張 宇

（深圳市建筑科學研究院股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

目前，消防系統(tǒng)普遍采用鍍鋅鋼管作為消防給水管材，由于管材內(nèi)部腐蝕造成系統(tǒng)老化或癱瘓而不能達到建筑設(shè)計使用年限已成為一個普遍現(xiàn)象。不銹鋼管耐腐蝕能力強，可伴隨建筑全生命周期穩(wěn)定運行。受限于一次性投資較大，國內(nèi)尚無大規(guī)模采用不銹鋼管材作為消防給水管材的先例。因此需要在不銹鋼管連接方式和管材壁厚的選用等方面展開探索。

1 項目概況

雄安商務(wù)服務(wù)中心項目是雄安新區(qū)首個標志性城市建筑群，也是雄安新區(qū)首批率先開工建設(shè)的房建項目，對于承接北京非首都功能疏解落地實施具有重大意義，將成為雄安新區(qū)最具重大影響力的名片項目之一。項目總建筑面積約 92 萬 m2，其中地上 58 萬 m2，地下 34 萬 m2，最大建筑高度 74.07 m，功能主要包括雄安會展中心、酒店、商務(wù)辦公用房、專家公寓、服務(wù)型公寓、幼兒園、商業(yè)以及地下環(huán)廊、地下停車場等。配備有電影院、泳池、健身房等各類配套設(shè)施。

2 選擇不銹鋼管材的原因

2.1 提升消防系統(tǒng)可靠性和使用壽命

消防水系統(tǒng)作為緊急情況下消防儲備系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時能夠提供充足的高壓用水，因此，消防水系統(tǒng)必須可靠運行，管道內(nèi)一旦產(chǎn)生銹蝕，輕則銹蝕產(chǎn)物減小管道有效截面，提高管道摩阻系數(shù)，致流量和水壓達不到消防要求；重則造成管道漏水、爆管等嚴重事故。我國高層建筑中很多已有較長使用年限，這些建筑中消防水系統(tǒng)現(xiàn)狀不容樂觀，腐蝕問題普遍存在，嚴重的已經(jīng)達不到消防要求［1］。雄安新區(qū)是“千年大計，國家大事”，新區(qū)建設(shè)應(yīng)遵循“高標準，嚴要求”，應(yīng)從選材開始，從根本上提升消防系統(tǒng)可靠性和使用壽命。

2.2 “地下公共環(huán)廊”特殊消防設(shè)計

本項目地下一層主要功能為：展廳、商業(yè)、酒店配套用房、設(shè)備房、車庫等多種使用功能，設(shè)計中采用了“地下公共環(huán)廊”有機串聯(lián)地下不同功能區(qū)域，此區(qū)域采用消防工程學的方法進行性能化設(shè)計，屬于一種特殊形式的地下空間，如圖1 所示。參照 DB13（J）8330《雄安新區(qū)地下空間消防安全技術(shù)標準》，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)采用不銹鋼管等防腐性能好的管材。本項目不銹鋼管材應(yīng)用于消防系統(tǒng)的經(jīng)驗可以為雄安新區(qū)地下空間后續(xù)項目提供參考。

圖1 地下公共環(huán)廊范圍示意圖

3 現(xiàn)行規(guī)范、標準的相關(guān)解讀

現(xiàn)行規(guī)范和標準對于不銹鋼管材可應(yīng)用于消防系統(tǒng)已有明確表述，如表1 所示。

通過表1，對于不銹鋼管材應(yīng)用于消防系統(tǒng)，現(xiàn)行規(guī)范和標準［2，3］都有充足的依據(jù)支撐，針對自動噴水滅火系統(tǒng)還有相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，但是對于管材是否為焊接不銹鋼管，不同的規(guī)范之間也存在矛盾之處或未做詳細說明。

表1 現(xiàn)行規(guī)范對于消防系統(tǒng)應(yīng)用不銹鋼管的表述

4 管道連接方式的選擇

管道連接方式的選擇需要考慮系統(tǒng)工作壓力、管徑、連接的可靠性，質(zhì)量的一致性，施工與維修的便利性和成本等因素，不銹鋼管常用的連接方式有氬弧焊接、擠壓式連接（包括卡壓、環(huán)壓等）、法蘭連接、螺紋連接、溝槽連接等。不同連接方式間的對比如表2 所示。

表2 不銹鋼管不同連接方式的對比

通過表2 可以看到，氬弧焊接雖對于管徑和壓力范圍適應(yīng)性較好，但是焊接質(zhì)量取決于焊工水平，質(zhì)量一致性難以保證，后期維修只能通過切割方式，便利性較低；擠壓式連接適用于薄壁不銹鋼管道，如有卡壓不均勻，膠圈老化等情況，極易出現(xiàn)漏水，因此可靠性較低；螺紋連接和溝槽連接通過對管道接口進行加工，再配合標準管件，可靠性和質(zhì)量一致性上有保障，拆裝便捷，節(jié)約人工成本，這兩種連接方式常用于鍍鋅鋼管的消防系統(tǒng)之間管道連接，對于安裝工人更為熟悉。因此本項目管徑≤DN50 采用螺紋連接，管徑＞DN50 采用溝槽連接。

