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消火栓计算题14页
消火栓计算题
某高级酒店,地下一层,地上16层,层高3.1米,建筑总高度为50.7米,总建筑面积为31500平方米。
市政外网管径为DN300,有两根引入管,管径为DN100,市政水压力为0.3MPa,假定室外管网可满足室外消防用水量。
试计算室内消火栓给水系统。
室内消火栓系统图见图1,平面布置见图2。
图1消火栓系统图
图2消火栓平面布置图
解:
1.消火栓间距的确定
(1)消火栓充实水柱长度确定
消火栓充实水柱按下面三种方法计算:
1)根据公式计算
(1)
式中
——水枪的充实水柱长度,m;
——为保护建筑物的层高,m;
——水枪倾角,取450。
该酒店层高为3m,代入
(1)式计算得,
≈3m。
2)按规范确定
根据《建筑设计防火规范》GB50016—2006(下文简称《低规》)第8.4.3条规定,水枪的充实水柱应经计算确定,甲、乙类厂房、层数超过6层的公共建筑和层数超过4层的厂房(仓库),不应小于10m;故本建筑的充实水柱长度不应小于10m,即
≥10m。
3)根据水枪出水量确定
①根据规范规定的充实水柱确定
采用同种规格的消火栓,充实水柱长度
=10m,水枪喷口直径df=19mm,水带长度Ld=25m,采用直径d=65mm衬胶水带。
水枪喷嘴处出水压力按下式计算:
(2)
式中
——实验系数,与充实水柱长度有关,
;
——实验系数,与水枪喷嘴口径有关;
——水枪充实水柱长度,m;
——水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力,kPa;
查表得
=1.30,
=0.0097,代入
(2)式中得:
mH2O
水枪出水量按下式计算:
(3)
式中
——水枪射流量,L/s;
B——水枪水流特性系数,与水枪喷嘴口径有关,df=19mm时,
取1.577;
——同
(2)式,mH2O。
将
=13.58mH2O,B=1.577代入(3)式得:
规范规定每支水枪最小流量为
=5L/s,所以当
=10m时,水枪出水量不满足规范要求。
②根据水枪最小出流量反算消火栓充实水柱长度
根据下式计算:
(4)
式中
——同
(2)式;
——每支水枪最小出流量,L/s;
B——同(3)式。
取
=5L/s,B=1.577代入(4)式中得:
根据水枪喷口处压力计算
:
将
(2)式变形得:
(5)
式中
同
(2)式。
将上述数据代入(5)式中可得:
=114.5kPa=11.45mH2O
所以,
=11.45mH2O,取12mH2O
根据
=12mH2O可再计算水枪的实际出流量:
此时的水枪喷嘴处压力:
(6)
式中
、
、
、
同
(2)式,
=12mH2O,代入(6)可得:
水枪口实际出水流量为:
本设计选用65mm衬胶水带,水带长度25m,查表得水带阻力系数
=0.00172,计算水带水头损失;
(7)
式中
——水带水头损失,kPa;
——水带阻力系数;
——水带长度,m;
——同(3)式。
将
=0.00172,
=25m,
=5.2L/s代入(7)得:
=1.16mH2O
消火栓局部水头损失为
=2mH2O;
根据下式计算最不利消火栓口压力:
(8)
式中
——消火栓口水压,kPa;
——水枪喷嘴处的压力,kPa;
——水带的水头损失,kPa;
——消火栓栓口水头损失,kPa。
=169+11.6+20=200.6kPa=20.06mH2O。
(2)消火栓保护半径的确定
消火栓保护半径按下式计算:
(9)
式中R——消火栓保护半径,m;
Ld——水带有效长度,考虑水带的转弯,取折减系数为0.8;
Ls——水枪充实长度在平面上的投影长度,倾角取45°。
代入数据得,
=0.8×25+12×cos45o=28.5m,即保护半径为28.5m。
(3)消火栓间距及立管根数的确定
室内按一排消火栓布置,且应保证两支水枪充实水柱同时到达室内任何部位,消火栓间距按下式计算:
(10)
式中S——两股水柱时的消火栓间距,m;
R——消火栓保护半径,m;
b——消火栓最大保护高度,取9.4m。
代入数据得:
=
=26.9m
即消火栓的间距为27m。
立管数量计算:
(11)
式中n——立管数量;
L——建筑长度,m;
S——两股水柱时的消火栓间距,m。
立管数量为:
2.消火栓管网水力计算
该建筑属于公共建筑一类,火灾危险级别为中危险Ⅰ级,据《高规》)7.2.2条规定,该建筑室内消火栓用水量为40L/s,按每个消火栓最小流量为5L/s,相邻3根立管分配流量:
最不利立管、次不利立管,同时动作3支水枪;第3根立管同时作用2个水枪。
将水平环状管网断开,按枝状管网计算。
消火栓计算简图见图3。
图3消火栓计算简图
(1)消火栓管网水力计算
1)最不利点(0点)消火栓压力和出水量
前面已计算出最不利点消火栓压力和水枪实际出流量分别为:
2)0-1管段计算
该管段只供给一个消火栓,管径取消火栓的出口管径DN70。
管中流速根据下式计算:
(12)
式中:
V——管道流速,m/s;
Q——管段流量,L/s;
D——管道的计算内径,m。
消火栓给水管道流速一般1.4~1.8m/s,不宜大于2.5m/s。
代入数据得:
=1.35m/s
根据下式计算单位水头损失:
(13)
式中:
i——每米管道的水头损失,mH20/m;
V——管道流速,m/s;
D——管道的计算内径,m。
代入数据得:
=0.06mH2O/m
根据下式计算沿程水头损失:
(14)
式中:
——沿程水头损失,mH2O
L——管段长度,m;
i——每米管道的水头损失,mH2O/m
代入数据得:
=0.19mH2O
1点消火栓压力为:
=23.35mH2O
3)管段1-2的计算:
节点1压力下消火栓1点的出流量计算:
(15)
式中
——次不利点(n-1)处的流量,L/s;
——次不利点(n-1)处的压力,mH2O;
——消火栓局部水头损失,取2mH2O。
——水带长度,m;
——水带阻力系数,取值0.00172;
B——水枪水流特性系数,与水枪喷嘴口径有关,df=19mm时,取1.577。
代入数据得:
=5.6L/s
管段1-2的流量为消火栓0和1的流量之和:
即
=5.2+5.6=10.8L/s
=0.04mH2O/m
=0.12mH2O
=26.57mH2O
4)管段2-3的计算:
=6.0L/s
管段2-3的流量为消火栓0、1和2的流量之和:
即
=5.2+5.6+6.0=16.8L/s
=0.10mH2O/m
=4.22mH2O
=72.99mH2O
5)管段3-4的计算:
管道3-4只有动压损失,静压、流量均无变化,故而节点4的压力为:
=73.06mH2O;
4点与3点压力差为:
=73.06-72.99=0.07mH2O
因此可以忽略3-4管段之间的水损,认为3点和4点的压力近似相等,mH2O。
所以次不利管(XL-2)计算结果与最不利立管相同,同理也可知第三根立管(XL-3)计算结果也与最不利管相同。
计算结果详见表1。
表1最不利消防立管水力计算表
节点
编号
起点压力mH2O
管道流量
L/s
管长m
管径mm
流速
m/s
i水力坡降mH2O/m
水头损失
mH2O
终点压力mH2O
0-1
20.06
5.2
3.1
70
1.35
0.06
0.19
23.35
1-2
23.35
10.8
3.1
100
1.38
0.04
0.12
26.57
2-3
26.57
16.8
42.2
100
2.14
0.10
4.22
72.99
3-4
72.99
16.8
28
200
0.95
0.0025
0.07
73.06
4-5
73.06
33.6
28
200
1.07
0.01
0.28
73.34
5-6
73.34
44.4
28
200
1.41
0.017
0.53
73.87
6-7
73.87
44.4
3
200
1.41
0.017
0.05
73.92
假设7-水泵吸水管之间的水头损失为2m。
3.消防水箱有效体积计算
消防水箱应贮存10min的室内消防用水量,计算得:
(16)
式中
——消防水箱10min的室内消防用水量,m3;
——室内消防用水量,L/s。
计算得:
=27m3
据《高规》7.4.7条规定,高位水箱的消防储水量,Ⅰ类公共建筑不应小于18m3,本建筑属于公共建筑Ⅰ类,故水箱有效体积为18m3。
《高规》7.4.7条规定,高位水箱的设置高度应保证最不利点消火栓的出水压力,当建筑高度不超过100m时,高层建筑最不利点消火栓出水压力不低于0.07MPa=7mH2O,该屋顶水箱底层高度为56.5m,最不利点消火栓高度为48.5m,高差为8mH2O,满足7mH2O的要求,故不设置加压设施。
4.消防水池有效容积计算
由前面计算知,该建筑室内消火栓用水量为44.4L/s,据《高规》规定,室内消火栓系统按火灾延续时间3小时计算。
室外管网补水量的计算:
由于外网引入管至消防水池之间的管径为DN100,利用孔口出流公式和经济流速分别计算,取二者较小者作为室外管网补水量:
(17)
式中μ——为孔口出流系数,为0.62;
A——孔口断面面积,m2;
h——为孔口压力,mH2O,即市政给水压力。
=0.0375m3/s=135m3/h
查表,DN100的经济流速为1.2m/s,得流量:
=33.9m3/h
取二者较小者,即33.9m3/h,取34m3/h。
根据下式计算消防水池有效体积:
-Qb·Tb(18)
式中
——消防水池体积,m3;
——室内、外消火栓用水总量,L/s;
x——火灾延续时间,h,取3h;
Qb——外网补水量,m3/h;
Tb——火灾延续时间。
因为室外管网可满足室外消防用水量,所以室外消防水量为0,于是得到:
=377.5m3
所以消防水池的有效容积取380m³。
由于消防水池小于500m³,故需建一个消防水池即可。
补水时间为:
当有一根引入管检修时,此时最不利情况下,补水时间为:
满足规范中的小于48h的要求。
5.消防水泵扬程及流量
(1)消防水泵扬程
为:
(19)
式中
——水泵扬程,kPa;
——水池最低水位至最不利消火栓位置高度所要求的静水压,kPa;
——水泵吸水管和出水管至最不利配水点计算管路的总水头损失,kPa;
——水流通过水表时的水头损失,为0kPa;
——最不利消火栓的栓口压力,kPa。
设消防水池最低水位相对标高-3.800,最不利消火栓相对标高48.700,H1=52.500m=525kPa
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