办公楼消火栓给水系统毕业设计.doc

摘 要
本次课程设计根据国家的相关法规、标准、规范以及建筑的实际情况。首先对建筑的防火分区进行了划分。又根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045--2005）的有关规定，对济南某办公楼房中心进行了室内消火栓计算与设计。根据消火栓系统的设计程序，通过对消火栓及水利管网的计算选定符合要求的消火栓、水带、水枪、消防水泵、水泵接合器、消防水枪及消防水池等。并对消防给水管网进行布置。通过结合低投入高输出、提供最大安全保护的设计理念进行设计，最终达到设计要求。
关键词：防火分区；水头损失；扬程；水泵

目 录
引言 1
1．工程概况 2
1.1建筑概况 2
1.2自然条件 2
2．防火分区的划分 3
3.消火栓给水系统的设计计算 5
3.1确定消火栓、水带、水枪的型号 5
3.2消火栓的充实水柱以及水枪喷嘴压力 5
3.3 室内消火栓的保护半径 7
3.4 室内消火栓的布置间距 7
3.5消火栓系统消防用水量的确定 8
3.6室内消火栓管路系统设计计算 8
3.6.1最不利点消火栓栓口压力 8
3.6.2消火栓管径的选择 9
3.6.3消火栓系统管路损失及局部水头损失计算 11
3.7消防水泵计算 14
3.8水泵接合器的选择 14
4消防水箱、水池 和气压罐的设置 16
4.1消防水箱的选择 16
4.2消防水池的设计 16
总结 18
参考文献 19

引言
城市是人类活动的区域，城市的发展使人们不仅呼唤天蓝、地绿、路畅、水清，同时对平安稳定的需要越来越强烈，要求越来越高，这是人与自然和谐共处的生态环境。为了满足人们居住、购物、休闲、娱乐的需要，城市高层建筑急剧增多，使自然环境变异加剧，给消防安全管理提出了新的课题。高层建筑具有主体建筑高、层数多，功能复杂、人员密集，可燃物多、火灾荷载大等特点，一旦发生火灾，蔓延快，火灾扑救和人员疏散难度大，极易造成群死群伤火灾事故和重大经济损失，政治影响大。国内外高层建筑火灾举不胜举，所以高层建筑火灾预防工作必须引起高度重视。
采用消火栓灭火是最常用的灭火方式，它由蓄水池、加压送水装置（水泵）及室内消火栓等主要设备构成，这些设备的电气控制包括水池的水位控制、消防用水和加压水泵的启动。水位控制应能显示出水位的变化情况和高、低水位报警及控制水泵的开停。室内消火栓系统由水枪、水龙带、消火栓、消防管道等组成。为保证喷水枪在灭火时具有足够的水压，需要采用加压设备。常用的加压设备有两种：消防水泵和气压给水装置。采用消防水泵时，在每个消火栓内设置消防按纽，灭火时用小锤击碎按纽上的玻璃小窗，按纽不受压而复位，从而通过控制电路启动消防水泵，水压增高，灭火水管有水，用水枪喷水灭火。采用气压给水装置时，由于采用了气压水罐，并以气水分离器来保证供水压力，所以水泵功率较小，可采用电接点压力表，通过测量供水压力来控制水泵的启动。
室内消火栓灭火系统是实现减少火灾损失和人员伤亡的一项成熟的技术，与其他系统相比，该系统造价低、维护管理简单，设置在需要该系统保护的建筑中，日夜坚守，永不疲倦，发挥着人工无法替代的作用。消火栓灭火系统的广泛应用，这也将为保护人身和财产安全发挥更大的作用。

1．工程概况
1.1建筑概况
该建筑是济南xx办公楼房，建筑总高度30.5m，共9层，建筑总面积为6067.8m2 ,建筑工程等级为一级，耐火等级为二级，建筑内部设有会议室、接待室、办公室、活动室等房间。根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045--2005）[1]的有关规定，将该建筑划为二类民用公共类建筑。
1.2自然条件
山东省济南市地处于北纬36°40'，东经117°00'，南依“天下第一山”——泰山，北跨“母亲河”——黄河。属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，日照充分，年平均气温14摄氏度，年平均降雨量650到700毫米。