5 管道壁厚的選擇

管道壁厚的合理選擇對于系統(tǒng)的安全性、耐久性以及經(jīng)濟性有較大影響，不銹鋼管應(yīng)用于消防系統(tǒng)，相關(guān)規(guī)范中對于壁厚選取未有明確表述。通過對不銹鋼管道壁厚進行研究，找到影響壁厚選擇的主要影響因素，對于縮短施工周期，節(jié)約資源有重要意義。

當直管計算厚度ts小于管子外徑Do的 1/6 時，關(guān)于管壁設(shè)計厚度tsd如式（1）～式（3）所示：

式中：ts為直管計算厚度，mm，如表3 所示；P為設(shè)計壓力，MPa；Do為管子外徑，mm；［σ］t為在設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；設(shè)計溫度在 150 ℃ 以下，取138；Ej為焊接接頭系數(shù)，0.8～1.0；tsd為直管設(shè)計厚度；C為厚度附加量之和；C1為厚度減薄附加量；C2為腐蝕或磨蝕附加量；Y為系數(shù)，奧氏體鋼在溫度≤482 ℃ 時，取 0.4。

表3 直管計算厚度 ts 計算

因螺紋連接的外螺紋需要現(xiàn)場加工，厚度減薄附加C需要考慮錐螺紋深度和錐度帶來的管壁減薄，如圖2 所示。

圖2 圓錐外螺紋主要尺寸分布位置

管壁減薄量C1由牙高h及螺紋有效長度下錐度加工來控制，我國管道連接管螺紋常用 55°密封管螺紋，錐度為 1:16，如圖3 所示。

圖3 圓錐螺紋設(shè)計牙型

根據(jù)以上，可計算管道厚度附加量，其中磨蝕附加量取值 0.6 mm，主要考慮管道接口加工精度誤差及磨損量，管道厚度附加量計算如表4 所示。

表4 管道厚度附加量之和 C 計算 mm

經(jīng)過最終計算，設(shè)計管道厚度最終取值如表5 所示，相比 GB/T 3091-2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》標準中普通鋼管壁厚平均減小了 12.1 %，具備一定的經(jīng)濟意義。

表5 設(shè)計厚度取值

6 實施過程中遇到的問題和經(jīng)驗

6.1 案例匱乏 推行困難

在目前的已知范圍內(nèi)，國內(nèi)民用建筑尚無將不銹鋼管大規(guī)模應(yīng)用于消防系統(tǒng)的案例。施工單位以無實際案例、不會加工、工藝不成熟和可能存在安全隱患為由抗拒實施。目前業(yè)內(nèi)擁有最多不銹鋼消防系統(tǒng)應(yīng)用案例的是美國唯特利公司的溝槽連接件產(chǎn)品，通過對美國唯特利在大連工廠進行考察后，確定工藝成熟，具備可實施性，以此打消了各方顧慮。

6.2 不銹鋼管硬度高

溝槽連接不銹鋼管通常采用滾槽方式對溝槽進行加工，S30408 不銹鋼材質(zhì)布氏硬度約 180 HB，常用鍍鋅鋼管 Q235B 材質(zhì)布氏硬度約 120 HB，因此采用常規(guī)滾槽機對不銹鋼管進行加工會發(fā)生溝槽深度加工不到位造成卡壓不嚴漏水、反復(fù)多次滾壓效率低等問題，因此應(yīng)選用專用的不銹鋼管開槽輥對溝槽進行加工。類似的問題也存在螺紋加工過程中，對于刀具的選擇需要與不銹鋼管硬度匹配。

7 結(jié)語

不銹鋼管具有良好的耐腐蝕特性，不僅給消防系統(tǒng)的安全可靠運行提高了保障，也給后期維護保養(yǎng)極大地減少了工作量，但不銹鋼系統(tǒng)一次投資費用大，系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)結(jié)合實際情況和理論計算選擇合適的連接方式和壁厚以節(jié)約成本。消防系統(tǒng)管材采用不銹鋼管不論從規(guī)范的支撐還是理論分析均具備可行性，并已在雄安商務(wù)服務(wù)中心項目中得以應(yīng)用。本文僅針對螺紋連接管道進行壁厚計算分析，其他連接方式對于壁厚的影響是有待相關(guān)研究者解決的問題。面對不銹鋼材質(zhì)成本高的問題，隨著行業(yè)發(fā)展，推動研發(fā)出安全可靠、經(jīng)濟合理的連接方式指日可待。Q