孝感某中学拟建一幢5层教学楼给排水设计.pdf

1 第一章设计任务书一、设计任务孝感某中学拟建一幢5 层教学楼，总建筑面积近 5200；建筑高度 21.6m；底层为行政办公及实验室，二至五层为教室。每层设卫生间两处，一处为男女厕所；另一处为男女隔层厕所（一、三、五层为男厕）。男厕内设污水池1 个，洗手盆 1 个，小便槽 4.9m 长，便槽蹲位 5 个；女厕内设污水池和洗手盆各1 个，便槽蹲位 8 个。层顶水箱间一座。要求设计建筑给水排水工程。具体内容包括：1、建筑给水系统设计。选择给水方式，布置给水管道及设备；进行给水管网水力计算及室内所需水压的计算；高位水箱容积计算及校核水箱安装高度；绘制给水系统的平面图、系统图及卫生间大样图。2、建筑消防系统设计。消防用水量及高位水箱消防贮水量的计算；布置消防管网；进行消防管道水力计算及消防水压计算；选择消防水泵以及确定稳压系统；绘制消水栓系统的平面图及系统图。3、建筑排水系统设计。排水体制的确定以及排水管道的布置；排水管道水力计算；化粪池的容积计算及选型；绘制排水系统的平面图及系统图。二、设计资料1、建筑设计资料建筑物一层平面图，二层平面图，三至五层平面图及屋顶平面图及水箱间平面，立面图共 5 张。本建筑为 5 层，底层高为 4.2m，二至五层层高为3.6m，上人屋面，楼梯间屋顶标高为 27.2m，水箱间标高为 22.2m。室内外高差为 0.3m。冻土深度为 0.2m。2、市政基础资料（1）给水水源建筑物北侧和西侧有城市市政给水管道，管径为 DN300，常年可提供的资用2 水头为 0.15MPa，管道埋深为室外地面以下0.5m。（2）排水资料本建筑物西侧有城市排水管道，其管径为 DN500，管内底深为室外地面以下1.5m，管材为钢筋混凝土。未预见水量：按日用水量的12%计算。三、设计要求1、设计计算说明书 1 份2、课程设计图纸课程设计图纸数量不得少于5 张，用 CAD绘制。图纸绘制要求：建筑给水排水系统图的绘制按轴测正投影法绘制，管道布置方向应与平面图相对应，并按比例绘制。3 第二章设计方案2.1 建筑给水工程在初步确定给水方式时，对层高不超过3.5m 的民用建筑，给水系统所需的压力H（自室外地面算起），可用经验估算：1 层为 100kPa，2 层为 120kPa，3 层以上每增加1 层，增加 40kPa，对于层高超过3.5m 的建筑，上述值应适当增大。根据原始设计资料，本教学楼为五层建筑，底层高为4.2m，二至五层层高为3.6m，根据经验估算，要满足第五层用水需求，给水系统所需的压力至少为250kPa，而市政管网常年可提供的资用水头为0.15Mpa（即150kPa），显然不能满足用水要求，故考虑二次加压。由于屋顶水箱间标高为22.2m，若直接采用水泵-水箱给水系统，虽然最低卫生器具给水配件的静水压满足要求，但未能有效利用市政管网水压，浪费流量，同时，屋顶水箱容积相对过大，增加建筑负荷和投资费用。室外给水管网常年可提供的资用水头为0.15Mpa，可考虑直接向较低的几层供水。经方案比较，室内给水系统拟采取分区供水方式，分为上、下两个区。考虑到市政管网引入管以及水表节点等其他附件的水损，以及供水可靠安全性和管理维护的方便，2 层及 2 层以上为上区，1层为下区。上区采用上行下给供水方式，即城市管网地下贮水池水泵屋顶水箱上区各层用水点。下区采用下行上给供水方式，即城市管网直接供下区各用水点。2.2 建筑消防工程根据 建筑设计防火规范GB50016-2014 中的 5.1.1条，本建筑属于二类建筑。据 8.2.1条，设室内、室外消火栓给水系统。根据消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014中的 3.3.2条以及3.5.2条，室内、室外消火栓用水量分别为15L/s、25L/s，每根竖管最小流量 10L/s，每支水枪最小流量5L/s。室内消火栓系统不分区，采用水箱和水泵联合供水的临时高压给水系统，每个消火栓处设直接启动消防水泵的按钮，高位水箱贮存10min 消防用水，消防水泵及管道均单独设置。