毕业设计--高层建筑消火栓系统及自动喷水灭火系统设计.doc
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目录
1概述 2
1.1设计依据 3
1.1.1技术规范 3
1.1.2法律规范 3
1.2工程概况 3
2方案拟定 4
2.1消防给水系统的分类 4
2.2消防给水方式 5
2.3系统选型 5
3设计计算 6
3.1消防水池和消防水箱容积计算 6
3.1.1消防水池容积计算 6
3.1.2消防水箱容积计算 8
3.2室外消火栓给水系统设计计算 9
3.3室内消火栓系统设计计算 9
3.3.1设计计算依据 9
3.3.2建筑室内消火栓系统设计计算 14
3.4闭式自动喷水灭火系统设计计算 19
3.4.1喷头的选用与布置 19
3.4.2系统的竖向分区 19
3.4.3水力计算公式 19
3.4.4水力计算 24
结论 32
参考文献 33
致谢 34
1概述
本建筑属于一类高层建筑,如表1.1
表1.1建筑分类
名称
一类
二类
居住建筑
十九层及十九层以上的建筑
十层至十八层的住宅
公共建筑
1.医院
2.高级旅馆
3.建筑高度超过50m或24m以上部分的任一楼层的建筑面积超过1000m2的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼
4.建筑高度超过50m或24m以上部分的任一楼层的建筑面积超过1500m2的商住楼
5.中央级和省级(含计划单列市)广播电视楼
6.网局级和省级(含计划单列市)电力调度楼
7.省级(含计划单列市)邮政楼、防灾指挥调度楼
8.藏书超过100万册的图书馆、书库
9.重要的办公楼、科研楼、档案室
10.建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等
1.除一类建筑以外的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼、商住楼、图书馆、书库
2.省级以下的邮政楼、防灾指挥调度楼、广播电视楼、电力调度楼
3.建筑高度不超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等
设计内容包括消火栓系统及自动喷水灭火系统,主要参照以下法律法规。
高层建筑的防火设计,必须遵循“预防为主,防消结合”的消防工作方针,针对高层建筑发生火灾的特点,立足自防自救,采用可靠的防火措施,做到安全适用、技术先进、经济合理。
(高层民用建筑设计防火规范)设计时根据建筑物的特殊情况选择合理、经济的设计方案。
1.1设计依据
1.1.1技术规范
1.建筑给水排水设计规范(GB50015—2003).北京:
中国计划出版社,2003.
2.建筑给水排水设计手册(第二版)[M].北京:
中国建工出版社,2008
3.全国民用建筑工程设计技术措施给水排水2003[M].北京:
中国建工出版社,2003
4.中国建筑标准设计研究院.民用建筑工程给水排水施工图设计深度图样.北京:
中国建工出版社,2005
5.给水排水设计手册(1、2、10、11、续1、续4册).北京:
中国计划出版社
6.建筑工程设计编制深度实例范本—给水排水[M].北京:
中国建工出版社
7.樊建军,梅胜.建筑给水排水及消防工程[M].北京:
中国建工出版社,2005
8.给水排水国家标准图集(S1~S6).北京:
中国建工出版社
9.建筑设计防火规范(GBJl6—87)(GB50016—2006).北京:
中国计划出版社,2006.
10.自动喷水灭火系统设计规范(GB50084—2001)(2005版).北京:
中国计划出版社,2005.
11.高层民用建筑防火设计规范(GB50045—95)(2005版).北京:
中国计划出版社,2005.
