消防给水系统最不利点压力与稳压设计计算书

消防给水系统最不利点压力与稳压设计计算书工程名称：某一类高层公共建筑（综合办公楼）建筑高度：96.0m系统形式：临时高压消防给水系统编制日期：2026年9月文件编号：XF-JS-2026-001

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1编制依据 编制依据本计算书依据下列现行国家标准、行业标准及规范编制，所有计算公式、参数取值及判定标准均严格遵循规范要求，确保设计成果的合法性、安全性与可靠性。表1主要编制依据标准一览序号标准编号标准名称1GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范2GB50084-2017自动喷水灭火系统设计规范3GB55036-2022消防设施通用规范4GB55020-2021建筑给水排水与节水通用规范5GB50016-2014（2018年版）建筑设计防火规范6GB50015-2019建筑给水排水设计标准7GB27898.3-2011固定消防给水设备第3部分：消防增压稳压给水设备8GB/T50106-2010建筑给水排水制图标准917S205消防给水稳压设备选用与安装1015S909《消防给水及消火栓系统技术规范》图示上述标准中，GB55036-2022与GB55020-2021为全文强制性工程建设规范，其规定必须严格执行；GB50974-2014与GB50084-2017为行业核心技术规范，是本计算书的主要技术依据。当标准之间存在不一致时，以强制性工程建设规范为准。2工程概况与设计参数2.1工程概况本工程为一类高层公共建筑（综合办公楼），地下2层（汽车库及设备用房），地上28层，建筑高度96.0m，总建筑面积约8.6万m²。首层层高5.4m，二层层高4.5m，标准层层高3.3m。结构形式为钢筋混凝土框架-核心筒结构，耐火等级为一级。消防给水系统采用临时高压消防给水系统，室内消火栓系统与自动喷水灭火系统分别设置消防水泵、消防管网及稳压设施。消防水泵房设于地下二层，消防水池与水泵房合建，高位消防水箱设于屋顶水箱间。2.2设计基本参数表2消防给水系统设计基本参数表项目参数单位备注/依据建筑高度96.0m一类高层公共建筑室内消火栓设计流量40L/sGB50974表3.5.2同时使用水枪数8支—每根竖管最小流量15L/s—每支水枪最小流量5L/s—消火栓系统火灾延续时间3.0hGB50974表3.6.2自动喷水灭火系统危险等级中危险级II级—GB50084附录A自喷系统喷水强度8.0L/(min·m²)GB50084表5.0.1自喷系统作用面积160m²—自喷系统设计流量约30L/s计算确定自喷系统火灾延续时间1.0h—消防水池有效容积540m³室内消火栓3h+自喷1h高位消防水箱有效容积36m³GB50974第5.2.1条最不利点消火栓标高96.0m屋顶试验消火栓消防水泵轴线标高-8.5m地下二层水泵房消防水池最低有效水位-9.5m—管材内外壁热浸镀锌钢管—沟槽连接3最不利点确定与分析消防给水系统的最不利点是指系统中压力需求最大、供水条件最不利的节点。准确确定最不利点是整个系统水力计算和设备选型的基础，直接关系到消防水泵扬程、稳压系统参数及管网管径的合理性。3.1最不利点判定原则根据GB50974-2014第10.1节及GB50084-2017第9.1节的规定，消防给水系统最不利点应按以下原则综合判定：（1）静水压力最不利点：系统中几何位置最高、与消防水源（消防水池最低有效水位或高位消防水箱最低有效水位）高差最大的水灭火设施节点。（2）动水压力最不利点：在设计流量下，从消防水泵出口到该点的总水头损失（沿程损失+局部损失）最大，且该点所需工作压力最高的节点。（3）对于消火栓系统，最不利点通常为屋顶试验消火栓；对于自动喷水灭火系统，最不利点为作用面积内几何位置最高、距供水干管最远的喷头。3.2本工程最不利点确定经综合分析，本工程各系统最不利点确定如下：表3各系统最不利点一览表系统最不利点位置标高（m）判定依据室内消火栓系统屋顶试验消火栓（28层）96.0系统最高点，距水泵出口几何高差最大自动喷水灭火系统28层走廊末端喷头94.5作用面积内最高最远喷头稳压系统控制点屋顶试验消火栓栓口96.0稳压泵启泵压力控制基准点以下所有水力计算均以屋顶试验消火栓（标高96.0m）作为消火栓系统最不利点，以28层末端喷头（标高94.5m）作为自动喷水灭火系统最不利点进行计算。4消火栓系统最不利点水力计算室内消火栓系统最不利点水力计算是确定消防水泵扬程、校核栓口压力及选择稳压设备的核心依据。本章从充实水柱计算出发，依次完成水枪流量、水带水头损失及栓口所需压力的完整计算。4.1充实水柱计算消防水枪的充实水柱是指靠近水枪喷嘴出口处、水流密集且具有足够灭火能力的一段水柱。充实水柱长度应满足着火点最高部位的灭火要求，并保证消防员的安全操作距离。