每个消火栓口径为65mm 单栓口，水枪喷嘴口径19mm，充实水柱为12mH2O，采用衬胶水带直径 65mm，长度 25m。消防泵直接从消防水池吸水，火灾延续时间以2h 计。2.3 建筑排水工程根据原始资料，该教学楼每层有两处卫生间，共五层，用水处较集中，考虑到运行管理维护的方便，因此选用分流制排水系统，即将生活污水与雨水采用两套管道分流排放。4 生活污水采用有通气的普通单立管排水系统，两处卫生间分别设置两套单立管排水系统，排水立管设置伸顶通气管，伸顶通气管高出屋面不小于0.3m。第三章管道布置3.1 给水管道的布置3.1.1 管道布置给水管道的布置受建筑结构、用水要求、配水点和室外给水管道的位置，以及供暖、通风、空调和供电等其他建筑设备工程管线布置等因素的影响。进行管道布置时，不但要处理协调好各种相关因素的关系，还要满足以下基本要求。1.确保供水安全和良好的水利条件，力求经济合理2.保护管道不受损坏3.不影响生产安全和建筑物的使用4.便于安装维修3.1.2 管道敷设1.敷设形式给水管道的敷设有明装、暗装两种形式。明装即管道外露，其优点是安装维修方便，造价低。但外露的管道影响美观，表面易结露、积灰尘。暗装即管道隐蔽，如敷设在管道井、技术层、管沟、墙槽或夹壁层中，直接埋地或埋在楼板的夹层里，其优点是管道不影响室内的美观、整洁，但施工复杂，维修困难，造价高。2.敷设要求给水管道不宜穿过伸缩缝、沉降缝和变形缝，必须穿过时应采取相关措施。如给水横管穿承重墙或基础、立管穿楼板时均应预留孔洞，暗转管道在墙中敷设时，也应预留墙槽，以免临时打洞、刨槽影响建筑结构强度。3.管材选择生活给水采用给水塑料管。给水系统的平面图见附图一，系统图见附图二，卫生间大样图见附图三。5 3.2 消防管道的布置3.2.1 室内消火栓布置根据消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014 要求，设置消火栓给水系统的建筑内，每层均应设置消火栓。消火栓的间距要求应满足下列要求：1.建筑高度 24m且体积 5000?3的多层库房，应保证有1 支水枪的充实水柱达到同层内的任何部位。2.其他民用建筑应保证每个防火区同层有2 支水枪的充实水柱同时到达任何部位。3.消火栓口距地面安装高度为1.1m，栓口宜向下或与墙面垂直安装。4.消火栓应设置在位置明显且操作方便的走道内，宜靠近疏散方便的通道口处、楼梯间内。3.2.2 消防给水管道的设置建筑内的消火栓给水管道布置应满足下列要求：1.室内消防竖管管径不应小于100mm。当室内消火栓个数多于10 个且消防用水量大于15L/s 时，室内消防给水管道应布置成环状，且至少应有两条进水管与室外管道或者消防水泵连接。2.高层厂房（仓库）应设置独立的消防给水系统，室外消防立管应连接成环状。3.设置室内消火栓且层数超过5 层的公共建筑，消火栓系统应设置消防水泵接合器消火栓布置平面见附图四，消防给水管道管线布置见附图五。3.3 排水管道的布置3.3.1.排水管道布置原则1.排水畅通，水利条好2.保证设有排水管道房间或场所的正常使用3.保证排水管道不受损害4.室内环境卫生条件好5.施工安装、维护管理方便6.占地面积小，总管线短、工程造价低。3.3.2 排水管道的连接1.排水横支管与立管的连接采用正三通的方式。6 2.排水立管咋垂直方向转弯处，采用两个15弯头连接。3.排水立管与排出管的连接，采用弯曲半径不小于4 倍管径的 90弯头连接。排水系统的平面图见图六，系统图见图七。第四章建筑给水排水设计计算4.1 给水管网水力计算4.1.1.给水用水定额及时变化系数查建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009 年版），由规范中的表3.1.10可知，中小学学校教学楼最高日生活用水定额为20 40L/（cap.d）,用水时间为89 小时，小时变化系数Kh为 1.5 1.2。考虑到孝感市的实际情况，本设计取用水定额为30L/（cap.d），用水时间取9 小时，小时变化系数Kh为 1.5。4.1.2.