消防工程學課程設計

1、安徽建筑工業(yè)學院安全工程專業(yè)消防工程學課程設計 班級：08安全（2）班 姓名：胡中海 學號：土木工程學院安全工程系0.前 言 伴隨著社會發(fā)展的歷史進程，人與建筑的關系也越來越密切，人類工作，生活的更多時間是在建筑物內度過的，人們賦予建筑的功能也更加復雜和綜合，大體量的建筑也不斷增加，這些都增加了建筑火災的危險性和有害性。建筑物一旦發(fā)生火災，往往會造成巨大的財產損失和嚴重的人員傷亡，因此，提高建筑物的安全水平是建筑科技時刻關注的課題之一。所以，對于建筑的火災預防，我們要做好全面的準備。特別是現(xiàn)在對不同建筑類型、不同耐火等級要求下的火災預防。這次我所做的消防工程學課程設計，就是針對于不同建筑類型及

2、不同耐火等級下建筑的消防系統(tǒng)的的分析，主要研究教學樓的自動滅火系統(tǒng)的設計和相關火災的事故調查。對于教學樓而言，在上課期間，學生人流量大，人員密集，所以必須做好安全防火工作，堅決預防教學樓的火災事故，不留下可能發(fā)生火災的安全隱患，保證學校的正常運轉，老師的正常授課和學生的正常的學習。本次課程設計由于本人的水平有限，設計時間較短，所以本次課程設計書中難免存在缺點和不足之處，懇請老師批評指正。 1.安徽建筑工業(yè)學院主教學樓消防系統(tǒng)設計 合理的進行城市的總體布局，對保障建筑物的安全有直接聯(lián)系。在進行某樓的總平面防火設計中，應該首先滿足城市規(guī)劃的要求，其次還要根據(jù)建筑物的使用性質、建筑結構、火災危險性、

3、地理環(huán)境等因素，嚴格按照建筑設計防火規(guī)范的規(guī)定合理設置進行合理布局1.1總平面布局與平面布置安徽建筑工業(yè)學院主教學樓為一類民用建筑，建筑高度為28m，層數(shù)是8層，每層高3.5米，建筑總面積為1600。該教學樓是框架結構，使用設計年限為50年，耐火等級是二級，建筑美觀、實用，適合現(xiàn)代城市規(guī)劃布局的要求。1.2安全疏散設計1.2.1安全疏散的規(guī)定多層教學樓的安全疏散要求較簡單，疏散樓梯的最小寬度不應小于1.1米，不超過6層的單元式住宅中一邊設有欄桿的疏散樓梯，其最小寬度可不小于1米。本次設計的教學樓高度為8層，其各層樓梯寬度都相同，略小于2米，滿足安全疏散的規(guī)定1.2.2安全疏散的路線設計為保證樓

4、內人員在火災造成的各種危險中能夠安全疏散，此教學樓安全疏散的基本條件和建筑防火規(guī)范的要求，本教學樓設計參數(shù)如下：1.限制使用影響疏散的建筑材料，以避免火災發(fā)生時可能成為疏散障礙的因素。 2.保證安全的疏散通道，疏散通道必須具有足以使這些人疏散出去的容量、尺寸和形狀，同時必須保證疏散中的安全，在疏散過程中不受到火災煙氣、火和其他危險因素的干擾。3.布置合理的安全疏散路線，力求簡便，便于尋找，辨認，疏散樓梯位置要明顯。一般要設置明顯的指示標記，應急燈及安全出口指示標記，便于人員的安全疏散。 本教學樓的疏散通道附近不存在影響安全疏散的長期堆積物品和大量的易燃物品，并且消防樓梯和防火門的寬度尺寸符合安