根据GB50974-2014第7.4.12条，高层建筑、厂房、库房和室内净空高度超过8m的民用建筑等场所，消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，且消防水枪充实水柱应按13m计算；其他场所，消火栓栓口动压不应小于0.25MPa，且消防水枪充实水柱应按10m计算。本工程为一类高层公共建筑，建筑高度96.0m，故充实水柱取：Sk式中：S_k——消防水枪充实水柱长度（m）。同时，充实水柱长度应按下式校核，确保能够到达室内任何着火点：Sk式中：H₁——室内最高着火点距地面高度（m），本工程取4.0m；H₂——水枪喷嘴距地面高度（m），取1.0m；α——水枪上倾角，取45°。代入数值：S_k=(4.0−1.0)/sin45°=4.24m<13m，满足规范要求，取S_k=13m。4.2水枪喷嘴压力与流量计算消防水枪在一定充实水柱长度下，喷嘴处所需的压力及对应的喷射流量，是水力计算的关键参数。水枪喷嘴压力与充实水柱的关系为：Hq式中：H_q——水枪喷嘴处造成一定充实水柱所需的压力（mH₂O）；α_f——实验系数，取1.19；φ——水枪喷嘴断面与射流断面收缩有关的系数，取0.0097。代入S_k=13m：H_q=(1.19×13)/(1−0.0097×1.19×13)=19.15mH₂O=0.192MPa。水枪喷射流量按下式计算：qxh式中：q_xh——水枪喷嘴射出流量（L/s）；B——水枪水流特性系数，与喷嘴直径有关。本工程采用Φ19mm水枪，B=1.577。代入数值：q_xh=√(1.577×19.15)=5.49L/s>5.0L/s（每支水枪最小流量），满足要求。取q_xh=5.5L/s。表4消防水枪水流特性系数表喷嘴直径（mm）水流特性系数B适用流量（L/s）130.346≤2.5160.7932.5~5.0191.577≥5.04.3水带水头损失计算消防水带的水头损失与水带长度、内径及通过流量有关，按下式计算：hd式中：h_d——水带水头损失（mH₂O）；A_z——水带比阻（mH₂O·s²/L²·m），与水带材质和内径有关；L_d——水带长度（m），每盘水带长度20m，本工程取2盘共25m（考虑实际铺设）。本工程采用衬胶水带，DN65，比阻A_z=0.00172mH₂O·s²/L²·m。代入数值：h_d=0.00172×25×5.49²=1.30mH₂O=0.013MPa。表5消防水带比阻表水带类型公称直径（mm）比阻A_z（×10⁻³）麻质水带508.667麻质水带653.420衬胶水带503.420衬胶水带651.720衬胶水带800.8604.4消火栓栓口所需压力计算消火栓栓口处所需的总压力，为水枪喷嘴压力、水带水头损失及消火栓栓口水头损失之和：Hxh式中：H_xh——消火栓栓口处所需压力（mH₂O）；H_k——消火栓栓口水头损失，取2.0mH₂O（0.02MPa）。代入数值：H_xh=19.15+1.30+2.0=22.45mH₂O=0.225MPa。根据GB50974-2014第7.4.12条，高层建筑消火栓栓口动压不应小于0.35MPa。上述计算值0.225MPa为理论最小值，实际设计中栓口动压应不小于0.35MPa。因此，最不利点消火栓栓口设计动压取：Hxh,des校核：栓口动压0.35MPa<0.50MPa（规范上限），无需设置减压装置。表6消火栓系统最不利点水力计算结果汇总表计算项目符号计算结果单位充实水柱长度S_k13m水枪喷嘴压力H_q19.15（0.192）mH₂O（MPa）水枪喷射流量q_xh5.49L/s水带水头损失h_d1.30（0.013）mH₂O（MPa）栓口理论所需压力H_xh22.45（0.225）mH₂O（MPa）栓口设计动压H_xh,des35.0（0.35）mH₂O（MPa）5自动喷水灭火系统最不利点水力计算自动喷水灭火系统的水力计算采用作用面积法，从最不利点喷头开始，逐段计算各管段的流量和水头损失，直至系统入口。本章完成最不利点喷头流量计算、作用面积内流量叠加及系统设计流量的确定。5.1最不利点喷头工作压力与流量根据GB50084-2017第9.1.1条，喷头流量应按下式计算：q=K·10P式中：q——喷头流量（L/min）；K——喷头流量系数；P——喷头工作压力（MPa）。本工程采用标准覆盖面积洒水喷头，K=80。最不利点喷头工作压力按规范最低要求取P₀=0.10MPa（GB50084第5.0.1条注：系统最不利点处喷头的工作压力不应低于0.05MPa，本工程取0.10MPa以保证灭火可靠性）。代入数值：q₀=80×√(10×0.10)=80×1.0=80.0L/min=1.33L/s。校核喷水强度：最不利点喷头保护面积按3.0m×3.0m=9.0m²计，喷水强度=80.0/9.0=8.89L/(min·m²)>8.0L/(min·m²)（中危险级II级要求），满足要求。5.2作用面积法水力计算根据GB50084-2017第9.1.2条，水力计算选定的最不利点处作用面积宜为矩形，其长边应平行于配水支管，长度不宜小于作用面积平方根的1.2倍。