超高層建筑給排水設計重點及難點分析

1、超高層建筑給排水設計重點及難點分析 吳開合 2013.11一、生活給水系統(tǒng) 1.供水方式比較 主要供水方式為分區(qū)并聯(lián)供水及分區(qū)串聯(lián)供水，其主要優(yōu)缺點如下： 分區(qū)并聯(lián)供水優(yōu)點是事故時僅涉及一個區(qū)，不會涉及整棟樓停水，控制系統(tǒng)相對簡單，各區(qū)單一控制，沒有聯(lián)動要求，缺點是高區(qū)水泵揚程高,給水管管材及接口承壓要求高； 分區(qū)串聯(lián)供水優(yōu)點是事故時僅涉及一個區(qū)，短時不會涉及整棟樓停水，各區(qū)水泵揚程相對偏低，給水管管材及接口承壓要求不高，供水可靠性高，節(jié)能節(jié)水且節(jié)約投資，缺點是中間樓層需要設置水泵房，且有較高的防震要求，同時控制要求較高， 各區(qū)需聯(lián)動控制，自動化程度要求高。 2.供水分區(qū)原則 建筑給水排水設計

2、規(guī)范GB50015-2003(2009年版)第3.3.5條“高層建筑生活給水系統(tǒng)應設豎向分區(qū)，豎向分區(qū)壓力應符合下列要求： 1) 各分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點處的靜水壓力不宜大于0.45MPa。 2）靜水壓力大于0.35MPa的入戶管（或配水橫管），宜設減壓或調(diào)壓設施。 3）各分區(qū)最不利配水點的水壓，應滿足用水水壓要求?！?第3.3.6條“建筑高度超過100米的建筑，宜采用垂直串聯(lián)供水方式”。 3.供水方式 本工程為建筑高度超過100米的辦公公共建筑，每棟樓均設置有兩層避難層，避難層設置轉(zhuǎn)輸水泵房條件成熟，辦公建筑對防震要求比居住建筑低；結(jié)合市政自來水供水壓力，共分四個區(qū)：-4F5F為I區(qū)，由市政

3、自來水管網(wǎng)直接水；1號樓6F10F、2號6F9F為II區(qū)，由低區(qū)生活加壓泵與第一避難層(1號 樓12F、2號樓11F)轉(zhuǎn)輸水箱聯(lián)合供水；1號樓11F21F、2號樓10F20F為III區(qū)，由III區(qū)生活加壓泵與第二避難層(1號樓23F、2號樓22F)轉(zhuǎn)輸水箱聯(lián)合供水；1號樓22F34F、2號樓21F34F為IV區(qū)，由IV區(qū)生活加壓泵與屋頂生活水箱聯(lián)合供水。 如圖示，本工程生活給水系統(tǒng)采用串聯(lián)供水，地下4層分別設置1、2號樓生活貯水箱，避難層分別設置各區(qū)轉(zhuǎn)輸水箱及轉(zhuǎn)輸水泵，轉(zhuǎn)輸水箱除滿足本區(qū)用水需要，還應儲存上區(qū)轉(zhuǎn)輸泵所需水量；各區(qū)水壓超過0.35MPa時設支管減壓閥組減壓后供水。 4.特別強調(diào)

4、1）超高層住宅建筑優(yōu)選分區(qū)并聯(lián)供水系統(tǒng)，因為住宅樓層防震動要求高，不易控制。 2）公共建筑優(yōu)選分區(qū)串聯(lián)供水系統(tǒng)，但應特別注意各區(qū)聯(lián)動控制要求（需要設計提出控制要求）。 3）最好設置低位貯水箱：住宅建筑采用箱式無負壓疊壓變頻供水設備，公共建筑設置水箱（含轉(zhuǎn)輸水箱），以備停水時應急用。二、排水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)沒有特別要求，需要注意以下幾點： 1.消能要求，特別是雨水系統(tǒng)消能措施：污水規(guī)范無明確要求，可以不設；雨水主要是排出管消能，因雨水可能是滿流狀態(tài)，排出時壓力特別大，尤其是幾百米高的高層建筑更需要設置消能措施。 2.雨水系統(tǒng)溢流設施，住宅建筑排水相對單一，公共建筑匯水面積大，特別需要設置對應年限的