5、全疏散的規(guī)定。安全疏散的路線圖如下圖所示：（詳圖見附圖1）圖1 教學樓2層安全疏散路線圖注：由于教學樓4層布置一樣，所以只給出2層的安全疏散路線圖。2.消防給水系統(tǒng)水作為滅火劑對撲滅建筑物中的一般物質火災，是最經濟有效的方法，而輸送這種滅火劑的系統(tǒng)主要有消火栓給水系統(tǒng)和自動噴水系統(tǒng)。該教學樓為多層民用建筑，而且地處市中心，人口密集，學生數(shù)量多，消防水源來自城市的自來水管網。所以本次設計采用了消火栓給水和自動噴水系統(tǒng)相結合的消防給水方式。2.1消火栓給水系統(tǒng)根據(jù)消火栓給水系統(tǒng)服務對象的不同分為：城市消火栓給水系統(tǒng)、建筑室外消火栓給水系統(tǒng)和建筑室內消火栓給水系統(tǒng)。根據(jù)消火栓給水系統(tǒng)加壓方式的不同分

6、為：常高壓消火栓給水系統(tǒng)、臨時高壓消火栓給水系統(tǒng)和低壓消火栓給水系統(tǒng)。根據(jù)生活、生產和消防是否合用又分為：生活、生產和消火栓合用系統(tǒng)，生活、生產和消火栓分開系統(tǒng)?；诤捅敬握n程設計相關聯(lián)的原則，我們著重介紹室內消火栓給水系統(tǒng)。2.1.1室內消火栓室內消火栓箱內設置水槍、水龍帶、消火栓、消防軟管卷盤、消防水按鈕按鈕等設備。水槍是主要的滅火工具，常用鋁制造。室內消火栓水槍均為直流式水槍，水槍的作用在于產生滅火所需要的充實水柱。水龍帶為麻織或襯膠的輸水軟管。消火栓使具有內扣式接口的球形閥式龍頭，一端與消防管相連，另一端與水龍帶相連。消火栓、水龍帶、水槍之間均采用內扣式快速接口連接，在同一建筑物內采用

7、同一規(guī)格的消火栓、水龍帶、水槍，以便于維護保養(yǎng)和替換使用。消防軟管卷盤式非職業(yè)消防人員撲滅初期火災的有力武器。消防水泵按鈕必須在每個消火栓箱內或在其附近設置，在城市水源壓力和流量不足時采用。本次課程設計中的教學樓，在各層都設置了4個消火栓，各層消火栓的布置如下圖：（詳圖見附圖2） 圖2 教學樓2層消火栓布置圖注：由于教學樓4層布置一樣，所以只給出2層的消火栓布置圖。2.1.2低層建筑室內消火栓給水系統(tǒng)建筑高度不超過9層的住宅以及高度小于24m的民用建筑物內設置的室內消火栓給水系統(tǒng)，稱為低層建筑室內消火栓給水系統(tǒng)。低層建筑發(fā)生火災，利用消防車從室外消防水源抽水，接出水帶和水槍，就能直接有效地撲救

8、建筑物內的任何火災。因而低層建筑室內消火栓給水系統(tǒng)是供撲救建筑物內的初期火災使用的，這種系統(tǒng)的特點是消防用水量少、水壓低。 根據(jù)建筑物的高度、室外消防給水管網所提供的水壓和水量以及室內消防對水壓、水量等要求，其系統(tǒng)常見的有三種類型。 1無加壓消防水泵、無水箱的室內消火栓給水系統(tǒng)：當室外為常高壓消防給水系統(tǒng)，或室外給水管網的水壓、水量任何時刻均能滿足室內最不利點消火栓處的設計水壓和水量時，可采用無加壓消防水泵、無水箱的室內消火栓給水系統(tǒng)。 2設有消防水箱的室內消火栓給水系統(tǒng)：在水壓變化較大的城鎮(zhèn)或居住區(qū)，室外給水管網的水壓在晝夜內間斷性滿足室內消防、生活和生產用水要求，如白天用水高峰時管網水壓不