12.自动排水灭火系统设计手册.北京:
中国建工出版社
1.1.2法律规范
《中华人民共和国消防法》,1998年9月1日起施行。
1.2工程概况
受某市房地产开发公司的委托委托,设计商检西塔(B、C栋)商住楼,总建筑面积12576.29m2,高度95.5米,为一类高层建筑。
地下1层为汽车库,层高3.8米;地上30层,层高3.0米。
首层为综合商店和设备用房,二层为社区文化中心和内部仓库,3层C栋为住宅,B栋为商场,4~30层为住宅,每套房设两个卫生间,内设淋浴器、台式洗脸盆、坐便,热水家庭热水器供给。
据市政建设和环保部门批准文件决定,该住宅楼的生活给水和消防给水由小区给水泵站供给,进水管从建筑北侧市引入。
污水从大楼的南侧排出,与城市排水管网相连,雨水就近排出。
该市设有城市污水处理厂。
不考虑地震影响。
2方案拟定
2.1消防给水系统的分类
高层建筑必须设置独立的消防给水系统,其分类如下所述。
2.1.1按消防给水的压力的不同,分为高压消防给水系统、临时高压消防给水系统和低压消防给水系统,其中临时高压消防给水系统在目前高层建筑中广泛采用。
当室内消防用水量达到最大时,其水压应满足室内最不利点灭火设施的要求。
2.1.2按消防给水系统的服务范围大小,可分为区域集中高压(或临时高压)消防给水系统和独立高压(或临时高压)消防给水系统。
区域集中高压(或临时高压)消防给水系统是指数栋建筑共用一套消防供水设施集中供水,该系统便于管理,节省投资;适用于集中建设的高层建筑。
独立高压(或临时高压)消防给水系统为每栋建筑单独设置给水系统,该系统较前者更安全,但管理分散,投资较高;适用于地震区或区域内分散建设的高层建筑。
2.1.3按消防给水系统灭火的方式不同,可分为消火栓系统和自动喷水灭火系统。
目前,在我国100m以下的高层建筑中,自动喷水灭火系统主要用于消防要求高、火灾危险性大的场所;100m以上的高层建筑由于火灾隐患多,火势蔓延快,人员疏散、火灾扑救难度大,所以除面积小于5m2的卫生间、厕所和不宜用水扑救的部位外,均应设置自动喷水灭火系统。
100m以下的高层建筑,以水为灭火剂的消防系统仍以消火栓给水系统为主,各类高层建筑中均应设置消火栓给水系统。
高层建筑中同时需要设置消火栓给水系统和自动喷水灭火系统时,应优先选用两类系统独立设置方式;若有困难,可合用消防水泵,在自动喷水灭火系统报警阀进水口前将两类系统的管网分开设置。
2.2消防给水方式
消防给水有分区、不分区两种给水方式;后者为一栋建筑采用同一消防给水系统供水。
当消火栓给水系统中消火栓栓口静压力超过1MPa、自动喷水灭火系统中管网压力超过1.2MPa时,则需分区供水,否则消防系统压力过高,必然带来以下弊端:
火灾时,水枪、喷头出水量过大,高位水箱中的消防储水量很快就会用完,不利于扑救初期火灾。
一般自动喷水灭火系统中报警阀的工作压力为1.2MPa,而室内使用的水龙带一般工作压力不超过0.80MPa,若最低处消火栓口静压力为0.8MPa时,为满足最不利点消火栓所需压力,消防管道的工作压力已经接近1MPa;若最低处消火栓口压力大于0.8MPa,消防水泵启动时可能造成水龙带损坏使系统失去救火能力。
不论是分区或不分区的消防给水系统若为高压消防给水系统,均不需设置水箱,由室外高压网直接供水。
若为临时高压消防给水系统,为确保消防初期灭火用水,均需设高位水箱,水箱的高度应该满足最不利喷头处工作压力不低于0.05MPa和建筑高度不超过100m、最不利点消火栓静水压不低于0.07MPa或建筑高度超过100m、最不利消火栓静水压不低于0.15MPa。
否则,应在系统中设置增压设备,以保证火灾初期消防泵开启前,消防系统的水压要求。
增压设备可采用稳压泵,也可以采用气压给水设备。
消火栓给水系统和自动喷水灭火系统中增压泵、稳压泵的出水量可分别以一个消火栓的出水量5L/s和1个喷头的出水量不小于1L/s计。
气压给水设备在系统中既可升压又可以起到控制消防泵启动的作用,当救火放水时,气压水罐压力下降,压力传感器动作控制水泵启动,所以气压罐只需保证消防水泵启动前所需水量,一般火灾初期以2支水枪、5个喷头工作考虑,消防泵启动时间以30秒计,故气压罐容积宜为450L。
2.3系统选型
根据以上规定,结合设计建筑状况,本设计主要采用临时高压消防给水系统,对设计建筑进行消火栓系统和自动喷水灭火系统设计和系统的布置。