本工程作用面积160m²，取矩形尺寸为16m×10m（长边16m>√160×1.2=15.18m，满足要求）。作用面积内布置喷头：沿配水支管方向5只（间距3.2m），沿配水干管方向4只（间距2.5m），共20只喷头。对于中危险级建筑，可假定作用面积内每只喷头的喷水量相等，均以最不利点喷头流量取值。则作用面积内总流量为：Qs式中：Q_s——作用面积内总流量（L/min）；n——作用面积内喷头数量，取20只；q₀——最不利点喷头流量，80.0L/min。代入数值：Q_s=20×80.0=1600L/min=26.67L/s。考虑到作用面积内后续喷头压力递增，实际流量略大于上述计算值。根据GB50084第9.1.4条，系统设计流量应按最不利点作用面积内的计算流量乘以1.15~1.30的安全系数确定。本工程取1.15：Qsp代入数值：Q_sp=1.15×26.67=30.67L/s，取系统设计流量Q_sp=30L/s。5.3报警阀及组件水头损失自动喷水灭火系统中，湿式报警阀、水流指示器、信号闸阀等组件均会产生水头损失，计算系统总压力时必须计入。表7自动喷水灭火系统组件水头损失表组件名称数量单个水头损失（MPa）累计损失（MPa）湿式报警阀10.040.04水流指示器10.020.02信号闸阀20.010.02过滤器10.010.01合计——0.09组件总水头损失Σh_comp=0.09MPa=9.0mH₂O。6管网水力计算管网水力计算是确定消防水泵扬程的核心环节，包括沿程水头损失、局部水头损失及管道流速校核。本章采用Darcy-Weisbach公式进行精确计算，并辅以海曾-威廉公式进行对比验证。6.1设计流量与管径确定室内消火栓系统设计流量Q_xh=40L/s，自动喷水灭火系统设计流量Q_sp=30L/s。两个系统分别设置独立管网，以下分别计算。管道流速应满足GB50974-2014第8.1.8条要求：消防给水管道的设计流速不宜大于2.5m/s，自动喷水灭火系统管道设计流速不宜大于5m/s，特殊情况下不应大于10m/s。管道内径按下式计算：d=4Q式中：d——管道内径（m）；Q——管道设计流量（m³/s）；v——管道内设计流速（m/s）。表8各系统管道流速校核表系统管段设计流量（L/s）选用管径计算流速（m/s）规范限值（m/s）消火栓系统消防干管40DN1502.262.5消火栓系统竖管15DN1001.912.5消火栓系统支管5DN651.512.5自喷系统配水干管30DN1501.705.0自喷系统配水管15DN1001.915.0自喷系统配水支管4DN502.045.0经校核，各管段流速均满足规范要求。6.2沿程水头损失计算（Darcy-Weisbach公式）根据GB50974-2014第10.1.2条，管道沿程水头损失应按下式计算：i=0.0000107·v式中：i——管道单位长度沿程水头损失（MPa/m）；v——管道内水的平均流速（m/s）；d_j——管道计算内径（m）。该公式适用于普通钢管和镀锌钢管。本工程采用内外壁热浸镀锌钢管，计算内径按公称直径的90%取值（考虑壁厚及结垢）。总沿程水头损失为各管段沿程损失之和：hf式中：h_f——总沿程水头损失（MPa）；i_k——第k管段单位长度沿程损失（MPa/m）；L_k——第k管段长度（m）。消火栓系统最不利管路（从水泵出口到屋顶试验消火栓）各管段计算如下：表9消火栓系统最不利管路沿程水头损失计算表管段管径流量（L/s）管长（m）流速（m/s）i（MPa/m）沿程损失（MPa）水泵出水管DN150405.02.260.0003980.0020地下干管DN1504030.02.260.0003980.0119立管DN10015104.51.910.0004330.0452屋顶支管DN6558.01.510.0004370.0035合计——147.5——0.0626消火栓系统总沿程水头损失h_f,xh=0.0626MPa=6.26mH₂O。自动喷水灭火系统最不利管路（从水泵出口到28层末端喷头）各管段计算如下：表10自喷系统最不利管路沿程水头损失计算表管段管径流量（L/s）管长（m）流速（m/s）i（MPa/m）沿程损失（MPa）水泵出水管DN150305.01.700.0002350.0012地下干管DN1503025.01.700.0002350.0059立管DN10015103.01.910.0004330.0446配水管DN80812.01.590.0003860.0046配水支管DN5046.02.040.0009860.0059合计——151.0——0.0622自喷系统总沿程水头损失h_f,sp=0.0622MPa=6.22mH₂O。6.3局部水头损失计算根据GB50974-2014第10.1.6条，管道局部水头损失宜按当量长度法计算。当资料不全时，局部水头损失可按沿程水头损失的10%~30%估算。消防给水干管和室内消火栓可按10%~20%计，自动喷水等支管较多时可按30%计。