2．防火分区的划分
根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045--2005）[1]第3.0.1条可知本建筑为二类建筑。
根据《高层民用建筑设计防火规范》第5.1.1规定：按民用建筑的使用性质、火灾危险性等进行分类。并应符合下表的规定：
表2.1 建筑分类
耐火等级
最多允许层数
防火分区的最大允许建筑面积（m2）
备注
一、二级
按本规范第 1.0.2 条规定
2500
1. 体育馆、剧院的观众厅，展览建筑的展厅，其防火分区最大允许建筑面积可适当放宽。
2. 托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所不应超过 3 层或设置在四层及四层以上楼层或地下、半地下建筑（室）内。
三级
5 层
1200
1. 托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所、老年人建筑和医院、疗养院的住院部分不应超过 2 层或设置在三层及三层以上楼层或地下、半地下建筑（室）内。
2. 商店、学校、电影院、剧院、礼堂、食堂、菜市场不应超过 2 层或设置在三层及三层以上楼层。
四级
2 层
600
学校、食堂、菜市场、托儿所、幼儿园、老年人建筑、医院等不应设置在二层。
地下、半地下建筑（室）
500
－
根据该建筑的具体性质和表2.1确定，该建筑耐火等级为二级。
高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过表2.1的规定。
表 2.2 每个防火分区允许的最大建筑面积
建筑类别
每个防火分区建筑面积（m2）
一类建筑
1000
二类建筑
1500
地下室
500

根据表2.1规定，以及《高规》[1]第5.1.3条的规定：“5.1.4 高层建筑内设有上下层相连通的走廊、敞开楼梯、自动扶梯、传送带等开口部位时，应按上下连通层作为一个防火分区，其允许最大建筑面积之和不应超过本规范第5.1.1条的规定。因此，可做如表2.2的划分。
表2.2 防火分区划分
防火分区编号
位置
防火分区面积A（）
FC1
楼梯间1（一到九楼）
116.28
FC2
楼梯间2（一到九楼）
155.04
FC3
电梯（一到九楼）
80.05
FC4
其余部分（一楼）
729
FC5
其余部分（二楼）
729
FC6
其余部分（三楼）
729
FC7
其余部分（四楼）
729
FC8
其余部分（五楼）
729
FC9
其余部分（六楼）
729
FC10
其余部分（七楼）
729
FC11
其余部分（八楼）
729
FC12
其余部分（九楼）
729

3.消火栓给水系统的设计计算
3.1确定消火栓、水带、水枪的型号
室内消火栓目前多配套直径为65mm和50mm的胶里水带，每消火栓一般配备一条水带，水带两头为内扣式标准接头，每条水带的长度一般为20m，最长不应该大于25m。水带一头与消火栓出口相连接，令一端与水枪相连接，根据此高层写字楼的具体情况和使用性质，箱内配备DN65mm的单出口消火栓，直径为65mm的麻质水带（每盘水带长为20m），口径19mm的手提式直流水枪。
3.2消火栓的充实水柱以及水枪喷嘴压力
水枪充实水柱长度的计算：
（3.1）
式中：为水枪充实水柱（m）；为室内最高点离地面高度（m）；为水枪喷嘴离地面高度（m）一般取1m。
得到
根据《高层民用建筑设计防火规范》第7.4.6条规定，该建筑室内消火栓的水枪充实水柱的长度不应小于10m，所以确定水枪的充实水柱的长度为10m。所以取10m。
水枪喷嘴压力的确定：
（3.2）
式中：为水枪充实水柱（m）；为水枪喷嘴处压力（MPa）；为系数且取0.0135，与喷嘴直径和喷嘴压力有关。
得到MPa