5、雨水溢流口。(裙房雨水匯水面積計算規(guī)則) 3.管材承壓要求，特別是雨水管管材承壓要求。三、消防滅火系統(tǒng) 超高層建筑分兩類：建筑高度在100250米之間的及建筑高度超過250米的超高層建筑；高層民用建筑設計防火規(guī)范GB50045-95(2005年版)第1.0.5條“當高層建筑的建筑高度超過250米時，建筑設計采取的特殊的防火措施，應提交國家消防主管部門組織專題研究、論證”；本次主要討論建筑高度100250米之間的消防供水系統(tǒng)。 以某大廈為例：本工程建筑面積約16.8萬m2，建筑高度163.80米，建筑層數(shù)為地上34層，地下4層；其中-1至-4層為設備用房及地下停車庫，1至4層為裙房，主要功能為辦

6、公配套用房：餐廳、多功能會議室及健身房等；5至34層為塔樓，共2棟，均為辦公用房；其中1號樓12層、23層，2號樓11層、22層為避難層；本工程為建筑高度超過100米的一類綜合樓。 1.消防給水系統(tǒng) 1.1.方案比較高層、超高層建筑室內(nèi)消防給水系統(tǒng)主要分兩種：并聯(lián)給水及串聯(lián)給水；其主要優(yōu)缺點為：并聯(lián)給水優(yōu)點是水泵布置相對集中在地下室水泵房內(nèi)，管理方便，安全可靠，缺點是高區(qū)水泵揚程較高，需用耐高壓管材及管件，對于高區(qū)超過消防車供水壓力的上部樓層水泵接合器將失去作用，供水的安全性不如串聯(lián)的好；串聯(lián)給水優(yōu)點是不需要高揚程水泵和耐高壓的管材、管件，可通過水泵接合器并經(jīng)各轉(zhuǎn)輸水泵向高區(qū)供水滅火，其供水可

7、靠性比并聯(lián)好；缺點是水泵分散在各層，管理不便，消防時下部水泵與上部水泵聯(lián)動，安全可靠性差。 本工程建筑高度163.80米，最高區(qū)消火栓在消防車供水壓力（180米）范圍內(nèi)，高區(qū)消防管材及閥門壓力等級不超過2.5MPa，無須特別定制，各分區(qū)消防水泵流量大，水泵啟停噪音大，防震要求高，同時設置轉(zhuǎn)輸消防水池及水泵房占地面積較多，綜合各種因數(shù)比較后采用并聯(lián)給水系統(tǒng)應優(yōu)于串聯(lián)給水系統(tǒng)。 本工程所在地為開發(fā)新區(qū)，市政供水管網(wǎng)設施不太完善，無法直接滿足消防滅火取水要求，需要設置消防貯水池；其室內(nèi)、外消防用水量之和為900m3，均儲存在地下4層消防貯水池內(nèi)，等分為兩格；消防水泵房設置在負4層，水泵房內(nèi)集中設置室

8、內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)高、低區(qū)加壓泵、自動噴水系統(tǒng)加壓泵、室外消防給水系統(tǒng)加壓泵各兩臺，均為一用一備。 1.2供水系統(tǒng) 1).室外消防給水系統(tǒng) 根據(jù)重慶地方山城特點及征得消防主管部門同意，儲存在地下4層的室外消防水量可以通過室外消防加壓泵組加壓供至室外消防給水環(huán)網(wǎng)，同時從市政進水管上接出一根DN150mm給水管與室外消防環(huán)網(wǎng)相連接，連接點前端設置防倒流污染閥組；室外消防給水系統(tǒng)圖見右圖。室外消防給水系統(tǒng)圖室外消防給水系統(tǒng)圖 2).室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng) 室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)垂直分四個區(qū)：-4F4F為I區(qū)，1號樓5F11F、2號樓5F10F為II區(qū)，1號樓12F22F、2號樓11F21F為III區(qū)，1號樓2

