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情境2 建筑室内消火栓给水工程设计安装

学 习 案 例

１.设计任务
本工程为重庆某饭店建水工程一幢21层的综合性服务大楼，总占地面积3710m2，建筑面积25290平方米，建筑总高度为93.3米，建筑高度为77.5米，地上21层，地下2层。
各层功能如下：
- 2层为设备层；
-1层为车库（停车位44个）；
1，2层为商场（商场面积2865m2）；
3层为会议及餐厅；
4～21（19）层为客房；
21（19）层为观景茶楼；
21（19）层以上分别是电梯机房，水加热机房和水箱间。
要求完成该建筑的室内消火栓工程设计。
2.建筑设计资料
建筑所在地总平面图，建筑物分层平面图，立面图、剖面图以及卫生间大样。根据建筑物性质，用途及建设单位要求，室内需设置完善的给排水卫生设备及集中热水供应系统，要求全天24小时供应热水。该大楼要求消防给水安全可靠，设置独立的消火栓系统及自动喷水灭火系统，每个消火栓内设按钮，消防时能直接启动消防泵。生活水泵要求能自动启停。管道全部暗敷。-2层为设备用房；-1层为洗衣房、车库（停车位44个）；1～3层有公共卫生间（内设蹲便器6个、洗脸盆2个、小便斗4个）；4～18层为普通客房，共有床位450张。每套客房内均带有卫生间，内设浴盆、洗脸盆、坐式大便器各1个。
公共服务用房为厨房、餐厅、多功能房、商场、会议室等。其中3层餐厅及雅间，15层为茶楼，大楼工作人员：-2 F：共24人，-1 F：共8人，1 F：共80人，2 F：共80人，3 F：共80人，转换层：共6人，4～18 F：每层6人，19 F：共35人，19 F以上电梯机房、水加热间、屋顶水箱间每层考虑3人。室内最冷月平均气温为7℃。
3.消火栓系统
3.1室外消火栓系统
根据《高层民用建筑设计防火规范》规定：本建筑为一类高层建筑，耐火等级为一级，室外消火栓用水量为30L/s。考虑在室外给水环网上设置3个室外消火栓（地上式），每个消火栓的用水量为10～15L/s。
3.2室内消火栓系统
根据规范规定：本建筑室内消火栓的用水量为40L/s，充实水柱取12m，水枪喷嘴流量为5.2L/s，最不利情况为同一根立管上同时出水三股水柱，消防立管的管径为DN100。
3. 2.1 方案优选
① 水泵并联给水（如图2-1）
优点：高、低区系统分开设置，互不干扰，安全性高；管网布置简单；水泵统一放置在水泵房，维护管理方便；
缺点：设备数量较多，管材消耗较大，投资较高
②水泵串联给水（如图2-2）
优点：设备费用低；
缺点：设备分散，管理不便，安全性降低。

图2-1 水泵并联给水 图2-2 水泵串联给水
③分区减压给水
优点：设备集中便于管理，占地少，投资省，不设水箱可少占空间，增加营
业收入。
缺点：减压阀容易损坏，供水安全性较差。
④多级多出口泵供水
优点：设备集中便于管理，占地少，不设水箱可少占空间，增加营业收入，供水安全可靠，可根据需要的水压供水
缺点：设备费用增加，供电负荷增加。