表3.1 系数
充实水柱/m
系数
水枪喷嘴口径13mm
水枪喷嘴口径16mm
水枪喷嘴口径19mm
水枪喷嘴口径22mm
水枪喷嘴口径25mm
7
10
13
15
20
0.0133
0.0150
0.0185
0.0220
0.0491
0.0132
0.0140
0.0169
0.0193
0.0350
0.0128
0.0135
0.0158
0.0180
0.0295
0.0122
0.0155
0.0138
0.0170
0.0260
0.0121
0.0135
0.0146
0.0163
0.0195
每支水枪流量的确定：
（3.3）
式中：为水枪喷嘴处压力（MPa）；为水枪流量（L/s）；为水枪喷嘴流量系数，与喷嘴直径有关。
通过计算可以得到：
L/s
表3.2水枪喷嘴流量系数
喷嘴口径/mm
13
16
19
22

3.46
7.93
157.7
283.6
根据《高层民用建筑设计防火规范》规定，该写字楼内每只水枪的最小流量不能小于5L/s，所以通过比较确定每只水枪的设计流量=5L/s。
反算得出水枪设计喷嘴压力：

设计充实水柱： m
所以该水枪充实水柱为11.78m；水枪设计流量为；设计喷嘴压力为。

3.3 室内消火栓的保护半径
水枪充实水柱在平面上的投影长度：
（3.4）
式中，为水枪充实水柱在平面上的投影长度(m)；为水枪充实水柱的长度(m)；为水枪上倾角，一般为。 m
室内消火栓的保护半径：
（3.5）
式中，为室内消火栓的保护半径(m)；为水带铺设长度，(m) (水带铺设长度一般取水带实际长度的（80%—90%)；为水枪充实水柱在平面上的投影长度(m)。
通过上式可以计算出本建筑消火栓的保护半径为：
m
根据建筑本身实际情况以及同时考虑到本建筑的尺寸，布置消火栓。详细设计见图纸。
3.4 室内消火栓的布置间距
消火栓的布置间距：
（3.6）
式中，为消火栓的布置间距(m)；为室内消火栓的保护半径(m)；为室内消火栓的最大保护宽度(m)。
根据上式可以得出本建筑消火栓的布置间距为：
m
根据《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045—2005 第7.4条规定，布置间距最大为30m，所以根据计算我们可以得到本建筑内两个消火栓最大的布置间距为24.20m。
根据室内消火栓的布置原则，并结合本建筑的平面图，确定消防竖管的根数为5根，具体位置见消火栓系统图。
3.5消火栓系统消防用水量的确定
室内消火栓给水系统用水量按公式计算:
（3.7）
式中，为室内消火栓用水量（L/s）；为同时使用的水枪数（只）；每支水枪的设计流量（L/s）
根据《高层民用建筑设计防火规范》7.2.2规定，室内消火栓的用水量应满足表4.3，因此该建筑发生火灾时需要4只水枪同时开启。所以N取4。则：
L/s
由于该设计的建筑物属于综合商业楼并且每层建筑面积不超过1000m2故选室内消火栓用水量为25 L/s，每根竖管最小流量为15 L/s, 每支水枪最小流量为5 L/s。根据《高层民用建筑设计防火规范》规定，该写字楼室内的高区消火栓用水量为20 L/s，同时使用4支水枪，所以该水枪的分配为：最不利管2支，次不利管2支。
3.6室内消火栓管路系统设计计算
3.6.1最不利点消火栓栓口压力
水带的水头损失可按公式确定：
（3.8）
式中，为水带的水头损失（MPa）；为水带（长20m）的阻抗系数；为水带所通过的实际流量（L/s）。
表3.3 每条水带的阻抗系数
水带
S值
水带直径50mm
水带直径65mm
水带直径75mm
水带直径90mm
麻质水带
0.0030
0.00086
0．00030
0.00016
胶里水带
0.0015
0.00035
0.00015
0.00008