9、能滿足要求，而在夜間或其他時間內，管網供水均能滿足室內消防，生活和生產用水要求，常設消防水箱儲存10min的消防用水量，同時調節(jié)生活、生產用水量。 3設有消防水泵和水箱的室內消火栓給水系統(tǒng)：當室外給水管網的水壓經常不能滿足室內消火栓給水系統(tǒng)最不利點消火栓滅火設備處的水量和水壓時，采用這種系統(tǒng)。 由圖可知，本教學樓采用的是無加壓消防水泵、無水箱的室內消火栓給水系統(tǒng)。2.2自動噴水滅火消防系統(tǒng)2.2.1自動噴水滅火系統(tǒng)簡介.1自動噴水滅火系統(tǒng)的組成及分類自動噴水滅火系統(tǒng)是指由灑水噴頭、報警閥組、水流報警裝置（水流指示器及壓力開關）等組件，以及管道、供水設施組成，并能在發(fā)生火災時噴水的自動滅火系統(tǒng)。

10、自動噴水系統(tǒng)大致可分為水滴式和噴霧式。水滴式可分為濕式自動噴水滅火系統(tǒng)、干式自動噴水滅火系統(tǒng)、預作用自動噴水滅火系統(tǒng)、循環(huán)自動噴水滅火系統(tǒng)和水幕系統(tǒng)以及雨淋噴水滅火系統(tǒng)。噴霧式噴水滅火系統(tǒng)可分為水噴霧滅火系統(tǒng)和水噴霧冷卻系統(tǒng)。.2自動噴水滅火系統(tǒng)的基本功能能在火災發(fā)生后自動地進行噴水滅火;能在噴水滅火餓同時發(fā)出警報，提醒人們采取滅火行動。2.2.2自動噴水滅火系統(tǒng)管網水力設計計算過程及原理.1 主要設置場所 濕式自動噴水滅火系統(tǒng)用于性質重要且火災危險性大的場所。2.2.2 確定建筑物的危險等級根據(jù)建筑物、構筑物的火災載荷（由可燃物的性質、數(shù)量和分布狀況決定）、室內空間條件（面積、高度）、人員密

11、集程度、采用自動噴水滅火系統(tǒng)撲救初期火災的難易程度，以及疏散及外部增援條件等因素劃分設置場所火災危險等級。建筑物內存在物品的性質、數(shù)量，以及其結構的疏密、包裝和分布情況，將決定火災載荷及發(fā)生火災時的燃燒速度與放熱量，是劃分自動噴水滅火系統(tǒng)設置場所火災危險等級的重要依據(jù)。共計：輕危險級、中危險級（其中又分為級和級）、嚴重危險級（其中又分為級和級）、及倉庫危險級（其中又分為級、級和級）。（1）嚴重危險級： 火災危險性大、可燃物多、發(fā)熱量大、燃燒猛烈和蔓延迅速的建、構筑物；（2）中危險等級： 火災危險性較大、可燃物較多、發(fā)熱量中等、火災初期不會引起迅速蔓延的建、構筑物；（3）輕危險等級：火災危險性小

12、、可燃物量少、發(fā)熱量較小的建、構筑物；在設計閉式自動噴水滅火系統(tǒng)時應本著遵循“實事求是”和“有的放矢”的原則，按各自的實際情況選擇相應設計技術數(shù)據(jù)。閉式自動噴水滅火系統(tǒng)管網中的管道種類如圖2-1所示，每種管道在系統(tǒng)中的作用是不同的，在計算時，也應作不同處理。 本次課程設計中的教學樓采用的是濕式自動噴水滅火系統(tǒng)。其自動噴水滅火系統(tǒng)的管道布置平面圖及立面圖如下：(詳圖見附圖3)圖3 教學樓2層自動噴水系統(tǒng)管道布置平面圖注：由于教學樓4層布置一樣，所以只給出2層的自動噴水系統(tǒng)管道布置平面圖。圖4 教學樓自動噴水系統(tǒng)管道布置立面圖2.3確定設計作用面積2.3.1 設計作用面積的大小設計作用面積是指一次