3设计计算
3.1消防水池和消防水箱容积计算
3.1.1消防水池容积计算
高层建筑消防用水量按室内、外消防用水量之和计算。
建筑物内设有消防栓、自动喷水等灭火系统时,其室内消防用水量按需要同时开启的上述设备用水量之和计算。
其自动喷水灭火设备的用水量,按现行《自动喷水灭火系统设计规范》计算确定:
表3.1高层民用建筑消火栓给水系统的用水量
高层建筑类别
建筑高度
(m)
消火栓用水量(L/s)
每根竖管最小流量
(L/s)
每支水枪最小流量
(L/s)
室外
室内
普通住宅
≤50
15
10
10
5
>50
15
20
10
5
1.高级住宅
2.医院
3.二类建筑的商业楼、展览楼、综
合楼、财贸金融楼、电信楼、商住楼、图书馆、书库
4.省级以下的邮政楼、防灾指挥调
度楼、广播电视楼、电力调度楼
5.建筑高度不超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等
≤50
20
20
10
5
>50
20
30
15
5
1.高级旅馆
2.建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1000m2的商业楼、展览楼、综合楼、财贸金融楼、电信楼
3.建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1500m2的商住楼
4.中央和省级(含计划单列市)广播电视楼
5.网局级和省级(含计划单列市)电力调度楼
6.省级(含计划单列市)邮政楼、防灾指挥调度楼
7.藏书超过100万册的图书馆、书库
8.重要的办公楼、科研楼、档案室
9.建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等
≤50
30
30
15
5
>50
30
40
15
5
根据本建筑的性质,按规范规定本建筑按一类高层建筑消防给水要求设计。
消火栓系统最小供水量为:
室外30L/s;室内40L/s。
火灾延续时间规定为高层民用建筑商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库、重要的档案楼、科研楼和高级旅馆等为3h,其他高层建筑和低层民用建筑为2h,自动喷水灭火系统为1h。
本设计采用火灾延续时间3h,设计充实水柱取0.12Mpa。
在火灾延续时间内,室外消火栓用水量由室外消火栓供应,不储存在消防水池内,消防水池储存室内消火栓用水和自动喷水灭火用水量,根据《高层民用建筑设计防火规范》规定,按3小时延续时间的室内外消火栓用水量和1小时自动喷水灭火用水量之和进行消防水池容积的计算。
消防水池的消防贮水量应按
(3-1)式确定:
(3.1)
式中Vf──消防用水容量,m3;
Q1──自动喷水灭火用水量,L/s;
Q2──室内外消火栓用水量,L/s;
根据(3.1)式,得
Vf=3.6×24.09+3.6×40×3=518.72m3(自动喷水灭火用水量计算见)
消防水池的总容量超过500m3。
时,应分成2个的独立的消防水池,以便清洗和检修时,仍能供应消防用水。
2个水池之间设连通管,连通管上设置控制阀门;消防水泵应分别向两水池设吸水管或设共用吸水井,消防水泵从共用吸水井取水。
补水时间为48h,补水量为360m3,消防水池的补水流量为:
1.5,采用一根DN100mm的给水镀锌钢管。
消防水池设在水泵房内,方形,消防专用,钢筋混凝土制作,整体式施工。
3.1.2消防水箱容积计算
消防水箱的水只作为水量调节之用,其有效容积即为调节容积
消防贮水量的容积按存贮10min的室内消防用水量计算:
(3.2)
当室内消防用水量大于25L/s,经计算水箱储水量大于18m3时,仍可采用18m3。
所以本设计消防水箱容积为18m3。
按规范规定,消防水箱要与楼面留有不小于0.8m的净空高度,取0.8m,水箱具体尺寸见图纸。
3.2室外消火栓给水系统设计计算
室外消火栓系统为低压制,根据《高层民用建筑设计防火规范》规定,室外消火栓供水流量为30L/s,室外消火栓用水量由室外消防给水管道供给,室外消防用水量不贮存于消防水池中。
根据每个室外消火栓用水量为10~15L/s,在室外环状消防给水管网中设置2个室外地上式消火栓,型号为SS100-1.0[3]。
3.3室内消火栓系统设计计算
3.3.1设计计算依据
