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建排设计计算书

17
2020年4月19日
文档仅供参考
五层教学楼给水排水工程设计

一、设计任务书
1、设计题目
某所教学楼建筑给水排水工程设计
2、设计任务与内容
1、建筑内部给水系统设计；
2、建筑内部排水系统设计；
3、建筑内部消防系统设计；
4、雨水排水系统设计；
3 、基本要求
学生应在教师指导下，按时独立完成所规定的内容和工作量，同时必须满足以下几项要求：
1、根据所学知识及所给有关资料，拟定合理的设计方案。
2、课程设计说明书，应包括目录、前言、正文、小结及参考文献等。正文内容包括设计的主要原始资料、各系统的设备选型分析，说明，参数选择，工艺设计计算与有关计算简图等，要求内容系统完整，计算正确，论述简洁明了，文理通顺，书写工整，装订整齐。
3、课程设计图纸应能较准确地表示设计意图，图面力求布局合理、紧凑、正确清晰，符合制图标准，专业规范及有关规定，用工程字注文。
4、设计资料
1．该建筑位于华北地区，教学楼共五层，层高4m，占地1274.4 m2，建筑面积6372m2,建筑总高度为21.200m,屋顶水箱间层高为4.000m。地面和室外地面高差0.400m。最多同时使用人数为2800余人。
男女卫生间各一间。男厕设蹲式大便器4个，自动冲洗小便器4个，洗手盆2个，污水盆1个。女厕设蹲式大便器4个，洗手盆2个，污水盆1个。开水间一个,首层地面标高为±0.000，室外地面标高为-0.400。
2．城市给水管网管径300mm，管顶埋深1.2m，城市可靠供水压力 220KPa。位于建筑南侧，距外墙80m。
3．城市排水管网管径400mm，管底埋深 2.5 m。位于建筑西侧，距外墙80m。
4. 冰冻线深度0.50m。地下水埋深30m。

二、设计计算过程
（一）建筑内部给水系统设计计算
1. 给水系统所需压力估算
计算层数=4×5/3≈7，Pa，所提供的最低水压为220kPa，考虑采用设水箱的给水方式。
2. 用水量计算
查《建筑给水排水设计规范》，该建筑为某高等学校教学楼，用水定额40-50L/(人d)，使用时数为8-9小时，小时变化系数=1.5-1.2。本设计取45 L/(人d)，使用时数取9小时，最多同时使用人数为2800余人，取1.5 .
1）最高日用水量
建筑内生活用水的最高日用水量能够下式计算：

（2800x45）/1000=126
2）最大小时用水量
根据最高日用水量计算，求得最大小时用水量：

126 x 1.5/9=21 m3/h
式中--最大小时用水量，m3/h；
--平均时用水量，m3/h；
--时变化系数；
3．高位水箱的计算
该高位水箱为五层的专用生活给水箱，只贮藏五层的生活调节水量，且是夜间储存白天的用水量，因V=8h×2100L/h=16800L=16.8,取水箱尺寸为3.0m(长)×3.0m(宽)×2.0m(高)。由于水箱底部设有管道，因此水箱底部与水箱间地面板的净距为1.00米。

4．设计秒流量
教学楼的设计秒流量计算公式采用 :
,其中=1.8
式中 qg--计算管段的设计秒流量，L/s；
Ng--计算管段的卫生器具给水当量总数；
α--根据建筑物用途确定的系数；
卫生器具当量数确定：污水盆0.75，洗手盆0.5，小便器0.5，大便器冲洗水箱浮球阀6.0 （计算时以0.5计，计算得到qg后附加1.2L/s）。根据给水管道系统图，确定计算管路，进行管道水力计算，计算过程列入表1。
表1教学楼给水管道水力计算表（计算管路）
计算管段编号
当量总数
设计秒流量
管径
流速

每米管长沿程水头损失
管段长度
管段沿程水头损失
1-2
1.0
0.2
20
0.99
0.940
1.5
1.41
2-3
1.5
0.3
32
1.47
0.698
1
0.698
3-4
2
0.4
32
1.57
0.98
1
0.98
4-5
2.5
0.5
32
1.67
1.03
1
1.03
5-6
3
0.6
32
1.77
1.08
1
1.08
6-7
3.5
0.67
32
1.85
1.13
4.2
4.746
7-8
10
1.14
40
1.4
0.46
2.8
1.288
8-9
13.5
1.32
40
1.5
0.536
4
2.144
9-10
27
1.87
40
1.81
0.741
4
2.964
10-11
40.5
2.29
50
1.33
0.322
4
1.288
11-12
54
2.65
50
1.44
0.375
4
1.5
合计