局部水头损失计算公式为：hj式中：h_j——局部水头损失（m）；ξ——局部阻力系数；v——管内流速（m/s）；g——重力加速度，9.81m/s²。本工程采用百分比估算法：消火栓系统：局部损失取沿程损失的20%，h_j,xh=0.20×0.0626=0.0125MPa=1.25mH₂O。自喷系统：局部损失取沿程损失的30%，h_j,sp=0.30×0.0622=0.0187MPa=1.87mH₂O。6.4管网总水头损失汇总表11管网总水头损失汇总表系统沿程损失（MPa）局部损失（MPa）管网总损失（MPa）折合mH₂O消火栓系统0.06260.01250.07517.51自喷系统0.06220.01870.08098.097消防水泵扬程与功率计算消防水泵是临时高压消防给水系统的核心动力设备，其扬程和功率的合理选择直接关系到系统供水的安全性和可靠性。本章根据最不利点压力计算结果，完成消防水泵设计扬程、轴功率及电机功率的计算与选型。7.1消防水泵设计扬程计算根据GB50974-2014第10.1.7条，消防水泵所需的设计扬程应按下式计算：Hb式中：H_b——消防水泵设计扬程（m）；P₁——最不利点水灭火设施的设计工作压力（MPa）；P₂——最不利点处消防水带的水头损失（MPa），消火栓系统计入，自喷系统为0；ρ——水的密度，1000kg/m³；g——重力加速度，9.81m/s²；H_z——消防水池最低有效水位与最不利点水灭火设施之间的几何高差（m）；Σh——管道沿程和局部水头损失的累计值（m）。7.1.1消火栓系统消防水泵扬程各参数取值：P₁=0.35MPa（最不利点消火栓栓口设计动压）；P₂=0.013MPa（水带水头损失）；H_z=96.0−(−9.5)=105.5m；Σh=7.51m（管网总水头损失）。代入计算：Hb,xh注：1MPa=100mH₂O（近似），故(0.35+0.013)MPa=36.3mH₂O。H_b,xh=36.3+105.5+7.51=149.3m，取150m。考虑10%的安全裕量（GB50974第5.1.6条要求消防水泵的性能应满足消防给水系统所需流量和压力的要求，实际选型宜留有一定裕量）：Hb,xh,sel7.1.2自喷系统消防水泵扬程各参数取值：P₁=0.10MPa（最不利点喷头工作压力）；P₂=0；H_z=94.5−(−9.5)=104.0m；Σh=8.09+9.0=17.09m（管网损失+组件损失）。代入计算：Hb,sp考虑10%安全裕量：H_b,sp,sel=1.10×132=145m。7.2消防水泵轴功率与电机功率计算消防水泵的轴功率（有效功率）按下式计算：N=ρgQH式中：N——水泵轴功率（kW）；ρ——水的密度，1000kg/m³；g——重力加速度，9.81m/s²；Q——水泵设计流量（m³/s）；H——水泵设计扬程（m）；η——水泵效率，取0.75。电机功率应在轴功率基础上考虑安全系数：Nm式中：N_m——电机功率（kW）；K——电机安全系数，当轴功率≤22kW时取1.25，22~55kW时取1.15，>55kW时取1.10。表12消防水泵功率计算与选型表系统设计流量（L/s）设计扬程（m）效率η轴功率（kW）安全系数K电机功率（kW）选型电机（kW）消火栓系统401650.7586.31.1094.9110自喷系统301450.7556.91.1062.675消火栓系统消防水泵：XBD16/40-G-L，流量40L/s，扬程165m，电机功率110kW，一用一备。自喷系统消防水泵：XBD14.5/30-G-L，流量30L/s，扬程145m，电机功率75kW，一用一备。7.3水泵零流量压力校核根据GB50974-2014第5.1.6条，消防水泵零流量时的压力不应大于设计工作压力的140%，且宜大于设计工作压力的120%。消火栓系统：零流量压力P₀=1.20~1.40×1.65=1.98~2.31MPa。选用水泵的零流量压力为2.15MPa，满足要求。自喷系统：零流量压力P₀=1.20~1.40×1.45=1.74~2.03MPa。选用水泵的零流量压力为1.85MPa，满足要求。8高位消防水箱计算高位消防水箱的作用是在火灾初期、消防水泵启动前的时间段内，提供消防给水系统所需的水量和水压。本章完成高位消防水箱有效容积计算、静水压力校核及设置高度验证。8.1高位消防水箱有效容积计算根据GB50974-2014第5.2.1条，临时高压消防给水系统的高位消防水箱有效容积应满足初期火灾消防用水量的要求。一类高层公共建筑，不应小于36m³；当建筑高度大于100m时，不应小于50m³。本工程建筑高度96.0m（<100m），一类高层公共建筑，故高位消防水箱有效容积取：Vt选用有效容积为36m³的不锈钢装配式高位消防水箱，尺寸为4.0m×3.0m×3.5m（有效水深3.0m）。同时，高位消防水箱的有效容积应满足初期火灾10min消防用水量的要求，校核如下：Vt,req式中：Q_xh=40L/s，Q_sp=30L/s，火灾初期按10min（600s）计。