某建筑给排水设计

摘要*市某食堂及活动中心消防给水系统设计*（*大学 土木工程学院，* 650*）摘要：该建筑为北京市某食堂及活动中心，为多层公共建筑。地上二层，局部地上三层，建筑物高度14.20m，建筑体积约为53000m。耐火等级二级，火灾危险性为中危险级I级。本课题是在该建筑平面总体设计的基础上，为其完成消防给水系统的设计。 室内消火栓系统采用湿式系统，流量为30.0L/s，设置2个水泵接合器，设置室内消火栓泵2台。采用湿式自动喷水灭火系统，设计流量为15.21L/s，设置1个水泵接合器，设置喷淋泵两台。消防给水系统采用的是水泵、水箱联合供水的临时高压给水系统，楼顶水箱选择18m组合式不锈钢板水箱，地下水池300m。稳压泵两台，配立式隔膜罐。关键词：消防给水系统；自动喷水灭火系统；室内消火栓系统；水力计算IAbstract* a canteen and activities center fire water system design*(*)Abstract：The building is a dining hall and an activity center in Beijing for multi-storey public buildings. On the second floor, on the third floor of the ground, the building is 14.20 m, and the building volume is about 53000m3. Class 2 of fire resistance level, fire risk is a dangerous level I.The indoor hydrant system adopts a wet system with a flow rate of 30.0 L/s, and sets two water pump adaptors, and sets up the indoor hydrant pump two. Adopt the wet automatic sprinkler system, the design flow is 15.21 L/s, set up a pump adapter, and set the spray pump two. Fire water supply system uses a water pump, water tank joint water supply of temporary high pressure water supply system, the roof water tank selected 18 m after modular stainless steel water tanks, underground tank 300 m after. The stabilizer pumps are two, with the vertical diaphragm tank.Key words: Fire water system; Automatic sprinkler system; Indoor fire hydrant system; Hydraulic calculatiIII目录目录摘要IAbstract.II1 绪论11.1 水系统概述11.2 研究意义12 工程概况及设计依据22.1 工程概况22.3设计依据23 室内消火栓系统设计33.1 室内消火栓系统概述33.2设计依据及系统选择33.3确定消防给水管网管径53.4最不利点处计算53.5水泵、水泵接合器计算84 自动喷水灭火系统设计104.1 自动喷水灭火系统概述104.2 设计依据及系统选择104.3 设计程序及计算114.4 水泵、水泵接合器计算155 消防水箱及消防水池设计165.1 消防水箱设计165.2 增压稳压装置165.3 消防水池设计166 结论18参考文献19指导教师简介20致谢21第一章 绪论1 绪论1.1 水系统概述消防水灭火系统是以水为主要灭火介质的灭火系统。水是天然的灭火剂，并且资源丰富，易于获取和储存，其自身和在灭火过程中不会对生态环境产生危害作用，消防水灭火系统的适用范围十分广泛，除了不宜采用水扑救的火灾情况外，可应用于各类民用、商用和工业建筑。消防水灭火系统分为自动喷水灭火系统和消火栓灭火系统。自动喷水灭火系统根据喷头的开闭形式分为两种：开式系统和闭式系统，开式系统分为雨淋自动喷水灭火系统、雨幕自动喷水灭火系统和水喷雾自动喷水灭火系统等；闭式系统分为湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统和预作用自动喷水灭火系统。