最高日用水量根据给水设计方案，分为上、下两个区，下区1 层直接利勇市政管网供水，25 层利用高位水箱供水，因此两区最高日用水量分开计算。1 层共有 6 间办公室，取每间办公室12 名教师，则1 层最高日用水量为:?1=?=(1+0.12)6 12 301000=2.42?325 层共有 27 间教室，取每个教室70 人，则 25 层最高日用水量为:?2=?=(1+0.12)27 70 301000=63.50?34.1.3.最高日最大时用水量下区最大时用水量为：?1=?1?=2.4291.5=0.40?3?上区最大时用水量为：?2=?2?=63.5091.5=10.58?3?4.1.4.设计秒流量按公式建筑给水排水设计规范 GB50015-2003（2009 年版）第 3.6.5 条，宿舍（I、II 类）、旅馆、宾馆、酒店式公寓、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、图书馆、书店、客运站、航站楼、会展中心、中小学教学楼、公共厕所等建筑的生活给水设计秒流量，应按下式计算：7?=0.2?本设计为教学楼，取=1.8，因此计算公式为：?=0.36?4.1.5.屋顶水箱容积由规范可知，当高位水箱为生活水箱和消防水箱共用时，高位水箱的有效容积为生活用水和消防用水两部分组成。当生活调节水量由水泵联动提升进水时，可按照不小于最大时用水量的 50%计，消防贮水量为10min 室内消防用水量。根据消防给水及消火栓系统技术规范知，该教学楼室内消防用水量为15L/s。25 层的生活用水由水箱供给，1 层的生活用水虽然不由水箱供给，但考虑到市政给水事故停水，水箱仍短时供下区用水（上下区设连通管），故水箱容积应按15 层全部用水确定。又因水泵向水箱供水不与配水管网连接，故选水泵出水量与最高日最大时用水量相同，即 qb=10.98m3/h。因此高位水箱有效容积为V=10.98 50%[phone]=14.49?3屋顶水箱采用钢制，尺寸为3.0m3.0m 1.9m,有效水深1.7m，有效容积15.3m3。由于高位水箱是生活给水与消防用水共用，因此要求最不利点消火栓的静水压力达到7mH2O，即高位水箱最低水位到5 层消火栓口高差至少达到7m。消火栓口安装高度为1.1m，即第 5 层消火栓栓口的标高为16.1m，因此高位水箱的最低水位标高至少为23.1m。根据建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009 年版）3.7.5条，箱底与水箱间地面板的净距，当有管道敷设时不宜小于 0.8m。根据原始设计资料，水箱间地面标高为22.2m，此时高位水箱箱底标高应为23m，再考虑到出水管的安装高度，即高位水箱最低水位标高至少为 23.1m。综合以上两方面因素，取高位水箱的箱底标高为23.5m。4.1.6.贮水池容积本设计上区为设水泵、水箱的给水方式，因为市政给水管网不允许水泵直接从管网抽水，故应设置贮水池。据建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009 年版）3.7.3条，贮水池的有效容积应按进水量与用水量变化曲线经计算确定；当资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%25%确定。在本设计中取最高日用水量的25%计，则贮水池容积为：V=25%65.92=16.48m3。8 生活贮水池钢制，尺寸为3.0m3.0m2.1m，有效水深1.9m，有效容积17.1m3。4.1.7.给水管道水力计算根据建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009 年版）3.1.14条，洗涤盆给水当量为 1.50，洗手盆给水当量为0.75，冲洗水箱浮球阀给水当量为0.50，小便槽穿孔冲洗管（每米长）给水当量为0.25，本设计小便池长度为4.9 米，取当量1.23。1）1 层室内水力计算见下表。?1=0.8+2.0=2.8?2?=28?