代入：V_t,req=(40+30)×600/1000=42m³>36m³。由于消火栓系统与自喷系统分别设置高位消防水箱（或合用但分别出水管），且规范规定的36m³为最小值，实际工程中当两个系统合用时应按较大值或叠加计算。本工程采用合用高位消防水箱，有效容积取42m³（选用50m³水箱），以满足10min初期火灾用水量要求。8.2高位消防水箱静水压力校核根据GB50974-2014第5.2.2条，高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭火设施，且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力。一类高层公共建筑，不应低于0.10MPa。静水压力计算公式：Pj式中：P_j——最不利点处静水压力（Pa）；H_tank——高位消防水箱最低有效水位标高（m）；H_point——最不利点水灭火设施标高（m）。高位消防水箱设于屋顶水箱间，最低有效水位标高为99.0m（水箱底标高97.5m，最低有效水位高出箱底1.5m）。最不利点消火栓标高96.0m。代入：P_j=1000×9.81×(99.0−96.0)=29430Pa=0.029MPa<0.10MPa。高位消防水箱静水压力不满足规范要求（0.029MPa<0.10MPa），根据GB50974第5.2.2条第5款，应设置稳压泵。表13高位消防水箱校核结果表校核项目规范要求计算值判定最不利点消火栓静水压力≥0.10MPa0.029MPa不满足，需设稳压泵最不利点喷头静水压力≥0.10MPa0.044MPa不满足，需设稳压泵高位水箱有效容积≥36m³50m³满足9稳压系统设计计算稳压系统是临时高压消防给水系统的重要组成部分，其作用是在准工作状态下维持管网压力，保证系统最不利点处的静水压力满足规范要求，并在火灾发生时及时触发消防主泵启动。本章依据GB50974-2014第5.3节及17S205图集，完成稳压泵设计流量、启停压力、设计扬程、气压水罐容积及功率的完整计算。9.1稳压系统设置位置与工作原理本工程稳压泵及气压水罐设置在屋顶水箱间，与高位消防水箱合用。稳压泵从高位消防水箱吸水，向消防管网补水稳压。这种设置方式的优点是：稳压泵"俯视"整个管网，所需扬程较小，运行能耗低；同时高位消防水箱的水量可作为稳压泵的水源保障。稳压系统工作原理：当管网压力因泄漏下降至稳压泵启泵压力P₁时，稳压泵自动启动补水；当压力上升至稳压泵停泵压力P₂时，稳压泵停止；当火灾发生、用水量增大、管网压力继续下降至消防主泵启泵压力P₃时，消防主泵自动启动，稳压泵停止。9.2稳压泵设计流量计算根据GB50974-2014第5.3.2条，稳压泵的设计流量应符合下列规定：（1）稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量；（2）消防给水系统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；（3）消防给水系统所采用报警阀压力开关等自动启动流量应根据产品确定。稳压泵设计流量计算公式：Qw式中：Q_w——稳压泵设计流量（L/s）；Q_leak——管网正常泄漏量（L/s）；Q_start——系统自动启动流量（L/s）；Q_x——消防给水设计流量（L/s）。消火栓系统稳压泵设计流量：Q_x=40L/s，按3%计：Q_w=3%×40=1.2L/s，且不宜小于1L/s。考虑系统自动启动流量（压力开关动作流量约0.5L/s），取Q_w,xh=1.5L/s（5.4m³/h）。自喷系统稳压泵设计流量：Q_x=30L/s，按3%计：Q_w=3%×30=0.9L/s，不宜小于1L/s，取1.0L/s。考虑湿式报警阀自动启动流量（约1.0L/s），取Q_w,sp=1.5L/s（5.4m³/h）。表14稳压泵设计流量计算表系统消防设计流量（L/s）3%设计流量（L/s）自动启动流量（L/s）稳压泵设计流量（L/s）消火栓系统401.20.51.5自喷系统300.91.01.59.3稳压泵启泵压力P₁计算根据GB50974-2014第5.3.3条，稳压泵的设计压力应符合下列要求：（1）稳压泵的设计压力应满足系统自动启动和管网充满水的要求；（2）稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07MPa~0.10MPa；（3）稳压泵的设计压力应保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态时的静水压力应大于0.15MPa。稳压泵启泵压力P₁应同时满足以下两个条件，取较大值：P1式中：P₁——稳压泵启泵压力（MPa，以稳压泵中心线处压力为基准）；H₁——稳压泵中心线与最不利点水灭火设施之间的几何高差对应的压力（MPa），当稳压泵设在屋顶时，H₁为稳压泵中心线到最不利点的高差（m）×0.01MPa/m；P₃——消防主泵启泵压力（MPa）。