消防给水用钢管设计问题的探讨

戚玉丽，王忠举

（1.嘉兴学院建筑工程学院，浙江 嘉兴 314001；2.杭州汽轮工程股份有限公司，浙江 杭州 310022）

近年来，由于我国社会经济飞速发展，高层建筑的规模越来越大，而且数量也越来越多，消防工程设施的质量问题也直接影响到了居民生命以及财产安全。遍布大楼的消防给水管道就是其中之一，消防给水管道采用钢管时，设计人员往往只是在设计图中说明管道材料、公称直径DN及耐压值，存在未说明钢管的钢牌号、公称直径对应的外径D及壁厚δ等问题。因设计深度不够，给建设、承包及监理等各方人员带来不便和困惑，甚至成为工程承包方偷工减料的借口，从而影响工程质量。

1 消防给水用钢管设计图中存在的问题

1.1 未标注钢管的用钢牌号

每一种具体钢产品都有用钢牌号，牌号不同的钢材其强度也不同。焊接钢管常用的钢牌号有Q195，Q215A，Q215B，Q235A，Q235B等；无缝钢管常用的钢牌号有 10，20，Q345A，Q345B 等［1］。钢牌号表示方法可参照国家标准GB/T 221—2008《钢铁产品牌号表示方法》。不同牌号对应不同的强度级别，计算管道许用应力需要的是钢管的强度值。不同质量等级的钢牌号对应不同质量要求，如Q235B有室温冲击要求。

虽然GB/T 3091—2015《低压流体输送用焊接钢管》、GB/T 8163—2018《输送流体用无缝钢管》等钢管标准中明确规定了钢牌号的完整信息，但现状是许多钢管生产厂家的产品标志中虽有强度值但没有质量等级，如Q235。因此，设计选材、采购应明确具体的钢牌号和质量等级。

1.2 未说明公称直径DN对应的外径

消防给水管道设计时一般只标明公称直径DN，未说明公称直径DN对应的外径D。采用DN标志的那些标准，应给出DN与管道元件的尺寸关系，例如DN/D或DN/ID［2］（ID为内径）。

我国有关管道及元件规格尺寸的国家标准很多，同一公称直径DN的管道，采用不同的标准其外径D可能不同，同一管道标准也可能有几个不同的外径系列，也就是说同一公称直径DN可以对应不同系列的外径D。如GB/T 3091—2015中，DN50 mm对应的系列1公称外径是60.3 mm，对应的系列2公称外径是59.5 mm。如果不明确公称外径值，就可能造成现场统一公称直径DN的钢管不能对接。

1.3 未明确管道壁厚

国家标准图集09S901《民用建筑工程给水排水施工图设计深度图样》中“单体建筑给排水施工图设计施工说明”对于消防管材是这样要求的：消火栓给水管道采用涂塑管，管道耐压不小于1.6 MPa；自动喷水管采用热浸镀锌钢管，管道耐压不小于1.6 MPa。未标明用钢牌号及管道壁厚。

管道的耐压值是确定管道壁厚的重要因素但非唯一因素。管道设计除了考虑内压还应考虑以下荷载：重力荷载、温差荷载、端点位移引起的荷载，管道壁厚还要考虑腐蚀裕度、加工减薄量等厚度附加量［3］。

即使设计图明确了采用普通钢管或采用加厚钢管，但由于部分设计、管理、采购、施工、监理等人员未必清楚普通钢管、加厚钢管的壁厚到底是多少，因此普通钢管、加厚钢管具体壁厚还是要明确的。普通钢管、加厚钢管壁厚具体可按GB/T 3091—2015附录A表A.1执行。

目前，我国钢管生产企业众多，企业的产品质量参差不齐，市场还不同程度存在不规范状况，甚至还存在以薄充厚的现象。如以实际壁厚只有2.75 mm甚至2.5 mm冒充3.0 mm，这给管道安全和寿命带来极大隐患。因此管道设计、采购、验收时，均应明确钢管的公称壁厚。

2 解决办法

2.1 用钢牌号的标注方法

碳素结构钢牌号一般按如下方法标注［4］：由Q+强度值+质量等级组成，“Q”是钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母，强度值单位为“MPa”，质量等级符号分别为“A、B、C、D”。例如Q235A表示屈服强度为235 MPa的A级碳素结构钢。优质碳素结构钢也可以采用两位阿拉伯数字表示，以平均碳含量的万分之几计，例如平均碳含量为0.20%的钢，钢号为“20”。Q235A和Q235B的设计压力不宜大于1.60 MPa［4-5］。消防给水钢管常用钢牌号及力学性能见表1。