（引入管至最不利点位置高度所需的静水压）?2=1.3 29=37.7?（总水头损失）?4=20?（最不利点水嘴的最低工作压力）选 LXS-50C型旋翼式水表，其中最大流量?=30?3?，性能系数为?=?2100?=9。则水表的水头损失?=?29?=(2.66 3.6)29?=10.19?，满足正常用水时?2+?4水箱安装高度满足要求。管段编号当量总数设计秒流量（L/s）管径DN（mm）流速(m/s)单阻i（kPa)管长（m)沿程水头损失（kPa）010.500.10150.5121.250.25200.66232.750.55250.84342.750.55250.84455.500.84320.83568.251.03321.006711.001.19400.710.14825.700.84477820.921.65400.990.26023.300.85878928.921.94500.740.113435.003.969091043.382.37500.900.41355.502.27437.9466510 25 层给水管网计算用图4.1.8 水箱加压水泵选择如水泵选择计算图，本设计的加压水泵是给25 层给水管网增压，但考虑市政事故停11 水，水箱仍应短时间供下区用水（上下区设连通管），故水箱容积应按1 5 层全部用水确定。水泵向水箱供水不与配水管网相连，故水泵出水量按最大时用水量10.98m3/h(3.05L/s)计。由 钢 管 水 力 计 算 表 可 查 得：当 水 泵 出 水 管 侧Q=3.05L/s时，选 用DN70 的 钢 管，v=0.86m/s,i=0.2831kPa/m。水泵吸水管侧选用DN80的钢管，v=0.61m/s,i=0.1208kPa/m。由图可知压水管长度81.8m，其沿程水头损失为23.1576kPa。吸水管长度1.5m，其沿程水头损失0.1812kPa。故水泵的管道总水头损失为（23.1597+0.1812）1.3=30.34kPa。水箱最高水位与贮水池最低水位之差为27.1m，取水箱进水浮球阀的流出水头为20kPa。故水泵扬程Hp=271+20+30.34=321.34kPa。水泵出水量为10.98m3/h。据此选得水泵ISG50-200 型水泵 2 台,1 用 1 备。水泵选择计算用图4.2 消防管网水力计算4.2.1.消火栓的布置该教学楼总长90m，宽度 11.4m，高度 21.6m。按照消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014 第 7.4.6条要求，消火栓的间距应保证同层任何部位有2 各消火栓的水枪充实水柱同时到达。水带长度取25m，展开时的弯曲折减系数C取 0.9，消火栓的保护半径应为：12 R=C?+?=0.9 25+3.5=26?消火栓采用单排布置时，其间距为：S?2-?2=262-(7.2+2.4)2=24.16?,取 24m。据此应在走道上布置6 个消火栓才能满足要求。系统图见附图四。4.2.2.水枪喷嘴处所需的水压查表，水枪喷口直径选19mm，水枪系数 值为 0.0097；充实水柱 H?要求不小于10m，选H?=12m,水枪实验系数?值为 1.21。水枪喷嘴处所需水压：?=?101-?=1.21 12 101-0.0097 1.21 12=169?4.2.3.水枪喷嘴的出流量查表知喷嘴直径19mm的水枪水流特性系数B为 1.577，则有：?=?=1.57716.9=5.2?5.0?4.2.4.水带阻力19mm 水枪配 65mm 水带，衬胶水带阻力较小，室内消火栓水带多为衬胶水带。本设计亦选用衬胶水带。查表知65mm 水带阻力系数?值为 0.00172.水带阻力损失：?=?2=0.00172 25 5.22=1.16?4.2.5.消火栓口处所需的水压消火栓口处所需的水压?=?+?+?=169+11.6+20=200.6?4.2.6.校核设置的消防贮水高位水箱最低水位高程23.5m，最不利点消火栓栓口高程16.1m，则最不利点消火栓口的静水压力为23.5-16.1=7.4m?2?=74kPa。4.2.7.