26.454
5．求定管径
在求得各管段的设计秒流量后，根据流量公式，即可求定管径：
，

式中 ——计算管段的设计秒流量，；
——计算管段的管内径，；
——管道中的水流速，。
建筑物内的给水管道流速一般可按下表选取，但最不大超过2。
生活给水管道的水流速度
公称直径（）
15～20
25～40
50～70
80
水流速度（）
1.0
1.2
1.5
1.8
工程设计中也能够采用下列数值：
DN15～DN20，V=0.6～1.0;DN25～DN40，V=0.8～1.2
6．水头损失
计算局部水头损失：26.454=7.936kPa
计算管路的水头损失：26.454+7.936=34.39kPa
引入管设计秒流量=4.16L/s=14.97m³/h，选择水表型号LXS-50N，过载流量为30m³/h，常见流量为15m³/h，水表水头损失

Kb=q2max/10=802/10=640
hd=qg2/Kb=37.082/640=2.15kPa
∴水表水头损失hd=2.29kPa<12.8kPa，满足要求。
式中 ——水表的水头损失，
——计算管段的给水设计流量，
——水表的特性系数，一般由生产厂提供，也能够按下式计算：
旋翼式水表；
螺翼式水表，为水表的过载流量，
7．给水系统所需压力为：

H—建筑内给水系统所需的水压，kPa
H1—引入管起点至最不利配水点位置高度所要求的静水压，kPa
H2—引入管起点至最不利配水点的给水管路即计算管路的沿程与局部水头损失之和，kPa
H3—水流经过水表时的水头损失，kPa
H4—最不利配水点所需的最低工作压力，kPa
1）一至四楼 ：
已知市政管网给水管标高-1.00m，最不利点（四层卫生器具）安装高度标高为12.50m，则可知H1=10+125=135kPa；
局部水头损失按沿程水头损失的25%计，沿程水头损失由给水管网水力计算表可得为9.487kPa，,则有H2=1.25×9.487=11.859kPa；
由前面水表选择计算可知，水流过水表的水头损失H3=2.84kPa；最不利配水点为四楼的自闭式冲洗阀小便器，所需流出水头按H4=50kPa；
则一至四层楼给水系统所需的水压力为H=135kPa+11.859kPa+2.84kPa+50kPa=199.7kPa；
市政管网供水压力为白天，夜间压力达都大于199.7kPa，顾市政管网直接供水能够满足一至四层的全天供水要求。
2）高位水箱至五楼：
已知最不利点（四层卫生器具）安装高度标高为16.900m，则可知H1=169.00kPa；
局部水头损失按沿程水头损失的25%计，沿程水头损失由给水管网水力计算表可得为9.962kPa，,则有H2=1.25×9.962=12.453kPa；
最不利配水点为五楼的自闭式冲洗阀小便器，所需流出水头按H4=50kPa；
则高位水箱至五楼给水系统所需的水压力为H=169.00kPa+12.453kPa+50kPa=231.453kPa；
高位水箱最低水位为20.5m=205.00KP＜231.453kPa,出水管流量Q=1.7L/s,由高位水箱直接向五楼供水不能满足五楼全天供水要求，因此在水箱出水管上安装一台型号为GDF25-15的管道泵，Qb=1.5～6.5L/s,Hb=10～20m。△H=231.453-205=26.453kPa=2.6m。
（二）消防给水管网计算
查《建筑设计防火规范 GB50016- 》得知，本教学楼室内消火栓用水量15L/s，同时使用水枪3支，每支水枪最小流量5L/s，每根立管最小流量10L/s。采用65mm单出口消火栓，水带长度20m，配19mm水枪，水枪充实水柱长度不小于10m。
1. 室内消火栓布置
1）消防栓间距
该建筑总长76m,宽度74.3m，高度37.5m。按规范要求，消火栓的间距应保证同层任何部位有2个消火栓的水枪充实水柱同时到达。
水龙带有效长度：
Ld=0.8×25=20m
取水枪充实水柱在水平面上的投影长度：
Ls=3m
消火栓保护半径按下式计算：
R=Ld+Ls=20+3=23m
∵消火栓最大保护宽度b=10.70m
∴消火栓采用单排布置时，其间距为：
S≤(R2-b2)1/2=(232-10.72)1/2=20.36m，取20m。
∴据此应在该住宅每个楼梯间布置5个消火栓（间距小于20m）才能满足要求。另外，电梯的前室也应设消火栓。
2) 消防管道系统计算
消火栓计算草图见图3。
消火栓口处所需的水压按下式计算：
Hxh=Hq+hd+Hk
其中水枪喷嘴处所需水压由所选的水枪口径和充实水柱条件查规范按下式计算得：
Hq=αfHm/(1-φαfHm)=1.21×12/(1-0.0097×1.21×12)=16.9mH2O=169KPa
水枪喷嘴的出流量按下式计算：
qxh=(BHq)1/2
∵查规范可知：B=1.577
∴qxh=(1.577×16.9)1/2=5.2L/s>5.0L/s
水带阻力损失按下式计算：
hd=AzLdq2xh
∵查规范可知：Az=0.00172
∴hd=0.00172×20×5.22=0.93mH2O
∴Hxh=16.9+0.93+2.0=19.83mH2O=198.3KPa
按照最不利点消防竖管和消火栓的流量分配要求，最不利消防竖管即：XHL-1，出水枪数为2支，相邻消防竖管即：XHL-2，出水枪数为2支。
∵Hxh0=hd+Hq+Hk=0.93+16.9+2.0=19.83mH2O
∴Hxh1=Hxh0+△H+h=19.83+3.4+0.273=23.5mH2O
（其中，△H为0和1点的消火栓间距，h为0-1管段的水头损失）
1点的水枪射流量为：
qxh1=(BHq1)1/2
∵Hxh1=Hq1+hd=qxh12/B+ALdqxh12+2
∴qxh1=[(Hxh1-2)/(1/B+ALd)]1/2=[(23.5-2)/(1/1.577+0.00172×20)]1/2=5.58L/s