故MPa
最不利点压力根据公式确定：
（3.9）
式中，为水带的水头损失（MPa）；为最不利点压力（MPa）；为水枪喷嘴处压力（MPa）。
每条水带的水头损失：

式中，为水带通过的实际流量（L/s）；为每条水带的阻抗系数。
由公式可得：
MPa
故MPa
3.6.2消火栓管径的选择
根据消防给水管网系统图，判断了两个管段为最不利计算管路。通过计算比较选择了1-2-3-4为最不利点。见图（3.1）。

图3. 1最不利管路

(1).给水管网管径
由流量公式：
（3.10）
式中，为流量(L/s)；为管径()；为流速(m/s)。
得到，进行流量分配，最不利点消防竖管和消火栓最小流量分配符合要求。
(2).消防竖管管径
结合本建筑的消火栓布置，最不利消防竖管为1，相邻消防竖管为2，根据《高层民用建筑设计防火规范》7.2.2规定本建筑的室内消火栓用水量为30L/s，每根消防竖管的流量分别为10L/s。并根据消防管内水流速度不允许超过2.5m/s，所以取流速 =2.5m/s。
计算管径得：
mm
mm
根据《高层民用建筑设计防火规范》7.2.2规定，消防竖管的布置，应保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位。每根消防竖管的直径不应小于100。所以消防竖管1、2的管径确定为100mm。
校核流速：

，符合要求。
(3).消防进水管、水平干管管径
室内消火栓给水系统的消防进水管、水平干管的流量应为室内消火栓的用水量，所以 =30L/s，同样设流速=2.5m/s。
mm

消防进水管、水平干管的管径初步确定为150mm。
校核流速：
，符合要求。
3.6.3消火栓系统管路损失及局部水头损失计算
根据本建筑的消火栓布置，最不利点为竖管1所连接的顶层的消火栓，其中局部水头损失按沿程水头损失的20%计算。
管道的沿程水头损失按下式计算：
（4.11）
式中，为管道沿程水头损失()；为管道单位长度的水头损失(KPa/m)；为计算管段长度(m)。
则最不利管路的水头损失按下式计算：
(4.12)
其中的i按下面的方法计算：
当 <1.2m/s时：
（4.13）
当 >1.2m/s时：
（4.14）
式中，为管道单位长度的水头损失(KPa/m)；为水流平均流速(m/s)；为管道的计算内径()。
具体水力计算如下：
第一点消火栓栓口压力和流量分别等于最不利点消火栓口处所需的水压和流量，即：
KPa，L/s。
管段1~2：
Σ1~2：=3.4m，1~2=5L/s，选择DN80mm

m/s<1.2m/s
KPa/m
KPa
第2点消火栓栓口压力：

=34+180.5+0.177=214.677KPa
由 可得
L/s
管段2~3：
：=3.4m，L/s，选择DN80mm
m/s>1.2m/s
KPa/m
KPa
第3点消火栓栓口压力：

=34+214.677+1.185=249.86 KPa
由 可得
L/s
管段3~7：
=37.3m，==16.18L/s，选择DN80mm
m/s

KPa/m
KPa
对于此写字楼我们近视认为同一楼层的消火栓都相等，所以1、2的流量近似3、4的流量所以有7到泵为2倍的流量。
管段7~泵：
=65.582m，==32.36L/s，选择DN80mm
m/s

KPa
室内消火栓给水系统管道的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。管道局部损失按沿程水头损失的百分数进行估计。独立消火栓给水管网为沿程水头损失的20﹪。所以最不利管路的总水头损失为：

