【《某办公楼室内消火栓系统设计案例》5900字】

·-51-某办公楼室内消火栓系统设计案例1.1室内火宅的特点第一，建筑内部的楼梯、电梯和管道井，都是连通上下层的渠道，一旦在某一层发生火灾，火焰和烟雾就会流向这些部位，随机向上流动，危及临近楼层。第二，屋内的钢材结构能很好体现房梁压力支撑作用，而面对火灾时，耐火性能并不是那么出众，在短短十几分钟内就能升温至数百摄氏度。第三，屋内的设施设备，房间排列与构造，都会影响火势的蔓延，以及人员疏散的问题，在封闭的空间内产生火灾，是谁都不愿意面对的，因此设立合理的消防系统不可或缺。1.2消火栓系统构成水枪水带和消火栓三者构成消火栓设备，置于屋内醒眼的位置；而消防管道、消防水池、高位水箱、水泵接合器及增压水泵[1]，一般设置在建筑顶底部，或是不显眼的地方，不能影响室内人员正常活动。在本设计中，将对大楼设计消防水池和高位消防水箱共用的模式，在火灾发生初期，先让高位水箱供水，在大约10分钟后，若还未扑灭火灾，再由消防水池从下往上向消火栓供水。容积均应满足供水要求。待消防队伍赶到后，消防车内的水通过水泵接合器进入室内消火栓系统，水泵接合器能够对水源起加压供水的作用，不至于压力减小，有一端由消防管网水平干管引出，

其余一端设于靠近消防车且消防队员易于操作的地方，在本设计中将采用地下式水泵接合器。该建筑物城市可靠供水压力35mH2O，无法满足消防供水系统的需求压力，所以需设置增压水泵防止压力不足。1.3设计原则据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—2005），本大楼属一类建筑，且为高层建筑，因此在建筑物内必须设置室内消火栓，且需符合下列原则：（1）充实水柱需要提供水力计算得出结果。高层建筑不超过100米的充实水柱高度不应小于10米。（2）消火栓应设置在公共走廊上、显眼处，靠近楼梯等明显便于屋内人员获取的位置。消火栓的布置间距应确保同时有两股充实水柱到达同一层的任何位置。（3）室内消火栓的距离按直线计算。在高层建筑中，两个消火栓中间的间距不应超出30米。（4）室内消火栓系统的静压不应大于80m水柱。当压力大于80m水柱时，将进行分区供水保证消火栓供水压力与水量稳定。消火栓出口压力若超过50m水柱时，应设置减压孔板。（5）消火栓出口方向向下安置高度在距离该楼层地面1.1米的位置，或垂直于墙壁。该办公楼建筑高度为84m，属于一类高层建筑，极易发生火灾危险，因此必须设置消防系统。1.4消防用水量初步核算根据设计流量要求，可知该办公楼消防消火栓室内用水设计量为40L/s，室外消防用水设计量为30L/s，当发生火灾时同时出8支水枪，每支水枪流量不得低于5L/s，且每根竖管流量不得低于为15L/s。该高层民用建筑火宅延续时间为3h。综上可知该办公楼所需的消防用水设计量为：QUOTEQ=Q栓+Q自=40+16=56L/s1.5消防给水方案表3-1消火栓给水方案比较表方案名称方案Ⅰ方案Ⅱ方案Ⅲ方案说明由室外管网直接供水，适用于任何时间都能够提供足够的水压和水量从而满足室内的消火栓系统的情况楼顶设消防水箱进行供水，适用于室外管网一天内有一定时间能保证消防水量、水压时采用楼顶设水箱，室外设消防水池和水泵，适用于室外管网的供水压力和流量不能满足消火栓的工作要求时采用优点省去消防水箱和水泵的设置，系统比较简单，从而节约资源，大大减少了投资消防水箱保证初期火宅消防水量的要求消防水箱保证初期火宅消防水量的要求，十分钟后水泵将消防水池中的水送至消火栓处，保证着火点火灾延续时间所需的水量水压缺点对室外给水管网的水压和水量要求较高增加了建筑外部荷载增加了建筑外部荷载，增加了投资费用，维修管理复杂由于市政管网提供不了我们足够的需求水压，根据该建筑火灾特点，决定对该建筑采用临时高压给水系统，这也是一般高楼设计的常用情况。如此便能够产生足够的压力和流量满足消火栓亦或者喷淋头使用。通过实际情况，确定第三个方案作为我们的最终设计方案。因此需要在该大楼顶设高位水箱，在楼底设置消防水箱和消防水泵。一旦火灾发生，第一步先由水箱直接从上往下供水，大约在十分钟后水箱放空，若还未灭火，第二步从消防水池抽出水给予室内高层消火栓、喷淋系统使用。