消火栓灭火系统分为室内消火栓灭火系统和室外消火栓灭火系统。1.2 研究意义近年来，随着经济的高速发展，我国综合国力的日益增强，人民生活水平的不断提高，越来越多的集中型城市不断兴建，消防问题越发严重。各种建筑功能复杂，建筑物地区性密集，城市人口剧增等现象带来了严重的消防隐患。大型高层综合型建筑、高层民用住宅建筑、集餐饮、购物、宾馆和娱乐为一体的综合型高层建筑都是消防的重点。这些大型商业建筑通常采用无隔断、无间断的大面积区域作为经营场所，大量的易燃物品摆放集中，数量巨大，有的还设有餐饮业，这都为火灾提供了迅速传播的便利条件，导致火灾在水平和竖直方面迅速蔓延。如果其隔墙不具备足够的耐火能力，大火就会快速蔓延至其他位置；如果在建筑的背火面储存了大量的可燃物，会导致火灾快速扩大至其他区域；而且在竖向扶梯、中庭等区域，由于烟雾的上升也会导致竖向的火灾蔓延。高层建筑人口密集，消防意识薄弱，通常会导致火灾后救援困难；消防水枪的高度限制，也使该建筑主要依靠自身的消防设施。因此消防给水问题成为了建筑设计的重要问题。26第二章 工程概况及设计依据2 工程概况及设计依据2.1 工程概况该建筑位于北京，为多层民用建筑食堂楼。地上两层，局部地上三层，地上一层层高5.1m，二层层高4.5m，局部地上三层层高4.5m。占地面积4807.1m2，建筑体积约为53000m。主题外形为弧形。2.2 设计内容建筑设计防火规范GB 50016-20148.2.1（5）：建筑高度大于15m或者体积大于10000m3的办公建筑、教学建筑和其他单、多层民用建筑应设置室内消火栓系统；建筑设计防火规范8.3.4（2）：任一层建筑面积1500m2或总建筑面积3000 m2的展览、商店、餐饮和旅馆建筑以及医院中同样建筑规模的病房楼、门诊楼和手术部应设置自动喷水灭火系统；综上，室内消火栓系统与自动喷淋系统构成了本次消防水系统。2.3设计依据1 GB50016-2014,建筑设计防火规范S.2 GB50974-2014,消防给水及消火栓系统技术规范S.3 GB50084-2001,自动喷水灭火系统设计规范S.第三章 消火栓系统设计3 室内消火栓系统设计3.1 设计依据及系统选择根据消防给水及消火栓系统技术规范表3.5.2规定，建筑物室内消火栓设计流量的规定，该建筑消火栓设计流量30L/s，同时使用消防水枪6支，每根竖管最小流量15L/s；消防给水及消火栓系统技术规范7.4.2：室内消火栓的配置应符合下列要求：1 应采用DN65的室内消火栓；2 应配置DN65的有内衬里的消防水带，长度不宜超过25m；3 宜配置当量喷嘴直径16mm或19mm的消防水枪；消防给水及消火栓系统技术规范7.4.6：室内消火栓的布置应满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时达到任何部位的要求；消防给水及消火栓系统技术规范7.4.8：建筑室内消火栓栓口的安装高度应便于消防水龙带的链接和使用，其距地面高度宜为1.1米；消防给水及消火栓系统技术规范7.4.10 ：室内消火栓宜按行走距离计算其布置间距，并应符合下列规定：消火栓按 2 支消防水枪的 2 股充实水柱布置的建筑物，消火栓的布置间距不应大于 30m。根据上述规定，本建筑单层共设置17个消火栓，消火栓栓口距地1.1米。3. 2 设计程序及计算3.2.1 选定消火栓、水枪、水带型号该建筑选用喷嘴直径d=19mm的水枪，消火栓口径为65mm，水带长20m，胶质衬里。3.2.2 确定消火栓的水枪充实水柱、设计喷嘴压力和水枪设计流量（1）水枪充实水柱的确定Sk=H1-H2sin45 （公式3-1）式中： Sk-水枪充实水柱长度，m； H1-保护建筑物的层高，m； H2-水枪喷嘴离地面的高度，m，一般取1m。一层 Sk1=H1-H2sin45 1.414(5.1-1)m=5.60m二层及以上 Sk2=H1-H2sin45=1.414(4.5-1)m=4.95m根据消防给水及消火栓系统技术规范（GB50974-2014）7.4.12规定，该建筑Sk不应小于10m，所以Sk取10m。（2）设计水枪喷嘴压力Hq=fSk1-fSk（公式3-2）式中： Hq-水枪喷嘴水压，mH2O；Sk-充实水柱长度，mH2O；f-实验系数，f=1.19+80（0.01Sk)4 。-与水枪喷嘴直径有关的系数，按实验得：=0.25df+0.1df3 （公式3-3）选择19 mm口径水枪，查表=0.0097；Sk=10m，所以af=1.20。