图2-3 分区减压给水 图2-4 多级多出口供水
综上：根据上述比较以及本建筑的实际情况，不选用有中间水箱的供水方式，而充分利用其转换层，采用分区减压给水方式供水，尽量不采用多级多出口供水方式供水，以节省投资。即采用减压阀供水方式。
3.2.2 分区方式及系统组成
⑴ 分区方式
根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定：当消火栓处的静水压力大于80mh20时应采取分区给水。火灾时，前十分钟由高位水箱供水,十分钟后由高压消防泵向管网系统供水灭火。为了灭火时便于操作水枪，在主立管下部动水压力超过0.5MPa的消火栓处设置减压装置。由于本建筑结构3层及其以下与4层以上结构不同，初分为两个区，简算如下，19层消火栓到泵房地面高差为69.6+1.1－（－7.8）＝78.5m，水箱间楼板到泵房消火栓的高差为81+7.8－1.1＝87.7m>80m，因此分两个区合理，分区如下：
①－2F～3F为低区，由高区经过减压供水；
②4F～19F为高区，由消防主泵直接供水。
⑵室内消火栓系统的组成包括：水枪、水带、消火栓、消防管道和水源，此外，还包括高区所需的消防水池、消防水泵和高位消防水箱。
3.2.3 加压设备及构筑物
消防加压泵采用两台消防泵，型号为XBD45－120－TB，一用一备，泵的参数为：Q＝45L/s，H＝120m；配套电机型号为Y2280M－2，功率90 KW。地下消防水池有效容积为832.8m3，屋顶消防水箱有效容积为18m3。消火栓布置在明显，经常有人出入，而且使用方便的地方，其间距不大于消火栓保护半径24.5m。为了定期检查室内消火栓给水系统的供水能力，在转换层、屋顶分设试验消火栓。室内消火栓箱内设远距离启动消防泵的按钮，，以便在使用消火栓灭火的同时，启动消防泵。，由于水箱高度满足19层最不利于消火栓所需水压静压0.07Mpa，则不需设增压设备。室外设6个水泵接合器，三个供高区，三个供低区，以便消防车向室内消防管网供水。在室外设有消防车取水口。
4.消防管道及设备安装要求
4.1 消火栓的安装
（1）消火栓给水管的安装与生活给水管基本相同
（2）热浸镀锌钢管，连接采用光沟槽式机械接头
（3）消防立管采用DN100mm，消火栓口径为65mm。水枪喷嘴口径为190mm，水龙带为麻质，直径65mm，长度25m。
（4）为便各层消火栓出水流量接近设计值，各层均设置减压孔板
消火栓给水系统减压孔板一览表
楼层
4
5
6
7
8
9
10
11
12
减压板孔径
17
18
18
18
19
19
19
20
20
4.2 加压设备
消防加压泵采用两台消防泵，型号为100DL-6，一用一备，泵的参数为：Q＝27.80L/s ，H＝120m；配套电机型号为Y2280M－2，功率90 KW。
5.消火栓给水系统
5.1消火栓栓口所需压力计算
查《建筑给排水设计手册》，选用DN65的消火栓，喷口直径d=19mm，水龙带长度Ld=20m，充实水柱长度Hm=12m，喷口系数B=1.577，ф=0.0097，实验系数αf=1.21，麻织水龙带Az=0.0043
①消火栓保护半径Rf＝Ld+Ls＝0.8×20+12×cos45°＝24.5m
②查手册可知水枪实际喷射流量qxh=5.2L/s>5L/s，故消防流量采用5.2L/s。
③水枪喷嘴压力
Hq=αf× Hm×10/(1-ф×αf× Hm)=1.21×12×10/(1-0.0097×1.21×12)=169Kp＝16.9m
④水龙带的沿程水头损失：
hd=Az×Ld×qxh2=0.0043×20× 5.22=2.33 mH2O
⑤消火栓栓口处所需水压：
Hxh= hd+ Hq+ Hk=2.33+16.90+2=21.23 mH2O
式中Hk：消火栓栓口水头损失，取2 mH2O。
5.2消防系统计算
计算管段
设计秒流量L/s
管径DN(mm)
流速m/s
坡降1000i
管长m
沿程水损mh20
1～2
5.20
100
0.60
7.29
3.6
0.026
2～3
10.85
100
1.25
28.40
3.6
0.102
3～4
16.93
100
1.96
64.73
49.4
3.200
4～5
16.93
150
0.90
9.71
5.5
0.054
5～6
33.86
150
1.79
35.02
13.8
0.483
6～7
44.71
150
2.37
58.55
11.1
0.648
7～8
44.71
150
2.37
58.55
4.9
0.285
8～9
44.71
150
2.37
58.55
43.7
2.556
说明：按照最不利点消火栓的流量分配要求，最不利消防立管为下图中1～3立管，其上出水水枪为3支，相邻消防立管上出水枪为3支，第三根立管考虑2只水枪。
① 1点的水枪流量为5.2L/s
Hxh1= hd+ Hq+ Hk=2.33+16.9+2=21.23 mH2O
Hxh2= Hxh1+ △H（1，2点消火栓间距）+h(1～2管段水头损失)=21.33+3.6+0.03=24.96 mH2O
② 2点的水枪流量为：
qxh2=
Hxh2= Hq2+ hd+2= qxh12/B+ A×Ld×qxh12+2= qxh12（1/B+ A×Ld）+2
qxh2＝＝＝5.65L/s
Hxh3= Hxh2+△H+h=24.96+3.6+IL=25.03+3.6+0.10=28.66 mH2O
③ 3点的水枪流量为：
qxh3=＝＝6.08 L/s
④ 4点到消防水泵的总沿程水头损失为：4.026mh20，消防管道最不利点到消防
水泵的总沿程水头损失∑h为：7.355 mh20,管路总水头损失为Hw=1.2×∑h=1.2×7.355=8.826m