9.3.1条件一：最不利点静水压力控制稳压泵设置在屋顶水箱间，稳压泵中心线标高约98.0m。最不利点消火栓标高96.0m，高差H₁=98.0−96.0=2.0m=0.02MPa。要求最不利点静水压力>0.15MPa，即：P₁−H₁>0.15，故P₁>0.15+0.02=0.17MPa。9.3.2条件二：主泵启泵压力控制消防主泵启泵压力P₃的确定：消防主泵启泵压力设置点通常在消防水泵出水管上（水泵房内），其压力值应保证在火灾初期、主泵启动前，最不利点仍有一定的供水压力。消防主泵启泵压力P₃按下式计算（以水泵房出水管处压力为基准）：P3式中：P_xh,min——最不利点消火栓最低允许压力，取0.10MPa（高位水箱供水时的最低要求）；H_z——水泵房与最不利点的几何高差，105.5m，对应1.055MPa；h_f——从水泵房到最不利点的沿程损失（在主泵启动前、小流量状态下），约0.03MPa。代入：P₃=0.10+1.055−0.03=1.125MPa（水泵房处压力）。将P₃换算到屋顶稳压泵处的压力（考虑几何高差）：屋顶处P₃'=P₃−0.01×(98.0−(−8.5))=1.125−1.065=0.060MPa。稳压泵启泵压力应比主泵启泵压力（同位置）大0.07~0.10MPa：P₁≥0.060+0.07=0.13MPa（取0.07MPa增加值）。9.3.3P₁取值综合两个条件：P₁≥max(0.17,0.13)=0.17MPa。考虑一定裕量，取稳压泵启泵压力P₁=0.20MPa（屋顶稳压泵中心线处）。校核最不利点静水压力：P_j=P₁−H₁=0.20−0.02=0.18MPa>0.15MPa，满足GB50974第5.3.3条第3款要求。9.4稳压泵停泵压力P₂计算稳压泵停泵压力P₂与启泵压力P₁之间的关系，取决于气压水罐的工作压力比α_b。根据17S205图集及工程实践，稳压泵停泵压力按下式计算：P2式中：P₂——稳压泵停泵压力（MPa）；α_b——气压水罐内的工作压力比（以绝对压力计），宜采用0.65~0.85，本工程取0.80。注意：公式中的P₁、P₂应为绝对压力。绝对压力=表压+0.10MPa（大气压）。P₁,abs=0.20+0.10=0.30MPa（绝对压力）。P₂,abs=0.30/0.80=0.375MPa（绝对压力）。换算为表压：P₂=0.375−0.10=0.275MPa，取0.28MPa。校核：稳压泵停泵时最不利点静水压力=0.28−0.02=0.26MPa，在合理范围内。9.5消防主泵启泵压力P₃复核消防主泵启泵压力应低于稳压泵启泵压力，且两者之间应有合理的差值，确保稳压泵先启动、主泵后启动。屋顶处主泵启泵压力P₃'=0.06MPa（表压），稳压泵启泵压力P₁=0.20MPa。差值=0.20−0.06=0.14MPa>0，满足稳压泵先于主泵启动的要求。当管网压力从P₂（0.28MPa）下降至P₁（0.20MPa）时，稳压泵启动补水；若火灾发生、用水量超过稳压泵供水能力，压力继续下降至P₃'（0.06MPa）时，消防主泵启动。9.6稳压泵设计扬程计算稳压泵的设计扬程应满足从停泵压力到启泵压力的压力提升需求，同时考虑吸水条件。稳压泵设计扬程按下式计算：Hw式中：H_w——稳压泵设计扬程（m）；P₂——稳压泵停泵压力（MPa）；P_suction——稳压泵吸入口压力（MPa），由高位消防水箱水位提供；h_s——吸水管路水头损失（m），取1.0m。高位消防水箱最低有效水位标高99.0m，稳压泵中心线标高98.0m，吸水高度=99.0−98.0=1.0m=0.01MPa。P_suction=0.01MPa（表压）。代入：H_w=(0.28−0.01)×100+1.0=28.0m，取30m。稳压泵选型：表15稳压泵选型表系统设计流量（L/s）设计扬程（m）电机功率（kW）数量消火栓系统1.5301.52台（一用一备）自喷系统1.5301.52台（一用一备）9.7气压水罐调节容积计算根据GB50974-2014第5.3.4条，设置稳压泵的临时高压消防给水系统应设置防止稳压泵频繁启停的技术措施，当采用气压水罐时，其调节容积应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h计算确定，但有效储水容积不宜小于150L。气压水罐调节容积计算公式：Vq式中：V_q——气压水罐调节容积（L）；Q_w——稳压泵设计流量（L/s）；n_max——稳压泵最大启泵次数，取15次/h。代入（消火栓系统，Q_w=1.5L/s）：V_q=(1.5×60)/15=6.0L。该计算值远小于规范规定的最小值150L，故取调节容积V_q=150L（规范最小值）。气压水罐总容积（包括调节容积、缓冲水容积和压缩空气容积）按下式计算：Vtotal式中：V_total——气压水罐总容积（L）；α_b——工作压力比，取0.80。代入：V_total=150/(1−0.80)=750L。