水力计算按照最不利点消防竖管和消火栓的流量分配要求，最不利消防竖管出水枪数为2 支，次不利消防竖管出水枪数为2 支。?0=?+?+?=200.6?1=?0+?+?=236.889?1 点的水枪射流量?1=?113?1=?2?1?+?2?1+2?1=?1-21?+?=23.6889-211.577+0.00172 25=5.66?进行消火栓给水系统水力计算，按照消火栓给水管网计算图以树状管路计算，配管水力计算成果见下表。管道总水头损失为?=1.1 91.193=100.31?消火栓给水系统所需总水压?应为?=?+?+?=10(16.4+2.5)+200.60+100.31=489.91?按消火栓灭火总用水量?=21.72?,选 ISG40-200 型消防泵2 台，1 用 1 备。由于该教学楼为5 层公共建筑，因此可以不用设置消防水泵接合器。4.2.8.消防贮水池消防贮水池按满足火灾延续时间内的室内消防用水量来计算，即?=15?2?36001000?=108?3计算管段设计秒流量q(L/s)管长L(m)管径（mm)流速（m/s）i（kPa/m）i?L(kPa)015.23.61000.60.08040.2891210.863.61001.250.31591.1372310.8616.51001.250.31595.2123421.72421002.511.26253.0044521.72251002.511.26231.55091.19314 消火栓给水管网计算用图4.3 排水管网水力计算4.3.1.排水设计秒流量计算本设计为教学楼，根据建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009 年版）4.4.5条，排水设计秒流量计算公式为：15?=0.12?+?式中?计算管段排水设计秒流量，L/s；?计算管段卫生器具排水当量总数；?计算管段上排水量最大的一个卫生器具的排水流量，L/s；?根据建筑物用途而定的系数。本设计取?=2.5 根据建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009 年版）4.4.4条，大便器排水当量的选取，4个蹲位时，?=7.50,4个蹲位时，?=9.00；小便槽（每米）排水当量为0.50；洗手盆?=0.30；污水池?=1.00。根据原始设计资料，可采取将男厕所的污水池底部与大便槽直接连通，洗手盆与小便池直接连通，再与大便槽直接连通。这样利用已有的条件，减少布置污水管道布置，从而降低的造价。4.3.2.排水横支管水力计算按上述公式计算排水设计秒流量，取?=2.5，卫生器具当量和排水流量按照建筑给水排水设计规范 GB50015-2003（2009 年版）4.4.4条选取，计算出各管段的设计秒流量后查表，确定管径和坡度（均采用标准坡度），计算结果见下表。4.3.3.排水立管水力计算立管接纳的排水当量总数为：WL1:?1=8.80 5=44.00WL2:?2=7.50 5=37.50WL3:?3=12.75 5=63.75WL4:?4=7.50 2=15.00管段编号排水总当量管段最大排水器具排水流量（L/s）设计秒流量（L/s）管径（mm)坡度128.802.503.391100.012347.502.503.321100.012562.750.830.91750.0157812.753.004.071600.0079107.502.503.321100.01211128.802.503.391100.01213142.750.830.91750.015151612.753.004.071600.01216 WL5:?5=8.80 2+12.75 3=55.85立管最下部管段排水设计秒流量根据公式?=0.12?+?有：?1=0.12 2.5 44+2.5=4.49?2=0.12 2.5 37.5+2.5=4.34?3=0.12 2.5 63.75+3=5.40?4=0.12 2.5 15+2.5=3.66?5=0.12 2.5 55.85+3=5.24?