超高層建筑給水、消防系統(tǒng)的選擇與分區(qū)

超高層建筑給水、消防系統(tǒng)的選擇與分區(qū)

0規(guī)范的“超高層”高層建筑以其美麗的身體、巨大的體積和現(xiàn)代化的氣息為吸引人，并受到強(qiáng)烈的視覺影響。它的高面積吸引了許多房地產(chǎn)開發(fā)商的喜愛和尊重。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷迅猛發(fā)展,超高層建筑越來越多地出現(xiàn)在人們的視野中。對(duì)于超高層建筑的給排水及消防設(shè)計(jì),也在不斷的摸索中逐步完善。我國《民用建筑設(shè)計(jì)通則》(GB50352—2005)第3.1.2條對(duì)超高層建筑的定義做了明確規(guī)定:“建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑?！睂?duì)室內(nèi)給水設(shè)計(jì)而言,100m的建筑高度并非劃分系統(tǒng)的絕對(duì)依據(jù):高度不到卻接近100m的高層建筑與超高層建筑在給排水設(shè)計(jì)上是類似的;100m左右的超高層與200m或以上的超高層在給排水設(shè)計(jì)上則有很大不同。如《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045—95,2005年版,以下簡稱“高規(guī)”)第1.0.5條規(guī)定:“當(dāng)高層建筑的建筑高度超過250m時(shí),建筑設(shè)計(jì)采取的特殊防火措施,應(yīng)提交國家消防主管部門組織專題研究論證。”因此,超高層建筑給排水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建筑高度及建筑功能,并結(jié)合當(dāng)前適用建筑材料的特性來確定。1系統(tǒng)選擇和劃分1.1合理的供水方式《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50015—2003,2009年版,以下簡稱“建規(guī)”)中第3.3.3~3.3.6條對(duì)建筑物內(nèi)生活給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)原則作了規(guī)定。超高層建筑的室內(nèi)生活給水系統(tǒng)分區(qū)應(yīng)當(dāng)遵守其規(guī)定。室內(nèi)生活給水系統(tǒng)首先要區(qū)分不同性質(zhì)的用水區(qū)域,分別設(shè)置給水加壓系統(tǒng)。超高層建筑可能是功能單一的住宅樓、辦公樓,也可能是含有多種功能的帶裙房的綜合樓建筑群。由于計(jì)費(fèi)的需要,不同功能的用水區(qū)域,其給水系統(tǒng)也要互相獨(dú)立設(shè)置。根據(jù)所針對(duì)的場所,生活用水大致分為居民用水、行政事業(yè)用水、經(jīng)營服務(wù)用水、特種行業(yè)用水等。劃分給水系統(tǒng)前應(yīng)當(dāng)了解當(dāng)?shù)毓┧块T的收費(fèi)范圍和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)不同的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置不同的給水系統(tǒng)。其次確定各個(gè)給水系統(tǒng)的供水方式?！敖ㄒ?guī)”第3.3.6條:“建筑高度超過100m的建筑,宜采用垂直串聯(lián)供水方式?！北緱l是對(duì)供水方式的原則性規(guī)定,對(duì)不同功能或多功能組合的超高層建筑,設(shè)計(jì)上要視具體情況具體分析,選擇最合理的供水方式或組合供水方式。例1:某住宅區(qū)含3棟42層超高層純住宅樓,層高為3m,建筑高度為126m。生活給水分區(qū)如下:1區(qū)為-2~2層,由市政給水管網(wǎng)直接供水;2區(qū)為3~12層,由2區(qū)變頻泵組供水;3區(qū)為13~22層,由3區(qū)變頻泵組供水;4區(qū)為23~32層,由4區(qū)變頻泵組供水;5區(qū)為33~42層,由5區(qū)定速水泵加壓至屋頂水箱供水。