高层建筑对燃气管道影响及解决措施WORD

高层建筑对燃气管道影响及解决措施

在高层建筑室内燃气管道设计中，附加压头、建筑沉降、室内立管的热胀冷缩和自重等都是设计人员必须考虑解决的问题。

1高层建筑供气的特点

高层建筑各类用户多供气要求高，与一般的建筑的供气系统相比高层供气的安全性问题突出。高层建筑供气主要特点如下:

(1)高层建筑自重大，楼本身自然沉降量大，对燃气进户引入管危害很大。建筑物基础外围回填土沉降也对进户管有影响。

(2)燃气立管及支管较长，自重较大，很容易引起管道压缩和弯曲应力突变，而环境温度变化易引起的管道内应力突变，使管道沉降断裂、扭曲，致使燃气泄露，发生事故。

(3)供气的高度高，产生的附加压力很大，会引起燃具燃烧不稳定，燃气泄露，以至导致火灾。

(4)风载荷和地震(主要针对安阳地区)均使管道产生较大侧位移，使管道发生弯曲沉降，危害极大。

(5)发生火灾时，由于报警系统自动化程度较低，会造成很大的财产损失及人员伤亡。

2高层建筑的影响因素及解决措施

2.1附加压头的影响及消除措施

民用天然气燃具的额定压力p,,=2 000 Pa，燃具范围内波动(参见《城镇燃气设计规范》(GB 50028-2006))。当天然气压力超出此范围，燃具的热效率降低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火或者回火等现象。目前，安阳市高层建筑的燃气设计主要采用低压入户，在计算低压燃气管道的压力损失时，应考虑因建筑高度而引起的燃气附加压力△p，计算如下:

△ p=9.8(P1-P2)h

式中: △p —为燃气的附加压力，Pa;

P1—空气的密度，取1.293 kg/m3 ; P2—为燃气的密度，取0.717 kg/m3; h—为燃气管道终、起点的高程差，m.

若庭院压力损失按300 Pa考虑，高层室内立管管径按用气高峰时最高层用气点沿程阻力损失抵消附加压力设计，用户灶前压力为2 000 Pa，燃气表压力损失按100 Pa计，则调压箱出口压力应设定为2 400 Pa。在最不利工况时(用气低峰时段)，假设只有几户用气，管道沿程阻力接近0，局部阻力仅为燃气表的阻力。设用户燃具前的压力为p，则:p=2 400+ △p -100=2 300+5.64h，当p=3 000 Pa时，h=124 m。因此当楼层高度超过124 m时，附加压力的影响会使灶前压力超过燃烧器的允许波动范围。为了使用户燃具前的压力波动范围变

小，更接近额定压力pn，有必要采取措施，减小附加压力的影响。(1)增大管道阻力损失:对20层左右的高层建筑，可采取6-8层变一次管径，增大立管的沿程损失:并在立管上分段设置调节用阀门，增大局部阻力。(2)设置低一低压调压器:对30层以上的高层建筑，可以在立管适当位置或在高层用户表前设置低一低压调压器，使燃具前压力接近2 000 Pa. (3)设置中一低压调压器:对于超高层建筑，可采用中压B级压力入户，表前安装中一低压调压器，使燃具前压力接近2 000 Pa.

2.2高层的建筑沉降的影响及补偿措施

高层建筑因自重会产生一定的沉降量，从而可能导致引入管的切向应力大，而建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，容易引发事故。一般情况下，高层建筑在竣工后5年内的沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。《城镇燃气设计规范》中规定:“建筑物设计沉降量大于50 mm时，可对燃气引入管采取如下补偿措施:(1)加大引入管穿墙处的预留洞尺寸;(2)引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上;(3)引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。”其中方式(1)和(2)有损建筑外立面效果，一般采用方式((3)，但(3)中安装金属柔性软管时应注意，软管前出地燃气管道不得进行固定;软管必须水平安装，不得有扭曲和弯曲现象，并使其处于自然伸展状态。

2.3燃气立管的应力影响及热补偿

高层建筑室内立管较长，自重产生的应力和环境温度变化产生的热应力都很大，两种内力共同作用，达到一定程度时，会造成主立管接口扭曲、断裂，表前管变形破坏，表接头松动，引发安全事故。

2.3.1管道自重产生的压缩应力 σ=G/A

式中: σ—压缩应力，MPa;

G—为燃气管道自重，N; A—为立管截面积，mm2

表1常规燃气管道的压缩应力 公称直径/mm 外径D/mm WDN 100 108 98 1618 124.5 DN80 89 80 1195 91.9 DN50 57 49 666 51.3 75 258 1 467 DN40 48 41 489 38.4 55 263 1 439 内径d/mm 截面积A/mm2 单位重量/N.m?1 允许重量/N 允许管长/m 182 834 135 035 1 468 1 469 由表可知:当管长超过1 400 m时，因管重引起的压缩应力才会超过管材的允许应力，而如此高的立管长度对一般高层建筑是不可能的。一般钢管的许用应力为127 MPa，因此对于100 m的高层，其立管自重产生的压缩应力很小，通常

不致发生破坏。但为了维修方便，我们仍需考虑分解管道自重的措施。

2.3.2管道因温差产生的伸缩量 △L=103 X CL△t

式中: △L—为管道的伸缩量，m m；

C—为管材线膨胀系数，对普通钢管在20℃时，

取12x 10?3mm/(℃.m);

L—为管道长度，m; △t—为环境温差，℃。

表2不同温差与管长下的热应力和伸缩量 温差 ℃ 10 20 40 60 伸缩量/mm 管长3m 0.36 0.76 1.44 2.16 管长6m 0.72 1.52 2.88 4.32 热应力 (N/mm2) 25.2 50.4 100.8 151.2 2.3.3管道的热应力

如果管道的伸缩完全受到约束，则管道的热应力计算公式为: σt= CE△t

式中: σt—热应力，MPa;

C—为管材的线膨胀系数; △t—环境温差，℃;

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