1.6消火栓设备选型根据现场实际，决定选取SN型号DN65mm尺寸的单阀单口消火栓[8]，水带需根据实际高度和楼层面积选取，办公楼为高层建筑物，且每只水枪最小流量为5L/s，且配用19mm水枪口径，外加直径65mm、长度25m的衬胶水带。1.7室内消火栓系统计算1.7.1充实水柱水枪充实水柱长度由下式计算得：QUOTEHm=(HⅠ-H式中Hm——充实水柱高度，m；H1——选定该楼首层楼层高度，m；H2——水枪喷嘴离该层地面的高度，m，一般取1m；α——水柱上倾角，选取45-60度，此处采用45度。得出结果：计算的水柱高度9.2m，根据规范高层充实水柱高度选取不能低于10米。因此根据实际考量决定本设计中取充实水柱为12m。下图为水柱高度计算简图。图3-1充实水柱简图1.7.2消火栓栓口压力第一号消火栓口压力按下式计算：QUOTEHxh=Hq+式中Hxh——消火栓口水压，mH2O；Hq——水枪喷嘴损失压力，mH2O；hd——水带损失压力，mH2O；Hk——消火栓口损失压力，按2mH2O计算。（1）水枪喷嘴压力Hq按下式计算：QUOTEαfHm1-ϕ式中Φ——系数，取0.0097，见下表3-2；Hm——水枪充实水柱，取12m；af——系数，取1.21，见下表3-3。表3-2系数值表d/mm1316190.01650.01240.0097表3-3实验系数值表Hm68101216f1.191.191.201.211.24H（2）水枪流量按下式计算：qxh=(BHq)0.5QUOTE式中qxh——水枪水流量，L/s；B——水流特性系数，取1.577，见下表3-4；Hq——水枪喷嘴压力，mH2O。表3-4水枪特性系数B表水枪喷口直径/mm13161922B0.3460.7931.5772.836按一般情况选择19mm喷口直径，查表3-4得特性系数B=1.577，则q该计算结果大于5L/s，满足最低出水流量，选用该系列设备满足要求。（3）水带阻力按下式计算：QUOTEhd=AzLd式中hd——水带损失压力，mH2O；Az——阻力系数，见下表3-5；Ld——水带长度，m；qxh——水枪喷嘴流量，L/s。表3-5水带阻力系数Az表水带材料水带直径/mm506580麻织0.015010.004300.00150衬胶0.006770.001720.00075按一般情况选择65mm直径水带，查表3-5得出水带阻力系数Az取0.00172，计算得出：h经过以上数据的选取，可得第一号消火栓的出口压力为：H1.7.3消火栓保护半径按下式计算消火栓保护半径：QUOTER=Lp+Lk式中R——室内消火栓保护半径，m；Lp——水带的实际使用长度，按水带长度的0.85计算，m；Lk——充实水柱水平投影，取cos45度水柱高度计算。R=25×0.85+12×0.71=29.77m一般室内消火栓按照单排两股的水柱能同时到达指定区域，这时消火栓的布置间距：S≤(R2−b2）式中R——消火栓的保护半径，m；b——保护区域短边长度的一半，m。S≤使用小于号是考虑到由于室内结构的复杂性，以及现实易操作性，在实际布置中宜将消火栓的实际间距布置小于计算所得距离。1.8室内消火栓布置1.8.1布置规范（1）该楼除了没有可燃物的机房顶层，一至二十层均需设置消火栓。（2）保证每一层的任何位置均有两股水柱同时保护。（3）室内消火栓箱体需设置在明显的场所，在墙体内或墙面，便于人员寻找并快速使用。（4）栓口离地高度取1.1m，出水口方向与墙成90度。（5）高层建筑消火栓布置间距不超过30米。（6）每一层的合用前室均需多加一个消火栓，计入消火栓布置总量。1.8.2消火栓布置简图在对数据和建筑平面布置考量之后，因为消火栓的设计保护半径足够大，所以决定将设四个消火栓并分布在大堂平面中部位置。大楼每层有两个前室，一个是独立前室，一个是消防前室。在高规中明确消火栓需布置在消防前室，而并未规定在独立前室也必须设置消火栓。因此将XL3从一楼至二十楼均设置在消防前室，管网呈一条直线；对XL2从一至四层布置在独立前室，因为处在楼层中部位置，方便南北调度，而五至二十层，考虑到由于在五层及以上的楼层办公区域是南北对半划分，而独立前室的位置均设在北面靠墙，若设置在独立前室区域则实际意义不大，那就向南折将管网布置在公共走廊区域，与XL1和XL4处于同一直线上，对灭火行动更具意义。