1.1 选题的目的及意义

随着城市建设的发展，高层建筑也越来越多。由于高层建筑自身的特殊性，其供气与多层建筑供气有一定的差别^[1-3]。本设计结合燃气管道设计工作中遇到的实际问题，我们讨论了高层建筑燃气引入管及燃气立管设计应注意的问题。

近年来市政建设迅速，兴建了许多高层建筑。而且随着人民生活水平的提高，越来越多的家庭开始注重居室的美观与实用性。不仅要求户型设计人性化，也要求配套设施简洁集中，易于装修。在室内天然气管道的设计中需考虑的问题较多，如附加压力大，高层建筑沉降量大，立管较长且热伸缩量大，以及如何保证计量的先进性和用气安全。因此，室内燃气管道的设计应充分考虑居民的装修需求和安全需求。鉴于高层建筑的特殊性，其燃气管道设计上会与普通低层、多层建筑存在差异^[2-5]。目前高层建筑燃气管道的设计需考虑较多的问题，在保证安全的基础下追求设计的合理性，主要探讨以下高层建筑对燃气管道的影响因素。
1.1.1高层建筑沉降相对较大
建筑物沉降是指建筑物建好之后因本身自重压力使地基产生变形，然后导致后下沉，无论是单层、多层还是高层建筑均不可避免的出现建筑沉降问题。然而高层建筑由于自重大，其沉降量会更明显，可能会有5-10cm或更多。安装在高层建筑上的燃气立管会随建筑一同沉降，然而从庭院管出来的引入管则是相对静止的，这导致燃气引入管连接位置会产生一定的切应力。当切应力超过极限时，管道和管件就会发生变形，甚至断裂，造成燃气泄漏^[6-8]。因此在高层建筑燃气管道的设计中，高层建筑物沉降所带来的隐患是必须考虑到的。
1.1.2产生的附加压力相对增大
由于燃气的密度同空气的密度两者之间存在差异，会导致附加压力的产生，若不处理好附加压力，引起压力波动大，则有可能出现燃气不完全燃烧，甚至脱火、回火的情况，影响到燃气的正常使用及供气的安全性。并且这种附加压力是会随着楼层的增加而增大，故在高层燃气设计中，燃气管道的附加压力不能忽视^[9]。
1.1.3管道的自身重量、环境及温差变化因素
城市高层建筑最显著的特征就是建筑高度高，而这也在一定程度上对城市高层建筑物内的燃气管道增加了很大的自重，因此随着管线从开始的安装到后来的运转，随着外在气温不断的变化，在立管中会形成一定的管道应力和变形量，再加上管道本身存在一定的重力，就会导致其不断的下降，顺着轴向形状发生一定的变化，相应的产生很大的压应力^[10-12]。冬夏季环境温度变化，使得管子产生周期的热胀、冷缩应力。另外，高层建筑物受到风载荷和可能产生的地震影响时会产生一定的摆动，使管子产生弯曲应力。这几种应力的综合作用，使得城市高层建筑物内的燃气管道出现一定程度的形变，甚至产生断裂，导致城市高层建筑的的燃气管道发生泄露，这样的安全隐患一旦发生，将会造成不可设想的后果，会对居民的生命人身安全造成严重的威胁。

1.2 国内外研究现状

燃气管道作为建筑物（住宅区、行政区等高层建筑）重要的基础设施，其安全性能与可靠性对于保障生命安全具有重要意义^[13,14]。针对燃气管道设计与研究，国内外众多学者与研究人员进行了大量的研究与分析。

1.2.1 燃气管道选材问题

为了保证燃气管道质量安全，必须保证室内管道与燃气连接的问题，因此，确保管道材料自身的性能优异性至关重要。目前，国内外主要采用钢骨架聚乙烯复合材料作为管道主要用材，并且，严格执行《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》相关规范执行^[15]。

对于燃气管道材料性质要求主要包括耐腐蚀、延展性、良好的机械性能、以及长久的使用寿命，此外，也应该考虑施工条件与施工地点等众多因素，多种因素之间的干扰与彼此之间的耦合作用促使管道材料应具备良好的性能，这对管道质量保证以及管道系统安全可靠性具有重要意义。除此之外，钢管作为燃气管道应用材料也被广泛应用，包括无缝钢管和焊接钢管，钢管具有良好的机械性能，强度高、硬度大、良好的承载能力等特点，但同时国内外相关机构与研究发现，钢管作为燃气管道材料主要有耐腐蚀性能较差的特点，进而造成其使用寿命缩短^[16]。主要腐蚀的机理为电化学腐蚀，由于管道周围复杂的环境因素，形成微电池腐蚀以及宏电池腐蚀两种主要类型，两种形式也对管道材料造成极大的损害，大大缩短其使用周期。目前国内外主要通过在其表面增加防腐涂层以及牺牲阳极保护法来对其进行防护。整体来说，不同种管道材料都拥有各自独特的性能特征，但其良好的综合性能对管道质量安全保证与其可靠性提高具有重要作用，因此，国内外众多学者与研究机构也致力于开发出性能优异与稳定性良好的管道材料。

1.2.2 高层燃气管道设计问题

燃气管道的合理设计对于管道作用的体现于发挥至关重要。管道设计主要涵盖：管道系统部件、管道性能参数以及后期安全性能监测与维护等方面。目前来说，管道、表类监测装置以及与房间内部设施（如安全插座等）之间的相互作用应最为管道设计中主要考虑的问题。在室内中，如燃气表等安装与设计应考虑多方面问题，不仅仅是设计参数，同时也应考虑 室内装置的布局与分布等问题，确保安全可靠^[12,14,17]。