1.消火栓的布置间距
(1)单排消火栓两股股水柱到达室内任何部位的间距:
(3.3)
式中——消火栓间距,m;
——消火栓保护半径,m;
——消火栓最大保护宽度,m。
(2)消火栓保护半径:
(3.4)
式中——水带展开时的弯曲折减系数,一般取0.8~0.9;
——水带长度;
——水枪充实水柱倾斜45°时的水平投影长度,对一般建筑(层高3~3.5m)由于净高的限制,一般按=3m计算;对于层高大于3.5m的建筑,;(为水枪充实长度,m)。
2.消火栓口所需水压由下式计算:
(3.5)
式中——消火栓口压力,mH2O;
——水枪喷嘴造成某充实水柱所需要的水压,kPa(mH2O);
——水流通过水龙带的承头损失,kPa(mH2O)。
(1)消火栓水枪喷口所需水压
(3.6)
式中——与水枪喷口直径有关的系数,按实验得:
,其值列入表3-1;
——充实水柱高度,mH2O;
——实验系数,,其值列入表3-5。
表3.2系数值
13
16
19
0.0165
0.0124
0.0097
表3.3系数值
/mH2O
6
8
10
12
16
1.19
1.19
1.20
1.21
1.24
按式(3.6),在已知确定的充实水柱值后,便可以求出产生的水枪喷口处压力值。
上述的消防射流是垂直的,实际上在灭火时,水枪常和水平线呈45°~60°角,试验表明充实水柱长度与倾斜角几乎无关,计算时充实水柱长度可取等于充实水柱垂直高度。
(2)水枪喷口射流量
水枪喷口射出的流量与喷口压力之间的关系,可用下式计算:
(3.7)
式中——水枪喷口的射流量,L/s;
——水枪喷口造成某充实水柱所需要的压力,mH2O;
——水枪喷口直径,mm;
——流量系数,采用;
——水流特性系数,与水枪喷口直径有关,见表3-4。
表3.4特性系数
水枪喷口直径/mm
13
16
19
22
0.346
0.793
1.557
2.836
为简化计算,可查得mm时,不同充实水柱长度、水枪喷口处的压力及实际流量,从而方便计算。
(3)消火栓水龙带水头损失
水带水头损失按下式计算:
(3.8)
式中——水带沿程水头损失,mH2O;
——水带长度,m;
——水带阻力系数,见表3-5。
表3.5水带阻力系数值
水带材质
水带直径/mm
50
65
80
麻织
衬胶
0.01501
0.00677
0.00430
0.00172
0.00150
0.00075
3.给水管网管径和水头损失计算
(1)管径的确定
根据给水管道中设计流量,按下列公式计算可确定管径:
(3.9)
式中——管道设计流量,m3/s;
——管道的管径,m;
——管道中的流速,m/s。
通过计算管段的流量,再确定流速可求得管径。
消火栓给水管道中的流速宜采用1.4~1.8m/s,不宜大于2.5m/s。
(2)沿程水头损失
(3.10)
式中——管段的沿程水头损失,kPa(mH2O);
——计算管段长度,m;
——管道单位长度水头损失,kPa/m,对给水钢管按下列公式计算:
当<1.2时:
当≥1.2时:
——管道内的平均流速,m/s;
——管道计算内径,m。
(3)局部水头损失
(3.11)
式中——管段局部水头损失总和,kPa(mH2O);
——管段局部阻力系数之和,按各种管件及附件构造情况有不同的数值;
——沿水流方向局部零件下游的流速,m/s;
——重力加速度,m/s2。
4.水箱设置高度
如果由高位水箱重力流保证建筑物最不利消火栓灭火所需要的充实水柱长度,则高位水箱高度按下式计算:
(3.12)
式中——水箱与最不利点消火栓之间的几何高差,mH2O;
——水箱至最不利点消火栓之间管网的水头损失,mH2O;
——消防水池最低水面与最不利消火栓之间的几何高差,m。
5.减压孔板的设置
水流通过减压孔板的水头损失可按下式计算:
(3.13)
式中——水流通过减压孔板的水头损失,mH2O;
——孔板的局部阻力系数;
——水流通过孔板后的速度,m/s;
——重力加速度,m/s2。
值可以从下式求得:
(3.14)
式中——给水管径,mm;
——孔板的孔径,mm。
上述公式假定水流通过孔板后的流速为1m/s,如实际流速与此不符,则按下式计算:
(3.15)
式中——修正后的剩余水头,mH2O;
——水流通过孔板后的实际流速,m/s(如孔板前后管径无变化,则值等于管
内流速);
——设计剩余水头,mH2O。
3.3.2建筑室内消火栓系统设计计算