消防系统计算草图
5.3消防增压和贮水设备
⑴消防高位水箱
　消防水箱的容积按10min的室内消防用水量计算V=Qxh×Tx×60/1000式中：Qxh—室内消防用水量，(L/s)；Tx—消防用水时间（min）
①自动喷水系统计算流量Qs=(1.15～1.3)QL=1.3×6×160/60=20.8L/s
②消火栓室内消防用水量Q=40L/s
则：V=Qxh×Tx×60/1000＝（40+20.8）×10×60/1000=36.48m3>18m3 　　按《高层民用建筑设计防火规范》，消防水箱的容积取为18m3,水箱尺寸为：3.0×4.0×1.8=18m3,其中0.3m为超高,水箱支墩0.3m
⑵消防水池
　①由《高层民用建筑设计防火规范》，对于大于50m的高级宾馆，消火栓用
水量为：室外30L/s,室内40L/s;消火栓灭火时间考虑为3h
　②由《自动喷水灭火设计规范》，对于中危险Ι级：喷水强度6L/min×m2
作用面积为160m2,而自动喷水系统设计水量为Qs=(1.15～1.3)QL，其中Qs为系统设计流量（L/s）, QL为喷水强度与作用面积乘积（L/s）,Qs=(1.15～1.3)QL=1.3×6×160/60=20.8L/s;自动喷水灭火时间考虑为1h;
③消防水池容积V=(30+40) ×3×3600/1000+20.8×3600/1000=830.88m3
④水池长23.15-0.3=22.85m., 0.3为隔墙厚度,宽12.4m；水池水面的高度为832.8/(22.85×12.4×3)=2.94;考虑0.3的超高则水池高为3.24,取3.3m.即
　消防水池为：23.15m×12.4m×3.3m
⑶ 消防水泵
①消防水泵流量为：Qx=44.71L/s
②消防扬程 Hb= Hz+∑h+ Hxh
式中Hb：水泵扬程
Hz：立管上最高的消火栓栓口与贮水池最低水位标高差
∑h：消防泵吸水管到实验消火栓的总水头损失
Hxh：消火栓栓口处所需水压，21.23 mH2O
Hz=69.6+1.1-（-7.8+0.2）=78.3 mH2O
则水泵扬程为
Hb= Hz+∑h+ Hxh=69.6+1.1+8.83+21.33+2=110.66mH2O
③按消火栓灭火总用水量 选得流量-扬程曲线平坦的消防泵为：XBD45-120-TB型2台，一用一备，各项参数为：Qb=45L/s，Hb=120 mH2O，电机功率N=90KW。
⑷根据室内消防用水量，应设置六套水泵结合器,高区三套，低区三套。
5.4 减压孔板的设计计算
为了使各层消火栓出流量接近设计值，防止消火栓在大压力下流量过大致使消防水量快速用完，需在下面几层消火栓栓口前装设减压孔板，以降低消火栓处压力，保证各层消火栓正常使用。各层消火栓处剩余水头H0：H0＝Hb-( Z+∑h+ Hxh)，根据规范要求，消火栓栓口压力≯50 mH2O。
标高差及水头损失计算表
楼层
最低水位
标高
标高差
泵到4点水损
4点到各层消火栓长度
坡降1000i
4点到各层消火栓水损
沿程水损
总水损∑h
4
-7.6
16.7
24.3
4.03
2.64
64.73
0.17
4.2
4.62
5
-7.6
20.3
27.9
4.03
6.24
64.73
0.4
4.43
4.88
6
-7.6
23.9
31.5
4.03
9.84
64.73
0.64
4.67
5.13
7
-7.6
27.5
35.1
4.03
13.44
64.73
0.87
4.9
5.39
8
-7.6
31.1
38.7
4.03
17.04
64.73
1.1
5.13
5.65
9
-7.6
34.7
42.3
4.03
20.64
64.73
1.34
5.37
5.9
10
-7.6
38.3
45.9
4.03
24.24
64.73
1.57
5.6
6.16
11
-7.6
41.9
49.5
4.03
27.84
64.73
1.8
5.83
6.42
12
-7.6
45.5
53.1
4.03
31.44
64.73
2.04
6.07
6.67
13
-7.6
49.1
56.7
4.03
35.04
64.73
2.27
6.3
6.93
14
-7.6
52.7
60.3
4.03
38.64
64.73
2.5
6.53
7.18