两种
教学楼要求2股水柱达到同层任何部位，消火栓保护宽度15m。
消火栓保护半径m
消火栓间距m
建筑长度40m，每层应布置3个消火栓。
2. 消火栓口所需压力计算

根据，15.85m。
由m，水枪充实水柱长度满足要求。
kPa
消火栓口所需压力kPa
3. 消火栓系统水力计算

消火栓流量分配：最不利立管出水枪2支，流量10L/s，相邻立管出水枪1支，流量5L/s。最不利消火栓位于最不利立管第5层消火栓。

0点消火栓口所需压力kPa
1点消火栓口所需压力kPa则1点水枪射流量

表3教学楼消火栓管道水力计算表

计算管段编号
设计秒流量
管长
管径
流速

每米管长沿程水头损失
管段沿程水头损失
0-1
5
4
100
0.58
0.0749
0.3
1-2
10.57
31
100
1.21
0.295
9.14
2-3
15.57
35
100
1.68
0.570
19.95
合计

29.39

计算管路总水头损失：kPa
室内消火栓系统所需压力：
=（1+16+1.1）×10+29.39+187.1=397.5kPa，基本满足要求。
（三）建筑内部污水排水系统计算
本建筑采用污废合流排水，排水管材采用UPVC排水塑料管。均采用单立管排水系统，设伸顶通气管。为防止底层卫生器具出现正压喷溅现象，底层采用单独排出。
卫生器具排水当量：污水盆1，洗手盆0.3，小便器0.3，大便器3.6
1. 排水管道水力计算
排水设计秒流量公式：，取2.5。
（1） WL1、WL1'
1）横支管水力计算
表4各层横支管水力计算表
管段编号
排水当量数
设计秒流量
管径
坡度
备注
0-1
0.3
0.1
50
0.026

1-2
0.6
0.2
50
0.026

2-3
4.2
1.81
110
0.026

3-4
7.8
2.04
110
0.026

4-5
11.4
2.21
110
0.026

5-6
15
2.36
110
0.026

6-7
18.6
2.49
110
0.026

2）立管水力计算
WL1接纳的排水当量总数为

立管底部排水设计秒流量
L/s
查表，取立管直径de110。
WL1'同样取立管直径de110。
3）排出管水力计算
查附表5-1，排出管管径取de110，坡度0.026
2. 化粪池容积计算
本教学楼有20间教室，每间按80人计，人数=80×20=1600，使用卫生器具人数占总人数的百分比取40%；
每人每日污水量L/(人·d)
每人每日污水量L/(人·d)
污水在化粪池中的时间取12h，污泥清掏周期取900d。

选国标化粪池Z10-40SQ，有效容积40m³。
（四）雨水排水系统计算
该教学楼雨水排水包括屋面雨水排水和走廊、阳台等处排水，走廊、阳台采用自成系统排到室外，不与屋面排水系统相连接。屋面雨水排水分为外排水和内排水两种。
雨水管材采用UPVC塑料管。
1、外排水计算
外排水系统每根立管汇水面积
查表，取de90立管。由于还接入遮阳板雨水，因此立管和排出管取de110。
2、内排水计算
（1）YL1系统计算
1）雨水斗选用
YL1连接1根悬吊管，接纳3个87式雨水斗，汇水面积分别是60、170、105m²，用上述公式计算，雨水量分别为2.8、8.0、4.9L/s。为安全起见，选de110规格的87式雨水斗，其最大泄流量为12L/s，满足要求。
2）悬吊管计算
悬吊管设计雨水量为8.0+4.9=12.9L/s；
取坡度0.01，查附表6-2，取de160，泄流量为19.55L/s，满足要求。悬吊管不变径。
3）立管计算
立管只连接1根悬吊管，取与悬吊管相同管径，即de160。
4）排出管计算
排出管取与立管相同管径，即de160，坡度0.005，查附表5-1，其泄流量满足要求。

6、主要参考文献
1、《建筑给排水设计规范》GBJ15－88 中国计划出版社（1989）
2、《给水排水设计手册》（第1、2、10、11分册） 中国建筑工业出版社（1986）
3、《全国通用给水排水标准图集》S1S2S3 中国建筑标准设计研究所（1989）