室内消火栓系统采用临时高压系统,管网布置成环状。
《高规》规定消火栓系统的灭火时间是3小时。
其中,火灾初期10min消防用水量由屋顶水箱供应。
火灾10min后的消防用水由地下室消防泵提供。
室内消火栓均应设有远距离启动消火栓泵的按纽,以便在使用消火栓灭火的同时启动消防泵[5]。
根据公式(3.3)计算得室内消火栓的保护半径:
m,由公式(3.3)得,。
消防布置间距取20m,实际布图时根据建筑内部情况有所变动。
每一层布置4个消火栓。
消火栓系统布置详见多层平面布置图。
1.水泵供水消火栓系统水力计算
根据高建筑消火栓给水系统要求,该建筑的室内消火栓的消防水量不得小于30L/s,需6股射流,每股射流流量不小于5L/s,水枪射出的充实水柱长度Sk()≮10m,采用直径D=65mm、L=25m麻织水带。
为满足设计要求应选喷口直径为19mm水枪,充实水柱的长度为12m,查表3.5可知,水枪喷口直径=16.9m,喷口射流量=5.2L/s。
表3.6技术数据
充实水柱长度/m
水枪喷口直径/mm
13
16
19
6
8.1
1.7
7.8
2.5
7.7
3.5
8
11.2
2.0
10.7
2.9
10.4
4.1
10
14.9
2.3
14.1
3.3
13.6
4.5
12
19.1
2.6
17.7
3.8
16.9
5.2
14
23.9
2.9
21.8
4.2
20.6
5.7
16
29.5
3.2
26.5
4.6
24.7
6.2
(1)水带沿程水头损失
采用直径65mm的麻织水带,查表3.4得0.00430,取5.2L/s
=0.00430×25×5.22mH2O=2.91mH2O
(2)消火栓口水压
=16.9+2.91+2=21.81mH2O
(3)室内消火栓最不利点计算流量分配,见表3-7。
表3.7最不利点计算流量分配
室内消防计算流量
/L·s-1
最不利点消防竖管出水枪支数/支
相邻竖管出
水枪支数/支
次相邻竖管出
水枪支数/支
10
20
25
30
40
2
2
3
3
3
2
2
3
3
2
注:
①出两支水枪的竖管,如设置双阀门双出口消火栓时最上一层按双出口消火栓进行计算。
②出三支水枪的竖管,如设置双阀门双出口消火栓时,最上一层按双出口消火栓和相邻下一层一支水枪进行
计算。
消防立管考虑三股水柱作用,消防立管流量Q=5.2×3=15.6L/s,采用DN100立管,v=1.79m/s,1000i=65.0.该建筑物高度超过50m,根据规范,室内消火栓用水量为40L/s,考虑八股水柱同时作用,流量Q=41.6L/s,采用DN150横干管,v=2.21m/s,1000i=58.78
(4)由于建筑物发生火灾地点的随机性,以及水枪充实水柱数量的限定(即水量限定),在进行消防管网水力计算时,对于枝状管网应首先选择最不利立管和最不利消火栓,以此确定计算管路,并按照消防规范规定的室内消防用水量进行流量分配。
消火栓给水系统水力计算如下,按枝状管路计算。
图3.1水泵供水消火栓水力计算草图
表3.8消火栓给水系统配水管水力计算
计算管段
设计秒流量
(L/s)
管长
(m)
管径
(mm)
流速
(m/s)
水力坡度
(kPa/m)
水头损失
(kPa)
0-1
5.2
3.0
100
0.60
0.081
0.243
1-2
10.4
3.0
100
1.20
0.289
0.867
2-3
15.6
36.8
100
1.80
0.650
23.920
3-4
15.6
8.99
150
0.92
0.114
1.025
4-5
31.2
9.99
150
1.84
0.437
4.366
5-6
31.2
44.60
150
1.84
0.437
19.490
合计
49.911
(5)消防水泵扬程的计算
满足最不利点消火栓出口压力要求的水泵最小扬程:
消防流量:
41.6L/s;最不利消火栓与水池最低水位高差94.30m;局部水头损失按沿程水头损失的10%计算,消防水泵扬程:
94.30+21.81+1.1×5.0=121.61mH2O
选择消火栓泵2台(1用1备),消火栓泵Q=40L/S,H=123m,XBD12.3/40-150,N=75KW/台。
配带电机型号为Y2280M-2,电机功
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