13、火災中按噴水強度保護的最大面積。設計時作用面積的選取應按建筑物的火災危險等級來選取，各危險等級的數(shù)據(jù)如表1所示：表1 自動噴水滅火系統(tǒng)設計的基本數(shù)據(jù)和計算用水量建筑物的危險等級設計噴水度/min·m2作用面積/m2噴頭工作壓力/MPa計算用水量/(L/S)嚴重危險度級122600.152級162600.169中危險度級61600.116級81600.121輕度危險41600.111本次設計所選取的教學樓屬于輕度危險的建筑物，由表1可得，該教學樓的設計噴水強度為4L/（），噴頭的作用面積為160，噴頭的工作壓力為0.1Mpa，計算用水量為11L/S。 設計作用面積的形狀在火災發(fā)生時，火

14、勢由火源點呈輻射狀向四周蔓延，只有處于著火區(qū)域上方的噴頭才能有效地阻止火勢蔓延，撲滅火災。因此在設計面積形狀選擇上，我們通常采用正方形布置、長方形以及菱形等幾種情況。 正方形布置：支管的間距和噴頭的間距均相等。L = 式中：L正方形布置時設計作用面積的邊長，mA設計作用面積，m2 長方形布置：支管的間距和噴頭的間距不相等。 L = 1.2式中：L正方形布置時設計作用面積的邊長，mA設計作用面積，m2 根據(jù)教學樓的的構造和面積幾何形狀，我們可以得出，本教學樓的支管間距和噴頭間距不相等，所以設計面積形狀采用的是長方形布置。按照長方形布置時設計作用面積由上表得A=160，所以邊長L=1.2=48m。

15、2.3.3 設計作用面積在管網中的位置由于水力管網末端最不利點處的噴水強度、作用壓力較其他點差，因此在管網計算中，通常由管網系統(tǒng)的最不利點處噴頭開始選取設計作用面積。2.3.4 每個噴頭的噴水量計算q = k 式中：q每個噴頭的噴水量 ，L/min P噴頭處的工作壓力 ，MPa K流量特性系數(shù)（見表2）表2 流量特性系數(shù)噴頭公稱直徑（mm）K1057158020115對于此教學樓，我們采用的噴頭公稱直徑為15mm，所以其流量特性系數(shù)為80，噴頭處的噴水壓力為0.1Mpa，所以每個噴頭的噴水量q=80L/min。2.3.5 每個噴頭的保護面積的計算 ；式中：每個噴頭的保護面積，m2 最不利點噴頭

16、噴水量，L/min 設計噴水強度，L/(minm2)該教學樓最不利點噴頭的噴水壓力為0.1Mpa時的噴水量，為80L/min，噴頭的設計噴水強度為4L/(min m2)，所以每個噴頭的保護面積為=20 m2。2.3.6 根據(jù)噴頭布置方式確定噴頭布置間距 正方形布置：S=式中：S噴頭呈正方形布置時的邊長，m 長方形布置： S1.2式中：S噴頭呈長方形布置時長邊的邊長，m噴頭布置間距為S1.2=5.3m。2.3.7 自動噴水滅火系統(tǒng)的噴頭控制數(shù)量一個系統(tǒng)的報警閥門后控制的噴頭數(shù)應有所限制，如表3表3 系統(tǒng)噴頭限制數(shù)量表限制噴頭數(shù)/個濕式系統(tǒng)預作用系統(tǒng)干式系統(tǒng)有排氣裝置無排氣裝置8008005002

17、50對于教學樓所采用的濕式自動噴水系統(tǒng)，該系統(tǒng)的限制噴頭數(shù)應采用表上的800個。2.4 管段水力計算2.4.1管徑的估算由于工程實際中所采用的管材質量以及施工單位存在差異，在工程設計中通常要求管道內的水流速度不超過5m/s、配水管的入口壓力不應大于0.40MPa。根據(jù)這個標準再結合工程實踐，通常在設計中為簡化計算，在對系統(tǒng)進行計算前，根據(jù)經驗按照不同管徑配水管上最多允許安裝的噴頭數(shù)（見表4），對管徑進行估算：表4 一般場所噴灑管網管徑的初步確定管徑/mm253240507080100最多噴頭數(shù)/個1345891213323364根據(jù)表4，從圖3教學樓的管道布置平面圖，我們可以看到該教學樓的最大