選擇此種供水方式是考慮了以下幾個(gè)因素:(1)變頻供水較屋頂水箱的供水方式衛(wèi)生條件好,有條件的情況下優(yōu)先采用,本工程在住宅100m以下的部分均采用變頻供水。(2)對(duì)變頻供水泵組而言,高峰流量與低谷流量之差越小,水泵在高效區(qū)運(yùn)行的時(shí)段就越長,對(duì)節(jié)能就越有利。在住宅項(xiàng)目中,供水泵組所負(fù)擔(dān)的戶數(shù)越多,流量就越趨于均勻,高峰流量與低谷流量之差就越小。(3)供水泵組所負(fù)擔(dān)的住宅層數(shù)受給水器具的承壓能力的限制?！敖ㄒ?guī)”第3.3.4條規(guī)定:“衛(wèi)生器具給水配件所承受的最大工作壓力不得大于0.6MPa”。一個(gè)給水分區(qū)的最大層數(shù)n=(0.6-p)/h。式中:p為戶內(nèi)支管最小接入水壓,p根據(jù)戶內(nèi)支管的布置計(jì)算確定,一般為0.1~0.3MPa;h為建筑層高。本工程n為10層。(4)由于本工程未設(shè)設(shè)備層,因此不具備串聯(lián)給水方式實(shí)施條件。事實(shí)上超高層住宅項(xiàng)目大都沒有設(shè)置設(shè)備層。如何在沒有設(shè)備層的超高層建筑中采用串聯(lián)給水方式是一個(gè)尚待研究的課題。(5)超過100m的樓層由于管道較長,壓力較大,保證供水的安全性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。采用高位水箱的供水方式在這方面無疑是占有優(yōu)勢的。且定速水泵可以一直在高效區(qū)運(yùn)行,如果供水區(qū)域不大,則在能耗方面與變頻方式供水差別很小。例2:某辦公樓共48層,底下6層為商業(yè)用途的裙房,建筑高度193m,其中7層、22層、34層為避難層。生活給水分區(qū)(不含裙房)如下:1區(qū)為-3~2層,由市政給水管網(wǎng)直接供水;2區(qū)為3~8層,由低區(qū)變頻泵減壓供水;3區(qū)為9~15層,由低區(qū)變頻泵減壓供水;4區(qū)為16~22層,由低區(qū)變頻泵直接供水;5區(qū)為23~28層,由中區(qū)變頻泵減壓供水;6區(qū)為29~34層,由中區(qū)變頻泵直接供水;7區(qū)為35~41層,由高區(qū)生活水箱減壓供水;8區(qū)為42~48層,由高區(qū)生活水箱直接供水。22層設(shè)中間水箱,供中區(qū)泵及高區(qū)泵取水。選擇此種供水方式是考慮了以下幾個(gè)因素:(1)辦公建筑一般生活用水量較小,如果采用泵組過多,則前期投入過大,后期運(yùn)行管理費(fèi)用較高,不經(jīng)濟(jì)。本工程2區(qū)、3區(qū)、5區(qū)均采用變頻泵組減壓供水。(2)超過100m的樓層如果均由地下室泵房供水,管材、設(shè)備的耐壓等級(jí)比普通樓層提高,可靠性降低,勢必增加造價(jià)。在避難層設(shè)設(shè)備間將供水系統(tǒng)分為上、下兩個(gè)區(qū)可解決此問題。(3)22層中間水箱作為中區(qū)及高區(qū)水泵的取水水箱,已經(jīng)擔(dān)負(fù)了上區(qū)的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)輸雙重功能。因此,16~22層沒有采用高位水箱供水,而是采用變頻供水的方式。1.2消防系統(tǒng)1.2.1消火栓系統(tǒng)分區(qū)超高層建筑的消火栓系統(tǒng)在絕大多數(shù)情況下只能采取臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的供水方式?！案咭?guī)”第7.4.6.5條規(guī)定:“消火栓栓口的靜水壓力不應(yīng)大于1.0MPa,當(dāng)大于1.0MPa時(shí),應(yīng)采取分區(qū)給水系統(tǒng)?！背邔咏ㄖ鹚ㄏ到y(tǒng)分區(qū)均以此條為原則,一般采用水泵、減壓閥或減壓水箱進(jìn)行分區(qū)。