考虑缓冲水容积（不小于50L）和安全裕量，选用总容积为1000L（1.0m³）的囊式气压水罐，工作压力1.0MPa。表16稳压系统设计计算结果汇总表计算项目符号计算结果单位备注稳压泵设计流量Q_w1.5L/s两系统相同稳压泵启泵压力P₁0.20MPa表压稳压泵停泵压力P₂0.28MPa表压主泵启泵压力（屋顶）P₃′0.06MPa表压稳压泵设计扬程H_w30m—气压水罐调节容积V_q150L规范最小值气压水罐总容积V_total1000L选用值最不利点静水压力P_j0.18MPa>0.15，满足10水锤计算与防护设计水锤是压力管道中由于水流速度急剧变化而引起的压力骤然升降现象。消防水泵突然停泵时，在出水管路中会产生停泵水锤，可能导致管道破裂、设备损坏等严重事故。根据GB50974-2014第5.5.11条，消防水泵出水管应进行停泵水锤压力计算。10.1停泵水锤压力计算停泵水锤最大压力（直接水锤）按Joukowsky公式计算：ΔP=ρ·a·Δv(10-1)式中：ΔP——水锤最大压力升高值（Pa）；ρ——水的密度，1000kg/m³；a——水锤波传播速度（m/s）；Δv——水流速度变化量（m/s）。水锤波传播速度a按下式计算：a=a式中：a₀——水中声波传播速度，取1435m/s；K——水的体积弹性模量，取2.1×10⁹Pa；D——管道内径（m）；E——管材弹性模量，钢管取2.06×10¹¹Pa；e——管壁厚度（m）。本工程消防干管DN150，计算内径D=0.135m，壁厚e=0.0045m。代入：a=1435/√(1+(2.1×10⁹×0.135)/(2.06×10¹¹×0.0045))=1435/√(1+0.306)=1254m/s。水流速度变化量Δv：消防水泵正常运行时干管流速v=2.26m/s，停泵后流速降为0，故Δv=2.26m/s。代入Joukowsky公式：ΔP=1000×1254×2.26=2.834×10⁶Pa=2.83MPa。上述为直接水锤（理论最大值）。实际工程中，由于止回阀的缓闭作用、管道弹性及摩擦等因素，实际水锤压力远小于直接水锤值。根据GB50974第5.5.11条的简化公式，停泵水锤压力可按下式估算：ΔP=ρv式中：H_s——水泵吸水口到出水口的几何高度（m），取10.0m；v——出水管流速，2.26m/s。代入：ΔP=(1000×2.26²)/2×(1+√(1+(4×9.81×10)/2.26²))=2554×(1+√87.9)=2554×10.37=26485Pa=0.026MPa。该简化公式适用于有缓闭止回阀的情况，计算值较小。实际水锤压力应介于简化公式与直接水锤之间，工程上通常按工作压力的1.3~1.5倍校核。10.2水锤压力校核管道系统中瞬时最高压力应不大于管道试验压力。根据GB50974第12.4.1条，消防给水管道试验压力应为工作压力的1.5倍，且不应小于1.4MPa。消火栓系统工作压力P_work=1.65MPa（水泵设计扬程对应的压力）。试验压力P_test=1.5×1.65=2.475MPa>1.4MPa，取2.5MPa。水锤后最高压力P_max=P_work+ΔP（按工作压力的1.3倍估算）=1.3×1.65=2.145MPa<2.5MPa，满足要求。10.3水锤消除措施根据GB50974-2014第8.3.3条，消防水泵出水管上的止回阀宜采用水锤消除止回阀，当消防水泵供水高度超过24m时，应采用水锤消除器。当消防水泵出水管上设有囊式气压水罐时，可不设水锤消除设施。本工程消防水泵供水高度105.5m>24m，必须采取水锤消除措施。具体措施如下：（1）消防水泵出水管上安装缓闭式止回阀（水锤消除止回阀），缓闭时间可调（30~60s），有效降低停泵水锤压力；（2）消防水泵出水总管上安装水锤消除器（气压式或活塞式），吸纳水锤压力波；（3）屋顶稳压系统设有囊式气压水罐，可进一步吸收水锤压力波动；（4）消防水泵采用软启动器，降低开泵水锤；（5）管道转弯处设置固定支墩，承受水锤产生的推力。11分区供水校核根据GB50974-2014第6.2.1条，符合下列条件时，消防给水系统应分区供水：（1）系统工作压力大于2.40MPa；（2）消火栓栓口处静压大于1.0MPa；（3）自动喷水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.60MPa或喷头处的工作压力大于1.20MPa。11.1系统工作压力校核系统工作压力按GB50974第8.2.3条确定：（1）高位消防水池、水塔供水的高压消防给水系统的系统工作压力，应按高位消防水池、水塔的最大静压确定；（2）市政给水管网直接供水的高压消防给水系统，应根据市政给水管网的工作压力确定；（3）采用高位消防水箱稳压的临时高压消防给水系统，系统工作压力应为消防水泵零流量时的压力与水泵吸水口最大静水压力之和。本工程采用高位消防水箱稳压的临时高压系统，系统工作压力为：Psys式中：P₀——消防水泵零流量时的压力，消火栓系统取2.15MPa；P_static——水泵吸水口最大静水压力，由消防水池最高水位提供，约0.02MPa。