18、管徑為100mm，所以噴頭應采用33-64個。2.4.2對管道水流速度的校核流速表達公式： 式中，為流速，m/s；為流速系數(shù)，m/l； 為流量，L/s。表5 流速系數(shù)表（單位：m/L）管材管徑/mm1520253240507080100125150200250鋼管鑄鐵管5.853.0151.8831.050.80.470.2830.2040.1150.0750.0530.1270.0810.05660.0310.021該教學樓的流速系數(shù)根據(jù)表5可得，該教學樓的管材為鋼管，所以流速系數(shù)為0.115m/L，管材的流量為11L/S,管道流速=0.11511=1.265m/s<5m/s，滿足一般

19、工程設計的管道水流速要求。2.4.3管道水頭損失計算管道的水頭損失主要包括三個部分：沿程水頭損失、局部水頭損失和報警閥水頭損失。沿程水頭損失對于給水鋼管按下列公式計算： , 其中，V為管道平均水流速度，m/s；d為管道計算內徑，m。局部水頭損失可采用當量長度法計算或局部水頭損失取沿程損失值的20%計算。對于本教學樓，它的沿程水頭損失對于給水鋼管i=0.00107=0.0034Mpa局部水頭損失取沿程損失的20%計算，為0.0007Mpa。管道比阻值如下表：表6 管道比阻值表鋼管鑄鐵管管徑（mm）A（Q以L/s計算）管徑（mm）A（Q以L/s計算）254367.07517.0932938.610

20、03.65340445.31500.418550110.82000.090297028.932500.027528011.683000.010251002.6741250.86231500.33952.4.4系統(tǒng)入口處所需壓力式中：H系統(tǒng)入口處所需壓力，MPa h管道沿程和局部的水頭損失的累計值（MPa），濕式報警閥、水流指示器取值0.02MPa，雨淋閥取值0.07MPa； P0最不利點處噴頭的工作壓力，MPa； Z最不利點處噴頭與消防水池的最低水位或系統(tǒng)入口管水平中線之間的高程差，當系統(tǒng)入口管或消防水池最低水位高于最不利點處噴頭時，Z應取負值，MPa。該教學樓的管道系統(tǒng)入口處所需壓力為=0.

21、0034+0.0007+0.02+0.1+2=2.1241Mpa。2.5 濕式自動噴水滅火系統(tǒng)計算在上面的內容中，基本上包括了系統(tǒng)設計計算各個方面的數(shù)據(jù)，在設計各種危險等級的建、構筑物的濕式自動噴水滅火系統(tǒng)時，其設計噴水強度，設計作用面積和噴頭工作壓力應符合表7所示：表7 系統(tǒng)設計基本參數(shù)火災危險等級噴水強度（L/minm2）作用面積（m2）噴頭工作壓力（MPa）輕危險級41600.10中危險級級6級8嚴重危險級級12260級16注：系統(tǒng)最不利點處噴頭的工作壓力，不應低于0.05MPa。在濕式自動噴水滅火系統(tǒng)中，設計噴水強度為4L/min m2，作用面積為160 m2，噴頭最大工作壓力為最不利

22、點的工作壓力，為0.1Mpa。滿足條件。2.6 沿程計算原理介紹 沿程計算法計算原理圖如下：圖5 計算原理圖 用噴頭流量系數(shù)法求支管上各噴頭的流量，噴頭的K值由表2確定后，便可由噴頭處壓力確定其流量。現(xiàn)在以圖5為例說明計算過程。 支管盡端的噴頭1為整個系統(tǒng)的最不利點，在規(guī)定的最小工作壓力H1的作用下，噴頭1的流量為：=80=56.56L/min 噴頭2的流量為：=58.46L/min 噴頭3、4的流量，同理為：=59.33L/min式中h12、h23、h34為各自管段的水頭損失。 節(jié)點5處的流量和水壓為：=56.56+58.46+59.33=174.35L/min =0.05+0.0034=0