直接用水泵來分區(qū)是指每個(gè)分區(qū)有各自專用的消防泵,即并聯(lián)系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)性上考慮,現(xiàn)在這種方式應(yīng)用越來越少。隨著產(chǎn)品質(zhì)量的逐步提高以及產(chǎn)品功能的不斷創(chuàng)新,減壓閥在系統(tǒng)分區(qū)中的作用日益擴(kuò)大。美國NFPA14-2007《StandardfortheInstallationofStandpipe,PrivateHydrant,andHoseSystems》中規(guī)定系統(tǒng)任何一點(diǎn)的壓力在任何時(shí)間不能超過2.41MPa。國內(nèi)業(yè)界也認(rèn)同此觀點(diǎn),即原則上消防水泵的壓力不應(yīng)大于2.4MPa。壓力在2.4MPa以下時(shí),豎向可以采用減壓閥來分區(qū)。實(shí)際上,民用專用消防泵的揚(yáng)程一般都小于2.0MPa。還是以42層住宅樓為例,消火栓系統(tǒng)分區(qū)如下:1~20層為低區(qū),由地下室的消火栓泵減壓供水;21~42層為高區(qū),由消火栓泵直接供水。這樣分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)在于管路和控制系統(tǒng)簡單,所占管井較少,不需要占用設(shè)備層,但對(duì)減壓閥的質(zhì)量要求較高。減壓閥需備用。對(duì)于高度接近或超過200m的超高層,由于幾何高差接近一般常用的管材設(shè)備的壓力極限,消火栓系統(tǒng)分區(qū)不能單純以減壓閥來分區(qū)。以上述48層辦公樓為例,消火栓系統(tǒng)分區(qū)如下:-3~7層為1區(qū),由低區(qū)消火栓泵經(jīng)減壓閥減壓后供水;8~22層為2區(qū),由低區(qū)消火栓泵直接供水;23~34層為3區(qū),由高區(qū)消火栓泵經(jīng)減壓閥減壓后供水;35~48層為4區(qū),由高區(qū)消火栓泵直接供水。(為敘述方便,1區(qū)、2區(qū)合稱低區(qū),3區(qū)、4區(qū)合稱高區(qū))中間消防水箱和高區(qū)消火栓泵設(shè)于22層。這樣分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)在于消火栓泵揚(yáng)程不至于過大,管道及設(shè)備的耐壓等級(jí)也不會(huì)過高。它的不利因素是對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求較高,需設(shè)中間設(shè)備層,設(shè)備分散,管理不便。1.2.2自動(dòng)噴規(guī)系統(tǒng)的分區(qū)根據(jù)“高規(guī)”,高度超過100m的建筑均應(yīng)設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)?！蹲詣?dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB500084—2001,2005年版,以下簡稱“噴規(guī)”)第8.0.1條規(guī)定:“配水管道的工作壓力不應(yīng)大于1.2MPa”。設(shè)計(jì)應(yīng)以每個(gè)報(bào)警閥所負(fù)擔(dān)的樓層進(jìn)行分區(qū),并盡量使分區(qū)與生活給水系統(tǒng)及消火栓給水系統(tǒng)相適應(yīng),以避免橫管過于分散?！皣娨?guī)”第6.2.3.1條規(guī)定:“濕式系統(tǒng)及預(yù)作用系統(tǒng)一個(gè)報(bào)警閥組所控制的噴頭數(shù)不宜超過800個(gè),干式報(bào)警閥組所控制的噴頭數(shù)不宜超過500個(gè)?！钡?.2.4條規(guī)定:“每個(gè)報(bào)警閥組供水的最高與最低位置的噴頭高差不大于50m。”則報(bào)警閥所負(fù)擔(dān)的層數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)上述條文確定。對(duì)于超高層建筑,按上述條件所確定豎向分區(qū)最少也需要3個(gè),有的可能達(dá)到十幾個(gè)分區(qū)之多。