代入：P_sys=2.15+0.02=2.17MPa<2.40MPa，不需要分区供水。11.2消火栓栓口静压校核系统最低点（地下二层）消火栓栓口处的静水压力：P_static,min=屋顶稳压压力+几何高差=0.28+0.01×(98.0−(−8.0))=0.28+1.06=1.34MPa>1.0MPa。地下二层消火栓栓口静压1.34MPa>1.0MPa，根据GB50974第6.2.1条第2款，应分区供水或采取减压措施。解决方案：本工程不采用分区供水（系统工作压力2.17MPa<2.40MPa），而是在地下层消火栓栓口处设置减压稳压型消火栓，将栓口动压控制在0.35~0.50MPa范围内。减压稳压消火栓的减压级数按进出口压差确定。11.3自喷系统喷头工作压力校核自喷系统最低点喷头工作压力=最不利点压力+几何高差−沿程损失=0.10+0.01×(94.5−(−5.0))−0.06=0.10+0.995−0.06=1.035MPa<1.20MPa，满足要求，不需要分区。表17分区供水校核结果表校核项目规范限值计算值判定措施系统工作压力≤2.40MPa2.17MPa满足无需分区最低点消火栓静压≤1.0MPa1.34MPa不满足设减压稳压消火栓最低点喷头压力≤1.20MPa1.035MPa满足无需减压12管道压力等级与试验压力12.1管道工作压力分级根据GB50974-2014第8.2.1条，消防给水系统中采用的设备、器材、管材管件、阀门和配件等系统组件的产品工作压力等级，应大于消防给水系统的工作压力。本工程系统工作压力2.17MPa，故所有管道、阀门及配件的公称压力等级应不低于2.5MPa（PN25）。表18管道压力等级选用表系统部位工作压力（MPa）选用管材公称压力连接方式消火栓系统干管/立管≤2.17内外壁热浸镀锌钢管PN25沟槽连接消火栓系统支管≤1.50内外壁热浸镀锌钢管PN25沟槽/丝接自喷系统干管/立管≤1.85内外壁热浸镀锌钢管PN25沟槽连接自喷系统配水支管≤1.20内外壁热浸镀锌钢管PN25丝接稳压系统管道≤0.50不锈钢管PN16焊接/法兰12.2管道试验压力根据GB50974-2014第12.4.1条，消防给水管道系统安装完毕后，应进行水压强度试验和水压严密性试验。水压强度试验压力：当系统设计工作压力≤1.0MPa时，试验压力为1.5倍工作压力且不小于1.4MPa；当系统设计工作压力>1.0MPa时，试验压力为工作压力加0.4MPa。本工程系统工作压力2.17MPa>1.0MPa，故水压强度试验压力=2.17+0.4=2.57MPa，取2.6MPa。水压严密性试验压力为系统工作压力，即2.17MPa，稳压24h无泄漏为合格。13计算结果汇总与验证本章对前述各章节的计算结果进行系统汇总，并从规范符合性、逻辑一致性、安全裕量三个维度进行全面验证，确保设计成果安全可靠。13.1消火栓系统计算结果汇总表19消火栓系统计算结果汇总与验证表序号计算项目符号计算结果单位规范要求判定1充实水柱长度S_k13m≥13（高层建筑）满足2水枪喷嘴压力H_q0.192MPa——3水枪喷射流量q_xh5.49L/s≥5.0满足4水带水头损失h_d0.013MPa——5栓口设计动压H_xh0.35MPa0.35~0.50满足6管网总水头损失Σh0.075MPa——7几何高差H_z105.5m——8消防水泵设计扬程H_b150（选165）m——9消防水泵设计流量Q_b40L/s——10消防水泵电机功率N_m110kW——11稳压泵设计流量Q_w1.5L/s≥1.0满足12稳压泵启泵压力P₁0.20MPa——13稳压泵停泵压力P₂0.28MPa——14稳压泵设计扬程H_w30m——15最不利点静水压力P_j0.18MPa>0.15满足16气压水罐调节容积V_q150L≥150满足17系统工作压力P_sys2.17MPa≤2.40满足13.2自动喷水灭火系统计算结果汇总表20自动喷水灭火系统计算结果汇总与验证表序号计算项目符号计算结果单位规范要求判定1最不利点喷头工作压力P₀0.10MPa≥0.05满足2最不利点喷头流量q₀80.0L/min——3喷水强度I8.89L/(min·m²)≥8.0满足4作用面积A160m²=160满足5系统设计流量Q_sp30L/s——6管网总水头损失Σh0.081MPa——7组件水头损失Σh_comp0.09MPa——8消防水泵设计扬程H_b132（选145）m——9消防水泵电机功率N_m75kW——10稳压泵设计流量Q_w1.5L/s≥1.0满足11最不利点静水压力P_j0.20MPa>0.10满足13.3综合验证（1）规范符合性验证：所有计算结果均满足GB50974-2014、GB50084-2017、GB55036-2022等现行规范的强制性条文要求，无违反规范项。（2）逻辑一致性验证：消防水泵扬程=最不利点工作压力+几何高差+水头