减压孔板计算表
楼层
Z
∑h
Hxh
Z+∑h+Hxh
Hb
H0
栓口实际水压
H'
孔径
4
24.5
4.62
21.33
50.45
110.66
60.21
81.54
33.04
17
5
28.1
4.88
21.33
54.31
110.66
56.35
77.68
30.92
18
6
31.7
5.13
21.33
58.16
110.66
52.5
73.83
28.80
18
7
35.3
5.39
21.33
62.02
110.66
48.64
69.97
26.69
18
8
38.9
5.65
21.33
65.88
110.66
44.78
66.11
24.57
19
9
42.5
5.9
21.33
69.73
110.66
40.93
62.26
22.46
19
10
46.1
6.16
21.33
73.59
110.66
37.07
58.40
20.34
19
11
49.7
6.42
21.33
77.45
110.66
33.21
54.54
18.22
20
12
53.3
6.67
21.33
81.3
110.66
29.36
50.69
16.11
20
13
56.9
6.93
21.33
85.16
110.66
25.5
46.83

14
60.5
7.18
21.33
89.01
110.66
21.65
42.98

注：H′＝，其中v＝＝1.35m/s，则H′＝
5.5消防立管管径校核
每根消防立管应保证同时有三股水柱作用，消防立管通过流量Q=16.93L/s，消防立管管径取DN=100，相应流速v=1.96m/s<2.5m/s的允许流速，符合规范。
消防水箱的出水口标高为81+0.6+0.2＝81.8m，最不利消火栓的标高为69.6+1.1＝70.7m，消防水箱供给最不利消火栓的静压81.8-70.7＝11.1m>7m,满足要求
5.6减压阀计算
5.6.1阀后压力计算
①最不利消火栓到干管水头损失
Q=16.93L/s管径DN100，查表1000i＝64.73，v＝1.96m/s，管长L＝5.4m，
水头损失1.2×64.73×5.4/1000＝0.420m，
②干管到减压阀水损
Q=44.71L/s管径DN150，查表1000i＝58.55，v＝2.63m/s，管长l＝58m，水头损失1.2×58.55×58/1000＝4.075m
③阀后压力为（4.075+0.420）+2+19.33－(13.5+0.2-9-1.1)＝22.225m
低区消火栓最低层所承受的压力为（不考虑立管水损时）19.33+2+9+1.1+7.8-1.1＝38.13m,不考虑设减压孔板
5.6.2阀前压力计算
① 由高区水力计算可知9～7的沿程水损为2.556+0.285＝2.841m，
② 7到减压阀的水损Q=44.71L/s管径DN150，查表1000i＝58.5，v
＝2.63m/s，管长l＝4.6m，损失1.2×58.55×4.6/1000＝0.323m
③阀前压力为120－2.841×1.2－0.323－（13.5+0.2+7.8）－2＝92.77m
5.6.3减压阀选择
考虑阀前压力为92.77，阀后压力为22.225，选用3：1比例式减压阀3：1
校核水箱出水管位置与减压阀的高差81+0.5-（13.5+0.2）＝67.8