通过上述分析，最后确定本设计中XL1、XL4设计管网成直线布置走廊中部两侧；XL2设置在独立前室，从一层通到四层，再将管道延伸至第五层（第五层不布置消火栓）；XL5是XL2的延续，从第五层开始布置，布置在走廊墙面，一直通到二十层；XL3设在大楼消防前室，从一层通到二十层，管路呈直线设计。具体情况见下图：图3-2一至四楼消火栓布置图图3-3五至二十楼消火栓布置图1.9消火栓水力计算水力计算是为确保水流的流量和压力供给能够满足实际情况，首先计算出水口压力和该出水口流量，再计算沿程阻力，选择管网管径，最后确定水泵扬程，根据计算结果选取消防水泵用以对室内消火栓管网供水。该办公楼消防室内设计用水量为40L/s，因此最不利管段的消火栓使用水枪3支，次不利管段的消火栓使用水枪3支，二次不利管段消火栓使用水枪2支，如图所示。图3-4消火栓管网轴侧图消火栓顶部第0点的压力为20.06mH2O，0-1段的压差为1.7mH2O，0-1管段的沿程损失为0.048mH2O。接下来按下列各式计算每一层消火栓口所需压力、比阻、沿程损失、流速和流量，制定水力计算表：QUOTEHxh1=Hx式中Hxh1——下一楼层消火栓口所需压力，mH2O；Hxh0——上一楼层消火栓口所需压力，mH2O；H0——楼层水压差，mH2O；h——沿程损失，mH2O。计算管段水力单位水头损耗：式中i——QUOTEi管道单位长度水头损失，kPa/m；105——系数；C——海登-威廉系数，镀锌钢管为100；dQUOTEdj——管道的计算内径，m；q——管道设计流量，m³/s。沿程水力总损失计算（局部损失按0.1倍计算）：式中h——沿程总损失，mH2O；1.1——系数；i——单位长度损耗，mH2O/mL——长度，m。管网内水流速按下式计算：式中V——管段中流速，m/s，不得超过2.5m/s；Q——管段中流量，m³/s；D——管段内径，m。已知该层消火栓栓口压力，按下式计算流量：QUOTEqxh1=Hx式中qxh1——下一楼层消火栓出水流量，L/s；Hxh1——下一楼层消火栓口压力，mH2O；Az——水带阻力系数；Ld——水带长度，m；B——水枪水流特性系数。以顶层第0点水力计算开始：0点消火栓口压力：20.06mH2O，流量q=5.2L/s，至第0点的0-1段流速=0.66m/s。根据上面公式计算0-1段=0.012，计算沿程总损失h=iL*1.1=0.048mH2O；则第1点消火栓压力Hxh1=h上一层+iL*1.1+L=20.06+1.7+0.048=21.81mH2O，流量=5.68L/s；至第1点的1-2段流速=1.38m/s（流量为两个出水口总流量相加）。根据上面公式计算1-2段=0.04，计算沿程总损失h=iL*1.1=0.16mH2O，则第2点消火栓压力Hxh2=h上一层+iL*1.1+L=21.81+1.7+0.16=27.67mH2O，流量=6.16L/s；至第2点的2-3段流速=2.17m/s（流量为三个出水口总流量相加），根据上面公式计算2-3段=0.10，计算沿程总损失h=iL*1.1=9.43mH2O。第3点的流量为最不利管和次不利管所有流量相加，q=（5.2+5.68+6.16）*2=34.08L/s，至第3点的3-4段流速=1.09m/s，流量q取34.08L/s，管径为DN200，根据上面公式计算3-4段=0.011，计算沿程总损失h=iL*1.1=0.25mH2O。第4点的流量为最不利管和次不利管和次次不利管流量总和，q=34.08+10.88=44.96L/s，至第4点的4-5段流速=1.43m/s，流量q取44.96L/s，管径为DN200。根据上面公式计算4-5段=0.016，计算沿程总损失h=iL*1.1=0.52mH2O，在0-3管段总流量达17.04L/s，经流速计算可取DN100作为消防管道布置，其三段的流速各不同，且均小于最大流速，满足规定。3-4管段由于流量达到34.08L/s，如果按DN100管安装，流速高达4.34m/s，远超最大值2.5m/s。使用DN150镀锌钢管计算流速符合规范但不符合干管安装，与4-5管保持一致，选取DN200镀锌钢管。