故：Hq=afSk1-afSk=1.200.00971-1.200.009710=13.58mH2O（3）计算水枪流量qf=Hq （公式3-4）式中： qf-水枪喷嘴的设计流量，L/s；Hq-水枪喷嘴水压，mH2O；-系数，与喷嘴直径有关。水枪喷嘴直径为19 mm，=1.557，故：qf=Hq=1.55713.58=4.6L/s水枪的设计流量不应小于5 L/s，所以qf=5 L/s。3. 3 确定消防给水管网管径D=4Qv （公式3-5）v=4QD2 （公式3-6）式中： Q-管道设计流量，m3/s；D-管道的管径，m；v-管道中的流速，m/s。通过管段设计流量，确定管径。消火栓给水管道中的流速不宜大于2.5m/s。连接消火栓的管段的管径取65mm。根据消防给水及消火栓系统技术规范3.5.2条规定可知，该建筑的室内消火栓设计流量为30L/s，每根竖管最小流量为15 L/s。v取2.5 m/s，故：D竖=4Q竖v=41510-32.5=87.4mmD干=4Q干v=43010-32.5=123.6mm消防给水及消火栓系统技术规范8.1.5：室内消防管道管径应根据系统设计流量、流速和压力要求经计算确定；室内消火栓竖管管径应根据竖管最低流量经计算确定，但不应小于DN100。根据规范和计算结果，干管直径取125mm，竖管直径取100mm，。v竖=4Q竖D竖2=41510-30.12=1.91m/sv干=4Q干D干2=43010-30.1252=2.45m/sV竖、V干值皆小于2.5 m/s，符合要求。3. 4 最不利点处计算（1） 最不利点消火栓流量qxh=BHq （公式3-7）式中： qxh - 水枪喷嘴射出流量，L/s；B - 水枪水流特性系数；Hq - 水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压，mH2 O。（2） 最不利点消火栓压力 Hxh=hd+Hq+Hsk=AdLdqxh2+qxh2B+2 （公式3-8）式中： Hxh - 消火栓栓口的最低水压(0.010MPa) ；hd -消防水带的水头损失(0.01MPa)；Hq - 水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压(0.01MPa) ；Ad - 水带的比阻 ；Ld - 水带的长度(m) ；qxh - 水枪喷嘴射出流量(L/s)；B-水枪水流特性系数；Hsk - 消火栓栓口水头损失，宜取0.02Mpa。（3） 管道速度压力Pv=8.1110-10q2di4 （公式3-9）式中： Pv - 管道速度压力，MPa；q - 管段设计流量，L/s；di - 管道的内径，m。（4） 管道压力Pn=Pt-Pv （公式3-10）式中： Pn - 管道某一点处压力，MPa；Pt - 管道某一点处总压力，MPa。（5） 次不利点消火栓压力Hxh次=Hxh最+h高差+hf+j （公式3-11）式中： h高差 - 两消火栓的高差，m；hf+j - 两个消火栓之间的沿程、局部水头损失，m。（6） 次不利点消火栓流量 qxh次=Hxh次-2AdLd+1B （公式3-12） （依据规范需要与水枪的额定流量进行比较，取较大值）（7） 流速 v=0.0014qxhdj2 （公式3-13）式中： qxh - 管段流量，L/s；dj - 管道的内径，m。（8） 水力坡降i=10-6div22 （公式3-14）1=-2.01log2.51Re+3.71di （公式3-15）Re=vdi （公式3-16）=v （公式3-17）v=1.77510-61+0.0337T+0.000221T2 （公式3-18） 式中： i - 单位长度管道沿程水头损失，MPa/m；di - 管道的内径，m；v - 管道内水的平均流速，m/s；-水的密度，kg/m3； - 沿程损失阻力系数； - 当量粗糙度；Re - 雷诺数； - 水的动力黏滞系数，Pa/s；v - 水的运动黏滞系数，m2/s；T - 水的温度，宜取10。（9） 沿程水头损失 Pf=iL （公式3-19）式中： Pf - 管道沿程损失，MPa；L - 管段长度，m。