=++＋
=0.177+1.185+32.63＋33.789=67.78KPa
故沿程总损失为67.78KPa，局部水头损失按沿程水头损失20%计算为13.556KPa.
3.7消防水泵计算
消防水泵的扬程计算：
（4.15）
式中，为建筑室内消火栓给水系统所需的总压力（m）；为最不利消火栓栓口与室外消防进水管网起点间的静水压差（KPa）；为最不利点消火栓栓口处所需的水压（KPa）；为计算管路的水头损失（KPa）。
m
消防水泵的流量（即：室内消火栓实际用水量）：=32.36L/s
根据以上两个参数查表得：通过比较消防水泵，我们学习到常用的消防水泵有6种型号，如表4.6所示。
因此通过就算比较对于天津高层写字楼我们所选用的是XBD7.6/45-100(125) 型号的消防水泵，查表知道本水泵流量为= 45L/s,扬程为= 0.76MPa ，转数为= 2900r/min,功率为=55kw，效率为=80%
表3.4消防水泵型号选择表
型号

流量
(L/s)
出口压力
（MPa）
转速
(r/min)
效率
(%)
功率
(kw)
XBD7.6/45-100(125)
45
0.76
2900
80
55

3.8水泵接合器的选择
由于当消防水泵流量大于20L/s时q取值为15L/s，而当消防水泵流量小于20时取值为10L/s，由于本设计算出消防水泵流量为=32.36L/s，因此可以得出水泵接合器的数量为：
（4.16）

所以本系统中选用3个地上式SQX-150水泵接合器。

4消防水箱、水池 和气压罐的设置
4.1消防水箱的选择
根据《高层民用建筑设计防火规范》中的规定，高位消防水箱的消防储水量，一类公共建筑不应小于18m3；二类公共建筑和一类居住建筑不应小于12m3；二类居住建筑不应小于6.00 m3。消防水箱应储存扑救建筑物初期10min火灾的室内消防用水量。
消防水箱容积为：
（4.1）
式中，为消防储备水容积（m3）；为室内消防用水总量（L/s）；为水箱保证供水的消防时间(min)。一般取10min。
对于本建筑消防水箱储备水容积为：
m3
根据《高层民用建筑设计防火规范》规定，高层建筑消防水箱储水量，二类公共建筑不应小于12 m3，本建筑属于二类建筑，所以屋顶消火栓选取不锈钢水箱，规格尺寸为长宽高分别为3.0m×3.0m×3.0m,有效容积应为27 m3，此时满足本建筑消防水箱用量。
4.2消防水池的设计
根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045--2005）一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库，重要的档案楼、科研楼和高级旅馆的火灾延续时间应按3.00h计算，其它高层建筑可按2.00h计算。所以此按两小时进行计算。
消防水池的有效容积根据公式确定：
（4.2）
式中，为消防水池有效容积（）；为所负担的某类灭火系统用水量（L/s）；火灾延续时间（h）。
故=3.6×32.36×2=232.99m3
所以选择消防水池的容积不应小于233m3因此我们可以设计一个水箱为长
宽高分别为9m×9m×3m的总体积为243m³的水箱。
根据《高层民用建筑设计防火规范》第7.3.3条规定，消防水池内的水一经动用，应尽快补充，以供在短时间内可能发生第二次火灾时使用。

总结
这次课设中的计算的难点在于管路的水力计算以及管路的系统布置等方面。上学期期末我们的任课老师对我们进行了这方面的考核。所以这次课设我们有了一定的基础。但是开始对具体的设计程序以及设计方法更是不很了解，所以经过我们的摸索我们成功的完成了本次课设的内容。通过这次课设我真真正正认识到了这门课在实际工作中的重要性。在课设过程中，通过查阅资料和文献，也是提高了自己的能力。
最后，感谢老师在课设过程中对我的指导和帮助，使我能够较为圆满的完成此次课设任务。

参考文献
[1] GB 50045-95. 高层民用建筑设计防火规范. 北京: 中国计划出版社. 2005
[2] 景绒编著. 建筑消防给水工程. 北京: 中国人民公安大学出版社. 2004
[3] GB 50015-2003. 建筑给水排水设计规范, 北京: 中国计划出版社. 2003
[4] 王增长编. 建筑给水排水工程. 北京: 高等教育出版社. 2005
[5]GB/T 50106-2001. 给水排水制图标准. 北京: 中国计划出版社. 2002

完稿日期：2012年11月30日