9、3F34F、2號樓22F34F為IV區(qū)；I、II區(qū)共用一套加壓泵組（低區(qū)加壓泵組：Q=40L/S,H=1.1MPa），III、IV區(qū)共用一套加壓水泵組（高區(qū)加壓泵組:Q=40L/S,H=2.2MPa）；1、2號樓屋頂均設屋頂消防水箱，有效容室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)圖室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)圖 積均為18m3，同時設置屋頂增壓設施，保證最不利點消火栓工作壓力。 室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)分高、低區(qū)分別設置水泵接合器，每個系統(tǒng)分別設置DN150mm水泵接合器4套；各區(qū)間管道通過減壓閥組相連接。 室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)圖見上圖。 3).自動噴水滅火系統(tǒng) 自動噴水滅火系統(tǒng)垂直分四個區(qū)：-4F4F為I區(qū)，1號樓5F11F、2號

10、樓5F10F為II區(qū)，1號12F22F、2號樓11F21F為III區(qū)，1號樓23F34F、2號樓22F34F為IV區(qū)；各分區(qū)間管道通過減壓閥組相連接。 濕式報警閥組按分區(qū)情況分開設置：I區(qū)設置在-4F消防水泵房內(nèi)，其余各區(qū)分別設在各棟樓避難層水設備間內(nèi)。 各區(qū)共用一套加壓泵組(Q=40L/S,H=2.30MPa)，屋頂消防水箱與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)共用，且同時設置屋頂自動噴水系統(tǒng)增壓設施，保證最不利點處噴頭的最小工作壓力；系統(tǒng)共設置DN150mm水泵接合器四套。 自動噴水滅火系統(tǒng)圖見右圖。 自動噴水系統(tǒng)自動噴水系統(tǒng)圖圖 4).大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng) 1號樓3F、31F,2號樓1F、30F凈空高

11、度大于8米，普通噴頭無法滿足消防滅火要求，設計為自動掃描射水高空水炮自動滅火裝置，采用標準型高空水炮，每個水炮設計流量為5L/S，最大防火分區(qū)系統(tǒng)設計流量為25L/S，火災延續(xù)時間1h，因其設計流量不大于自動噴水滅火系統(tǒng)設計流量，故設計流量以自動噴水滅火系統(tǒng)為準。 自動掃描射水高空水炮滅火裝置與室內(nèi)自動噴水滅火系統(tǒng)共用加壓泵組、屋頂消防水箱及水泵接合器。 大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)圖見自動噴水系統(tǒng)圖。 5).高壓細水霧自動滅火系統(tǒng) a. 高壓細水霧滅火機理 水從一種特殊材料的噴頭噴出時，形成粒徑在10-100微米的水霧，比表面積小，遇火后迅速汽化，體積可迅速膨脹17005800倍，吸收大量的

12、熱，使燃燒表面溫度迅速降低；同時，水汽化后形成水蒸氣，將燃燒區(qū)域整體包圍和覆蓋，使燃燒因缺氧而窒息。 b. 與氣體滅火系統(tǒng)的比較 氣體滅火系統(tǒng)由管網(wǎng)、噴高壓細水霧滅火系統(tǒng)原理圖高壓細水霧滅火系統(tǒng)原理圖 頭及鋼瓶組組成，鋼瓶要求壓力等級高，滅火時需要疏散人員，滅火空間需要封閉，同時還需設置門、窗自動關(guān)閉控制系統(tǒng)，儲存氣體有一定使用壽命，需要定期更換充裝，火災時氣體容易造成人員窒息傷亡，有些氣體有一定的毒副作用，存在一定的安全隱患。 高壓細水霧是一種清潔的滅火系統(tǒng)，能有效滅火的同時，可以阻止火災復燃，不會對人員造成傷害，同時可以局部滅火，無須封閉空間，系統(tǒng)運行安全可靠。 c. 系統(tǒng)組成及控制要求

13、因本工程1號樓5F為報刊檔案資料庫，79F為每層面積約400m2的網(wǎng)絡服務機房，根據(jù)使用功能及規(guī)范要求，應用消防性能化設計思路和方法，結(jié)合保護對象的功能、幾何特性和火災特性，最 終確定5F報刊檔案資料庫及79F網(wǎng)絡服務機房、UPS電池、電源間設計高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)，其余樓層及房間均設計普通自動噴水滅火系統(tǒng)，做到了安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。 本工程選用全室應用、開式高壓細水霧滅火系統(tǒng)，由高壓細水霧泵組、開式細水霧噴頭、區(qū)域控制閥組、不銹鋼管路及管件、儲水水箱及火災控制聯(lián)動系統(tǒng)等組成。 設計噴霧強度：檔案資料庫及網(wǎng)絡服務機房、UPS電池電源間均為0.75L/min.m2,最不利點噴頭壓力不