4-5管段的流量高达44.96L/s，若按DN150布置，流速2.55m/s也将超过最大值，因此设置DN200镀锌钢管。由此可得按照此计算方法，制定水力计算表，见表3-6。表3-6消火栓水力计算表管段编号流量qg/L·s-1管长L/m管径DN/mm流速v/m·s-1比阻i/mH2O·m-1沿程总损失/mH2O0-15.201.71000.660.0120.0481-25.2+5.68=10.881.71001.380.040.162-310.88+6.16=17.0485.81002.170.109.433-417.04×2=34.0821.12001.090.0110.254-534.08+10.88=44.9629.82001.430.0160.52局部损失按沿程损失0.1倍算，总损失H=10.41mH2O由水力计算可知沿程总损失为10.41mH2O。1.10消防附件设计1.10.1消防水泵通过水力计算得出室内消火栓总水量Qx=44.96L/s，管路总沿程损失为10.41mH2O，消防水池最低水位位于地下0.7m，最不利点消火栓高度为77m，水泵扬程按下式计算：QUOTEHx=H1+式中：Hx—室内消火栓给水系统所需总压力，mH2O；H1—最不利点消火栓与消防水池最低水位中心线的高程差，mH2O；Hxh—最不利点消火栓工作水压，mH2O；Hw—水泵到最不利点消火栓的总损失，mH2O。对108.17m水柱应选用两台75kw电机功率的XBD14/40-150DL×6立式离心消防泵，一用一备，重量1140kg。1.10.2高位水箱（1）高位水箱容积水量计算：QUOTEVx=0.6Qx（3-10）式中Vx——高位水箱水量容积，m3；Qx——消防用水总量，L/s；0.6——转换系数。室内用水量总和取45L/s，则高位水箱为Vx=0.6×45=27m3。所以设置采27m3高位水箱，L×B×H=3m×3m×3m的设计尺寸，超高0.5m。（2）高度校核因为火灾初期由高位水箱供给水源，所以高位水箱的水力参数需满足消火栓水力要求，最低有效水位要求不得低于最不利点消火栓出口压力材能保证稳定供水。由于办公楼属于一类高层公共建筑，最不利点消火栓静水压不小于10m水柱。表3-7水箱水力计算表管段编号流量qg/L·s-1管长L/m管径DN/mm流速v/m·s-1比阻i/mH2O·m-1沿程总损失/mH2O0`-a17.0411.601002.170.101.28a-b17.04×2=34.0824.132001.090.0110.29b-c34.08+10.88=44.9625.572001.430.0160.45局部损失按沿程损失0.1倍算，沿程总损失为2.02mH2O沿程损失为2.02mH2O,高位水箱最低水位高85.3m，而最不利点消火栓高77m，则高位水箱靠自流提供给消火栓的压力远小于20.06mH2O，故设通过气压水罐给水来稳定供水。1.10.3消防水池消防水池所需水量按照下式计算：QUOTEVf=3.6(Qf-Q式中Vf——消防水池所需用水量，m3；Qf——室内消防用水需求总量，L/s；QL——连续补充水量，L/s；Tx——建筑物的火灾延续时间，h。计算包括室内消防水量但不含室外消防水量。对于消火栓系统设定火灾延续时间为3h，则消防水池有效容积为Vf=1.6×（45×3）=486m3，几何尺寸设计为L×B×H=10m×5m×5m=600m³，其中超高0.5m，则消防水池实际有效容积为500m3，刚好设成一个消防水池。1.10.5水泵接合器水泵接合器的布置位置应满足以下要求：（1）放置位置便于消防车的使用；（2）接合器布置位置明显，易于消防车寻找，且不妨碍交通；（3）与办公楼建筑物外墙间距不应低于5m；（4）与消防水池距离不小于15m且不大于40m[6]。每个水泵接合器流量10~15L/s，办公楼的室内消防消火栓用水量约为45L/s，水泵接合器数量按下式计算为：QUOTEnj=Qn/q式中nj——水泵结合器数量；Q——室内消防用水总量，L/s；qj——水泵接合器流量，L/s。为确保稳定供水压力，nj取整为5组型号SQX200地下式水泵接合器，公称压力1.6Mpa，公称直径DN200，口径80mm×80mm。1.11压力校核当消火栓出