23、.0534Mpa。式中h4-5為水流通過4-5管段的水頭損失。 同樣，若以支管上的噴頭a為系統(tǒng)最不利點，Ha為規(guī)定的噴頭最小工作壓力，可以對支管進行計算，得到假設值H6和QD-6。2、 系統(tǒng)設計計算步驟 濕式自動噴水滅火系統(tǒng)的設計計算步驟大致如下：，確定所設計的建、構筑物的火災危險等級；，確定設計所需的基本參數(shù)（見表6）；，根據(jù)設計參數(shù)選擇系統(tǒng)類型；，選擇和布置噴頭，進行管網布置并繪制管網平面圖；，根據(jù)管網平面圖進行管網水力計算，并核算管網設計參數(shù)；，根據(jù)計算結果繪制管網平面圖和系統(tǒng)圖；，根據(jù)計算結果選擇消防器材，確定給水設施。2.6自動噴水滅火系統(tǒng)及其有關計算2.6.1設計基本數(shù)據(jù)根據(jù)本建筑

24、的功能及使用性質，火災危險等級按輕度危險級設計，其自動噴水滅火系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)見表8表8 自動噴水滅火系統(tǒng)的技術數(shù)據(jù)作用面積（）設計噴水強度噴頭工作壓力 （Mpa）噴頭流量系數(shù)延長時間（h）1604.00.1801噴頭的布置一般規(guī)定：噴頭布置在頂板易于接觸到火災熱氣流并有利于均勻布水的位置。布置間距在保護的區(qū)域內任何部位發(fā)生火災都能得到一定強度的水量。噴頭的布置成長方形采用直立型的噴頭。 布置間距： SDA;由圖3可知，噴頭的水平間距S=5m，噴頭的垂直間距D=3.2m，所以R=2.96m，取表中R=3.2m，危險等級為輕危險級，查表可得：R=3.2m S=5.00m D=4.00m。又由于本建筑

25、長為50m，寬為32m，且噴頭呈長方形布置，因此，每層的噴頭布置如下圖：圖6 噴頭布置圖（1-4層）根據(jù)噴頭布置圖，并給每個節(jié)點編號，見上圖6.經水力計算結果可得下表9。前編號后編號流量（l/s)管徑（DN）流速（m/s）管長（m）流量系數(shù)水損（Mpa）前壓（Mpa）后壓（Mpa）121.33252.435.0800.02900.10000.1290232.93255.525.0800.06390.12900.1930345.81326.105.0800.02780.19300.2203457.71503.635.0800.00420.22030.2245569.62504.525.0800.

26、00530.22450.22986715.27704.325.0800.00440.22980.23427825.37707.185.0800.00370.23420.23798940.96808.365.0800.00240.23790.240391062.728012.795.0800.00370.24030.2440101195.1610010.945.0800.00130.24400.2453從表6-2得出，系統(tǒng)計算流量Q=95.16L/s，系統(tǒng)作用面積為1041.05，系統(tǒng)平均噴水強度為4.758L/minm2>4 L/minm2，滿足輕危險級建筑物防火要求。2.7火災自動報警與消防聯(lián)動控制系統(tǒng)2.7.1 火災自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)方案的確定在設計火災自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)時，首先是明確建筑物本身建筑特點和功能特點，了解該建筑的防火工程設計中其它專業(yè)的設施，對于電氣專業(yè)的設計要求，然后根據(jù)有關規(guī)范對建筑物定性，確定系統(tǒng)的總體結構?；馂淖詣訄缶跋缆?lián)動控制系統(tǒng)的基本職責為：控制中心對探測回路進行巡測，當某一探測區(qū)域內著火，該處的探測器采集到現(xiàn)場信號，并立即把信號發(fā)回控制中心的控制器，控制器將此信號進行判斷，若確認著火，控制器則向