（10） 局部损失（采用当量长度法） Pp=iLp（公式3-20） 式中： Pp- 管件和阀门等局部水头损失，MPa；Lp- 管段当量长度，m表4-1 最不利处水力计算表管段名称起点压力mH2O管道流量L/s管长m当量长度管径mm管内径水力坡降mH2O/m流速m/s水头损失mH2O高差损失mH2O终点压力mH2O1-218.715.000.210.906568.10.0361.370.040.0018.752-318.755.004.803.10100106.30.0040.560.034.8023.583-423.585.001.900.00100106.30.0040.560.011.9025.494-525.495.002.900.00100106.30.0040.560.012.9028.40整理表得： 最不利点消火栓栓口压力：18.71 mH2O；沿程损失：0.09 mH2O；高差损失：9.60 mH2O。3. 5 水泵、水泵接合器设计消防水泵的扬程可按下式计算：Hb=Hxh+H+hz（公式3-21）式中： Hb-消防水泵的扬程，mH2O；Hxh-最不利点消火栓栓口压力，mH2O；H-消最不利消火栓与消防水泵进水管起点之间的几何高差，m；hz-管段的总水头损失，mH2O；已知Hxh、H、hz的值，故：Hb=Hxh+H+hz=18.71+9.6+0.09=28.4mH2O根据扬程选择消火栓水泵2台（1用1备），泵型号FLG100-160A，流量33.8L/s，扬程32mH2O，功率11KW。消防给水及消火栓系统技术规范5.4.3：消防水泵接合器的给水流量宜按每个1015L/s计算。该建筑消火栓系统设计流量30L/s，设置2个水泵接合器。第四章 自动喷水灭火系统设计4 自动喷水灭火系统设计4.1 自动喷水灭火系统概述自动喷水灭火系统是一种全天候的固定式自动主动消防系统，在发生火灾时喷头的热敏元件对环境温度产生反应，喷头自动打开，并把水均匀地喷洒在着火区域，快速抑制燃烧，以实现火灾的初期控制，最大限度地减少生命和财产损失。4.2 设计依据及系统选择自动喷水灭火系统设计规范4.2.1：环境温度不低于4摄氏度，且不高于70摄氏度的场所应采用湿式系统；表 0-1 同一根配水支管上标准喷头间距及相邻配水支管的间距（闭式喷头）喷水强度L/(min)正方形布置的边长（m）矩形或平行四边形布置的长边边长（m）一只喷头的最大保护面积（）喷头与端墙的最大距离44.44.520.02.263.64.012.51.883.43.611.51.7123.03.69.01.5表 0-2 民用建筑和工业厂房的系统设计基本参数火灾危险等级净空高度（m）喷水强度L/(min)作用面积（）轻危险等级84160中危险等级68严重危险等级1226016自动喷水灭火系统设计规范6.3.1：除报警阀组控制的喷头只保护不超过防火分区面积的同层场所外，每个防火分区、每个楼层均应设水流指示器；自动喷水灭火系统设计规范8.0.6：配水管两侧每根配水支管控制的标准喷头数，轻危险级、中危险级场所不应超过8只，同时在吊顶上下安装喷头的配水支管，上下侧均不应超过8只。严重危险级及仓库危险级场所均不应超过6只；综上，该建筑为中危险级I级，喷水强度不应低于6L/minm2，作用面积不应小于160m2，系统最不利点喷头的工作压力不应低于0.05Mpa。正方形布置边长不应大于3.6m，一只喷头的最大保护面积不应大于12.5m2，喷头与墙的最大距离不应大于1.8m。根据不同闭式喷头的公称动作温度和色标表及该建筑情况确定，厨房热加工间选用工作液色标为绿色、动作温度为93摄氏度的快速响应玻璃球喷头（K=80），其他有吊顶部位选用动作温度为68摄氏度的玻璃球上下喷头（K=80）。4.3 设计程序及计算4.3.1 喷头流量q=K10P （公式4-1）式中： q - 喷头处节点流量，L/min ；P - 喷头处水压（喷头工作压力），Mpa；K - 喷头流量系数。4.3.2 流速 v=4qxhDj2 （公式4-2）式中： Q - 管段流量，L/s；Dj -管道的计算内径，m。4.3.3 水力坡降 i=0.00107v2dj1.3 （公式4-3）式中： i - 每米管道的水头损失，mH20/m；V - 管道内水的平均流速，m/s；dj - 管道的计算内径，m，取值应按管道的内径减1mm确定。4.3.4 沿程水头损失h沿程=iL （公式4-4）式中： L - 管段长度，m。4.3.5 局部损失（采用当量长度法） h局部=iL（当量） （公式4-5）式中： L（当量）- 管段当量长度，m。