表1 消防给水钢管常用钢牌号及力学性能

2.2 管道标准及外径系列的选择

几种建筑工程常用管道标准系列DN与D见表2［6-9］，可根据工程需要对照选用。

现有的标准图集、图书很多还是采用“小管径”系列，例如标准图集03S402《室内管道支架及吊架》、02S403《钢制管件》、02S404《防水套管》中的管径系列均采用系列2，如果设计者采用其他管道系列，现阶段没有标准图集或资料可以直接引用，必然增加设计工作量；另外，如果设计图纸未标明管道标准及系列，承包单位就可能为了节约成本采购更经济的“小管径”系列。

2.3 管道壁厚的计算方法

钢管在受内压时，其最小壁厚δmin应按照GB 50316—2000《工业金属管道设计规范》中给出的公式进行计算［5］，在公式中可以知道影响管道壁厚的几个因素。

（1）管内介质设计压力PS。设计压力PS不应小于系统工作压力P。GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第8.2.8条规定：当架空管道系统工作压力P≤1.20 MPa时，可采用热浸锌镀锌钢管；当P∧1.20 MPa时，可采用热浸镀锌加厚钢管或热浸锌镀锌无缝钢管；当P∧1.60 MPa时，应采用热浸锌镀锌无缝钢管［10］。

（2）管道的用钢牌号、使用温度及制造工艺。常温下钢材的许用应力σt按表1选取。按管道的制造工艺不同，焊缝接头系数φ可取：螺旋缝焊接钢管0.6，直缝焊接钢管0.80～0.85，无缝钢管1。

（3）环境、介质对管道的腐蚀：当管道内、外壁均有可靠防腐层时，可认为无腐蚀。采用内外热浸锌镀锌钢管、不锈钢管、内外涂塑钢管时，可取腐蚀裕度C2=0。

（4）管道的连接方式。《全国民用建筑工程设计技术措施 给水排水》（简称《技术措施》）第7.5.1条规定，当压力≤2.0 MPa时，消防管道最小壁厚应符合下列要求［11］：①采用焊接、法兰连接或螺纹连接时，当管径DN≤125 mm，最小管壁厚度号为SCH20；当管径为DN150 mm时，最小管壁厚度为3.4 mm；当管径为DN200 mm及DN250 mm时，最小管壁厚度为4.78 mm；②采用卡箍连接时，当管径DN ∧100 mm，最小管壁厚度号为SCH40；当管径DN≥100 mm，最小管壁厚度号为SCH30。

当系统工作压力P∧2.0 MPa时，由于涉及的动荷载、静荷载众多，并具有不确定性，确定管道厚度时，应考虑增加管壁附加厚度［3］，一般可着重考虑冲击压力及重力荷载以简化计算。当计算值小于普通钢管壁厚时，取普通钢管壁厚。

需要注意的是：《技术措施》7.5.1条第①款规定容易让人误解，以为P≤2.0 MPa时，按其规定的最小壁厚就可以了，实际上按公式计算后可知，当焊接时取最小壁厚是可行的，当螺纹或卡箍连接时，取最小壁厚可能就不够。另外当系统压力1.20 MPa ∧P≤2.0 MPa时，DN≤65 mm的管道及其他工作压力不大于1.20 MPa的管段仍然可以采用普通钢管，因为DN≤65 mm的管壁厚度号SCH40对应的为标准壁厚［6-7］，与普通钢管壁厚［8］相当。

表2 建筑工程常用管道标准系列公称直径DN和外径D mm

3 结 语

消防给水系统中钢管设计应注意以下几点：

（1）设计图应标明钢管标准、材料（含钢牌号），并列出管道公称尺寸DN（或NPS）、外径D、公称壁厚δ（或最小管壁厚度号SCH）对照表。

（2）采用辅助软件进行水力计算时应校核该软件采用的管道标准系列、壁厚是否和设计的一致，以免影响计算结果。

（3）应了解当地管材市场能否采购到拟设计的管道系列，若事后发现当地难以采购到符合设计要求的管材就会很麻烦：修改管道系列可能会影响水力计算结果，进而可能影响设备选型，相关的管道元件规格也需要修改。

（4）采用的管道系列与引用的标准图集是否一致，尤其要注意涉外工程采用的管道元件多为系列1，而国家标准图集采用的管道元件多为系列2。

（5）当系统压力 1.20 MPa ∧P≤2.00 MPa时，DN≤65 mm的管道及其他工作压力不大于1.20 MPa的管段仍然可以采用普通钢管，这样可以降低工程造价。