最高层其任何一个楼层都有设置，天井槽槽宽约为2--3米，商贸最高层的顶板即为天井槽底面，所以，高层建筑在设计厨房时，厨房的布局一般有以下几种，第一种是天井槽的两侧基本上就是高层建筑厨房的投影点，第二种是厨房一般坐落在各个电梯出口两侧，公共楼道一般都与厨房的外墙相邻。

1.2 设置高层建筑的调压系统

一般情况下，高层建筑的燃气管道都采用从底层逐渐分户立管上升至顶层的方式，如果高层建筑在25 层以上，无论是天然气，还是液化石油气，无论是密度小于空气还是密度高于空气，所附加的压头都比较大，因此，为了方便调节压力，高层建筑的调压系统都应该进行独立设置。我们在进行调压设备选择的时候，要根据实际情况来定，选择调压设备时要兼顾高层建筑庭院管网设计，一般情况下，要选用调压箱替代调压柜，并且流量每小时一定要大于庭院管网1.2倍，这样，不仅维修操作等十分方便，而且可以将调压系统在小区的露天绿地里以平台方式安全地放置，不会影响到环境的美观。

2 高层建筑燃气管道的工艺设计

2.1 高层建筑沉降的影响

高层建筑因自重会产生一定量的沉降量。高层建筑一般采取上行下给方式，即燃气自庭院从上升管到达楼顶成环状或枝状，再通过各下降立管，中压进户调压计量后引至燃具。根据高层建筑管道燃气的供气形式，在设计及施工中应考虑以下措施：

在上升管与庭院管连接处，燃气钢管尽可能采取煨弯减少焊缝，对该处焊缝要求100 %探伤。庭院管与上升管的接口应在高层建筑建成沉降一段时间后，并在室内管全部竣工后施工安装，这样能减少沉降对接口处的应力。

上升管应在设置紧急切断阀后管道上尽可能采取多个弯头组合方式来进行沉降量的补偿。

如果高层建筑基础周围为非原土层或建筑沉降较大，可在上升管出庭院地面0.3～0.5 m处设一个金属软管或Π型补偿器，以补偿高层建筑及庭院管的沉降。

2.2 燃气立管的应力分析

高层建筑因立管（上升管、下降管）较长，管道自重大，管道上会产生压缩应力。因受環境温度变化影响，立管会产生胀缩变形和热应力。另外，高层建筑物在受到风荷载和可能发生的地震影响时均会产生一定的摆动，燃气立管因此产生弯曲应力。

以上三种应力在高层建筑设计时均不可忽视，设计不当有可能使管道自身和支架达到破坏的程度，而造成管道弯曲、断裂，致使燃气泄漏，引发事故。在无承重支撑时，立管底部的压缩应力要达到允许应力，管长一般须超过1400 m，而如此高的立管长度对一般高层建筑是不可能的。因此，对一般高层建筑燃气管道本身通常不致于产生压缩应力破坏。为使立管自重得到均匀分摊，通常在设计中要求每一层（按标准层层高）设一支架，以免立管底部压缩应力过于集中。此外，在立管底部设置稳定的固定支架，以进一步承受立管自重。

高层建筑在地震裂度为7度地区受地震影响时及受风荷载影响时的允许层间相对水平位移通常为1/1 500及1/3 000。如高层建筑层高为3 m，建筑物允许层间相对水平位移量为2 mm。该值往往远小于管道的允许位移量（管道允许位移量与管材允许应力、管道弹性模数及管道回转半径有关，具体计算略）。因此，高层建筑（超高层除外）燃气管道一般在采取伸缩补偿及承重支撑等措施后，产生的弯曲应力对燃气管道的影响可忽略不计。

2.3 燃气管道支架及穿墙保护设计

（1） 支架 由于高层建筑燃气管道设计基本上是沿建筑物外墙敷设，每隔一层层高（2.8～3.0 m）设一个支架。除在设计位置安装固定支架外，其余均采用管卡式活动支架。

（2） 预留套管及预留洞 设计单位要绘制管道、热水器预留洞图，施工单位要严格按照设计图纸准确预留。燃气管道通常采用套管预留方式。套管一般比燃气管道大二号。燃气管应安装在套管中心部位。

热水器预留洞必须根据热水器的类型及型号确定。目前未对热水器类型及型号有明确规定时，通常按对流平衡式热水器设计。预留洞尺寸为250×190×墙壁厚 mm3，预留洞中心高度通常在1.7 m。目前，使用强制排烟式热水器较普遍。其预留洞为100 mm的孔洞。预留中心高度为1.7 m。

2.4 附加压力的影响及供气方式的选择

高层建筑如果采取区域调压、低压进户形式，由于高层建筑立管较长，必须考虑附加压力。

ΔP=H.（ρa-ρb）.g

式中：ΔP-附加压力 Pa；

ρa-空气的密度 kg/m3；

ρb-燃气的密度 kg/m3；

H-燃气管道终、起点的高程差 m；

g-重力加速度。

近期气源为液化石油气，远期气源为天然气。以上升管为例，气源为液化石油气时，产生的附加压力ΔP值为负；气源为天然气时，产生的附加压力ΔP值为正。如采用区域调压、低压供气方式，气源为液化石油气时，随楼层增高，附加压力减小，达到一定高度时，会使室内低压燃气管道阻力损失超过允许值，这种供气方式建筑物层高不应超过6～8层。如果采用楼栋调压能使可供气能力有所增强，但对于普遍20～30层的高层建筑，显然是不适合的。与此同时，也需考虑远期使用天然气，附加压力会使高层燃具灶前压力增高，不稳定，达到一定高度必然使灶前压力超过允许值。

中压进户供气方式可保证高层建筑用户灶前压力的稳定。如调压器选择适当，完全可确保远、近期气源互换后灶前压力稳定且满足各自技术要求。中压进户供气方式中压立管均沿外墙敷设，可较在室内敷设安全。但由于采用中压进户，一旦泄漏其危害性较低压进户大，因此，必须对中压立管及进户中压管的施工提出更高要求。例如：中压管道采用无缝钢管，进户部分中压管尽可能煨弯，穿墙部分不得有焊缝等。此外，上升管位置选择应考虑距小区道路不要过近，同时应避开地下室、窗户、阳台等处。

3 结束语

总之，随着建筑事业的发展以及人们生活水平的提高，建筑施工室内燃气管道的设计也增添了许多的新的内容。在高层建筑工程设计过程中，我们一定要对高层建筑燃气系统进行科学的分析，合理的考虑燃气工程的安全性以及特殊性，综合分析燃气工程关键设计技术，树立以人为本的设计理念，结合具体情况，做好高层建筑燃气工程的设计。

参考文献

[1]印春喜.高层建筑燃气工程关键设计技术分析[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（4）.

[2]唐希凤.高层建筑给排水及燃气设计[J].城市建设，2010，（26）：224-225.