4.3.6 总损失h=h沿程+h局部（公式4-6）4.3.7 终点压力 hn+1=hn+h （公式4-7）表4-3 最不利处水力计算书管段名称起点压力mH2O管道流量L/s管长m当量长度管径mmK水力坡降mH2O/m流速m/s损失mH2O终点压力mH2O1-27.001.113.150.8025800.4161.901.648.642-38.642.351.581.8032800.4682.381.5810.223-410.222.352.431.3532800.4682.381.7711.9941-428.091.193.150.8025800.4812.041.909.9942-49.992.521.422.2532800.5412.561.9911.9843-410.281.351.731.0025800.6112.301.6711.954-511.996.220.233.1050800.3992.851.3313.325-613.326.227.931.5050800.3992.853.7617.086-717.086.225.741.5050800.3992.852.8919.967-844-4519.9611.536.221.433.362.402.500.80502580800.3990.6852.852.442.342.1922.3013.7245-4613.722.983.601.8032800.7563.034.0817.8046-4717.802.983.400.3032800.7563.032.8020.6047-4820.602.982.400.3040800.3342.230.9021.5048-4921.502.981.550.5050800.0921.370.1921.6949-5021.692.982.634.3065800.0240.820.1621.8552-5311.591.432.400.8025800.6892.442.2113.8053-5413.802.993.601.8032800.7603.044.1017.9054-5517.902.993.400.3032800.7603.042.8120.7255-5620.722.992.400.3040800.3362.230.9121.6256-5021.622.991.290.7550800.0921.370.1921.8150-5121.855.972.995.4080800.0381.160.3222.1757-5811.811.442.400.8025800.7022.472.2514.0658-5914.063.023.601.8032800.7743.074.1818.2459-6018.243.023.400.3032800.7743.072.8721.1160-6121.113.022.400.3040800.3422.250.9222.0361-5122.033.021.031.0050800.0941.380.1922.2251-822.178.990.266.10100800.0201.010.1322.308-922.3015.213.856.10100800.0581.710.5822.889-1022.8815.2110.703.10100800.0581.710.8023.6810-1123.6815.210.434.75100800.0581.710.3023.9711-1223.9715.2110.290.00150800.0070.760.0724.0412-1324.0415.212.410.00150800.0070.760.0224.0613-1424.0615.215.924.30150800.0070.760.0724.1314-1524.1315.215.784.30150800.0070.760.0724.2015-1624.2015.213.224.30150800.0070.760.0524.2516-1724.2515.216.999.20150800.0070.760.1124.3617-1824.3615.216.390.00150800.0070.760.0424.4018-1924.4015.214.640.00150800.0070.760.0324.4319-2024.4315.212.739.20150800.0070.760.0824.5220-2124.5215.215.354.30150800.0070.760.0724.5821-2224.5815.213.720.00150800.0070.760.0324.6122-2324.6115.212.074.30150800.0070.760.0424.6523-2424.6515.215.250.00150800.0070.760.0424.6824-2524.6815.210.890.00150800.0070.760.0124.6925-2624.6915.214.354.30150800.0070.760.0624