14、低于10MPa，持續(xù)噴霧時間30min，系統(tǒng)響應時間不大于30s，系統(tǒng)設計流量為292L/min，系統(tǒng)設計壓力為12MPa。 系統(tǒng)選用K=0.45, q=4.5L/min開式細水霧噴頭， 噴頭安裝間距不大于3m，不小于1.5m，距邊墻不大于1.5m；系統(tǒng)加壓設備布置在-4F消防水泵房內(nèi)；系統(tǒng)管道選用滿足壓力要求的型號為316、316L的無縫不銹鋼管或銅管，采用氬弧焊焊接或卡套連接。 系統(tǒng)控制方式分手動控制、自動控制及應急操作三種控制方式。 高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)原理圖詳上圖。2.壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng) 根據(jù)重慶市公安消防局要求，建筑高度超過100米的公共建筑需要設置壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)。 在每棟

15、塔樓建筑高度超過50米(1號樓12F34F，2號樓11F34F)的每個消防合用前室設置一根DN100mm消防豎管，每棟樓各兩根；每層設置一套雙出口泡沫消火栓箱，栓口直徑為DN65mm，箱內(nèi)配置水帶。 每棟樓系統(tǒng)保持獨立，每套系統(tǒng)設置DN100mm水泵接合器兩套；系統(tǒng)管道頂部設放氣閥，底部設排空閥。 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)豎管采用內(nèi)外壁鍍鋅無縫鋼管，溝槽式連接（卡箍）、絲扣或法蘭連接。 泡沫消火栓箱體和管道涂刷成泡沫管道專用的黃色。 壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)原理圖見右圖。壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)原理圖壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)原理圖 3.氣體滅火系統(tǒng) 本工程變配電室、發(fā)電機房、儲油間及其他它不宜用水撲救的電氣房間，

16、因設置位置分散，不適宜采用有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)，設置S型熱氣溶膠預制式無管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)，控制系統(tǒng)簡單明了，造價低，節(jié)約投資的同時達到了自動滅火的效果。 4.超細干粉滅火系統(tǒng) 在本工程建筑物內(nèi)建筑面積超過5m2的強、弱電間內(nèi)設置超細干粉自動滅火系統(tǒng)，根據(jù)建筑面積大小，分別布置FZXA2.0(保護體積20m3)、FZXA5.0(保護體積50m3)兩種規(guī)格的超細干粉滅火系統(tǒng)，控制方式簡單靈活。 5.廚房自動滅火裝置 本工程裙房二層設置有員工餐廳，在廚房灶臺、煙罩及排煙管道內(nèi)設置廚房專用自動滅火裝置。 四、幾個技術(shù)難點的探討 1.樓層配電間消防措施 本工程塔樓樓層配電間建筑面積大于5m2，規(guī)范中沒有明

17、確設置何種消防系統(tǒng)，可供采用的有：氣體滅火系統(tǒng)、超細干粉自動滅火系統(tǒng)及自動噴水滅火系統(tǒng)；因部分配電間設置有電氣設備，設置自動噴水滅火系統(tǒng)不妥，同時設置氣體滅火系統(tǒng)暖通專業(yè)排氣井道設置比較困難，最后確定采用超細干粉自動滅火系統(tǒng)。 2.消防電梯機房消防措施個人認為，超高層電梯機房可以納入高層民用建筑設計防火規(guī)范GB50045-95(2005年版)第7.6.7.6條“其它特殊重要設備室”適用范圍，超高層民用建筑電梯機房一旦發(fā)生火災，將對生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴重影響，故需要設置必要的消防設施；可供選擇的系統(tǒng)有：自動噴水滅火預作用系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、超細干粉自動滅火系統(tǒng)及高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)；電梯廠商不同意采用 自動噴水滅火系統(tǒng)，怕誤動作，氣體滅火系統(tǒng)無法解決開孔問題，無法形成一個完整的密閉空