查表，排水立管1 号、2 号、3 号、5 号选用 DN160mm 管径的排水塑料管，排水立管4号选用 DN125mm 管径的排水塑料管。本设计为 5 层教学楼，因此不设置专用通气管，采用直接伸顶通气。4.3.4.立管底部和排出管计算WL1立管底部和排出管计算立管底部和排出管仍取DN160mm，查排水塑料管水力计算表得，管道坡度取0.007，充满度取 0.6，允许最大流量为12.80?4.49?，符合要求。WL2立管底部和排出管计算立管底部和排出管仍取DN160mm，查排水塑料管水力计算表得，管道坡度取0.007，充满度取 0.6，允许最大流量为12.80?4.49?，符合要求。WL3立管底部和排出管计算立管底部和排出管仍取DN160mm，查排水塑料管水力计算表得，管道坡度取0.007，充满度取 0.6，允许最大流量为12.80?4.49?，符合要求。WL4立管底部和排出管计算立管底部和排出管仍取DN125mm，查排水塑料管水力计算表得，管道坡度取0.010，充满度取 0.5，允许最大流量为5.88?3.66?，符合要求。WL5底部和排出管仍取DN160mm，查排水塑料管水力计算表得，管道坡度取0.007，充满度取 0.6，允许最大流量为12.80?4.49?，符合要求。4.3.5 化粪池容积计算化粪池有效容积由污水所占容积?1和污泥所占容积?2组成，容积计算公式如下：V=?1+?2=?24 1000+?(1-?)?(1-?)1000式中 N 化粪池服务总人数，本设计取1962 人；17?使用卫生器具人数占总人数的百分比，本设计取40%；?每人每日污水量，本设计取30L/(cap?d)；a每人每日污泥量，本设计取0.7 L/(cap?d)；t污水在化粪池内停留时间，本设计取24h；T污泥清掏周期，本设计取180d；b新鲜污泥含水率，本设计取95%；c污泥发酵浓缩后的含水率，本设计取90%；K污泥发酵后体积缩减系数，本设计取0.8；m清掏污泥后遗留的熟污泥量容积系数，本设计取1.2。代入数据得V1=23.54m3，V2=47.46m3,因此化粪池容积为71.00m3。应选用编号为3 号的化粪池。18 致谢在这次课程设计的撰写过程中，我要感谢我的老师黄忠群老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次课程设计的主要原因，更重要的是老师帮我找出了很多设计上出现的漏洞和错误并一一指正，让我能把设计做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力，对建筑给水排水工程这门课程有了新的认识。在学习中,黄老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，黄老师的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。并且这学期中得到了黄老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！19 参考文献1 建筑给排水设计规范GB50015-2003_(2009 版)2 建筑设计防火规范GB50016-2014 3 消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014 4 建筑给水排水制图标准GBT50106-2010 5 王增长.建筑给水排水工程.北京：中国建筑工业出版社，2010 6 颜锦文.水泵及水泵站.北京：机械工业出版社，2006 7 刘文镔.建筑给水排水工程.北京：中国建筑工业出版社，2012 8 游映玖.建筑给水排水工程设计.北京：机械工业出版社，2009 9 中国建筑设计研究院.建筑给水排水设计手册(上册).北京：中国建筑工业出版社，2008 10 谢水波.建筑给水排水与消防工程.长沙：湖南大学出版社，2003 11 李亚峰.建筑消防技术与设计.北京：化学工业出版社，2005 12 中国市政工程西南设计研究院.给水排水设计手册(第 1 册)一常用资料，北京：中国建筑工业出版社，2000