.7526-2724.7515.213.744.30150800.0070.760.0524.8027-2824.8015.210.710.00150800.0070.760.0024.8128-2924.8115.210.860.00150800.0070.760.0124.8129-3024.8115.216.664.30150800.0070.760.0724.8930-3124.8915.213.900.00150800.0070.760.0324.9231-3224.9215.213.900.00150800.0070.760.0324.9432-3324.9415.211.899.20150800.0070.760.0825.0233-3425.0215.216.550.00150800.0070.760.0425.0634-3525.0615.214.669.20150800.0070.760.0925.1635-3625.1615.214.999.20150800.0070.760.1025.2536-3725.2515.212.349.20150800.0070.760.0825.3337-3825.3315.2118.194.30150800.0070.760.1525.4838-3925.4815.2111.544.30150800.0070.760.1125.5939-4025.5915.213.804.30150800.0070.760.0525.65计算结果： 所选作用面积:170.2m2；总流量:15.21L/s；平均喷水强度:8.02L/minm2；入口压力: 25.65mH20。4.4 水泵、水泵接合器计算水泵扬程或系统入口的供水压力Hb=H0+Z+h （公式4-8）式中： Hb-水泵扬程或系统入口的供水压力，mH2O；H0-最不利点处喷头的工作压力，mH2O，取值10mH2O；Z-最不利点处喷头与消防水池最低水位之间的高差，m；h-系统管道水头损失，包括报警阀和水流指示器的局部损失，水流指示器的局部水头损失按报警阀取值，mH2O。 故喷淋泵扬程为 25.65+14.1=39.75 mH2O自动喷水灭火系统设计流量为15.21L/s，设置自动喷水灭火系统消防泵两台（一用一备），泵型号80DL50-202，流量18L/s，扬程40mH2O，功率11KW。消防给水及消火栓系统技术规范5.4.3：消防水泵接合器的给水流量宜按每个1015L/s计算。该建筑自动喷水灭火系统设计流量15.21L/s，设置1个水泵接合器。第五章 消防水箱及消防水池设计5 消防水箱及消防水池设计5.1 消防水箱设计该建筑采用临时高压消防系统，设置消防水箱。根据消防给水及消火栓系统技术规范5.2.1规定，临时高压消防给水系统的高位消防水箱的有效容积应满足初期火灾消防用水量的要求，多层公共建筑不应小于18m3。经计算该多层建筑室内消防给水设计流量大于25L/s，选择18m组合式不锈钢板水箱，规格为400035002000。5.2 增压稳压装置消防给水及消火栓系统技术规范（GB50974-2014）5.3.2第二条：消防给水管网的正常泄漏量应根据管道材质、接口形式等确定，当没有管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%3%计，且不宜小于1L/s。气压罐总体积：V=VX1-b （公式5-1）式中： V气压罐的总体积，m3； Vx消防水容积等于消防储水容积、缓冲水容积和稳压水容积之和； 气压罐的容积系数，隔膜式气压罐的容积系数为1.05； b气压罐最低工作压力和最高工作压力之比，取0.65。故稳压泵的流量取1.5L/s，型号为FLG40-100A，配泵两台（一用一备），立式隔膜罐TSDY-1400，总容积3.46 m，调节容积1.20 m。5.3 消防水池设计消防水池储存火灾延续时间内的消防用水量，根据消防给水及消火栓系统技术规范表3.6.2不同场所的火灾延续时间知该建筑火灾延续时间为2h。则其消防水池有效容积为消火栓两小时流量及自动喷淋系统初期一小时流量之和。V=3.6（230+15.21）=270.76m 取300m第六章 结论6 结论本论文主要以消防给水及消火栓系统技术规范、自动喷水灭火系统设计规范为设计依据，通过平面布置、系统布置、水力计算和计算结果分析，完成了对北京市某食堂及活动中心消防水系统的相关设计。6.1 消防给水系统的给水方式消防给水系统采用的是水泵、水箱联合供水的临时高压给水系统。楼顶水箱选择18m组合式不锈钢板水箱，规格400035002000。地下水池