由于每個(gè)報(bào)警閥后都需要單獨(dú)的立管,這就會(huì)在設(shè)計(jì)上給管路的排列和管井的布置帶來很大限制。結(jié)合“噴規(guī)”對(duì)多個(gè)報(bào)警閥前管道成環(huán)以及配水管最大工作壓力的要求,將噴淋水泵和報(bào)警閥前的供水管道豎向成環(huán)可以較好地解決以上問題。仍以42層住宅樓為例,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)分區(qū)如下:1~10層為1區(qū),11~20層為2區(qū),21~30層為3區(qū),31~42層為4區(qū)。1~3區(qū)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)分別由管井內(nèi)成環(huán)狀的雙主立管上引出,各區(qū)分別經(jīng)減壓閥減壓后供水,4區(qū)由自動(dòng)噴水滅火主立管直接供水。2管道和設(shè)備的選擇超高層建筑由于管路系統(tǒng)內(nèi)壓力較大,管材及設(shè)備也有其特殊要求。如果忽視了這一點(diǎn),可能會(huì)留有事故隱患,故需引起設(shè)計(jì)重視。2.1管道的管輸設(shè)計(jì)工作壓力超過1.0MPa的給水管應(yīng)該采用有足夠強(qiáng)度的金屬管,一般不建議用塑料管,盡管塑料管也有壓力等級(jí)達(dá)到1.6MPa甚至2.5MPa的管材。足夠強(qiáng)度的金屬管包括厚壁鍍鋅鋼管、無縫鋼管、不銹鋼管等。用于生活系統(tǒng)上的管材還應(yīng)考慮衛(wèi)生的需要,例如可選用襯塑、涂塑鋼管等。在管材的連接方式上,焊接、法蘭、溝槽等連接方式可以達(dá)到或超過管材本身的抗壓強(qiáng)度,是高壓管道連接優(yōu)先考慮的方式。螺紋連接一般用于DN100以下較小的管道,其承壓能力略小。塑料管熱熔連接點(diǎn)是整個(gè)管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),在高壓管道系統(tǒng)中應(yīng)避免使用。超高層建筑的排水管有多種選擇。使用較多的有PVC-U排水管,HDPE排水管,球墨鑄鐵排水管等。但PVC-U排水管因其本身強(qiáng)度稍差,特別是以成品膠粘接的,容易脫落,一般不建議采用。2.2確定壓力等級(jí),根據(jù)系統(tǒng)工作壓力、試驗(yàn)壓力分級(jí),其認(rèn)為,系統(tǒng)壓力等給水系統(tǒng)的閥門,尤其是系統(tǒng)下部的閥門,其公稱壓力等級(jí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)工作壓力、試驗(yàn)壓力來確定。如果系統(tǒng)未設(shè)安全泄流裝置,則還應(yīng)當(dāng)考慮水錘的因素。2.3消防水泵接合器安裝“高規(guī)”第7.4.5條規(guī)定室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)設(shè)消防水泵接合器,如果系統(tǒng)有分區(qū)的,在消防車供水壓力范圍內(nèi),應(yīng)分別設(shè)消防水泵接合器。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)圖99S203《消防水泵接合器安裝》僅適用于室內(nèi)消防系統(tǒng)工作壓力不大于1.6MPa的場所。若室內(nèi)消防系統(tǒng)工作壓力大于1.6MPa而又在消防車供水壓力范圍內(nèi),則消防水泵接合器需特別定制。3不穩(wěn)定因素的影響超高層建筑的室內(nèi)給排水系統(tǒng)相對(duì)于一般建筑是處于高壓狀態(tài),不穩(wěn)定因素較多。為防止意外事故的發(fā)生以及檢修的需要,系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有減壓穩(wěn)壓組件及相關(guān)技術(shù)措施。3.1消防給水系統(tǒng)的減壓閥、放空系統(tǒng)及排水管系統(tǒng)給水系統(tǒng)上的防超壓措施主要有減壓閥、減壓穩(wěn)壓消火栓、安全閥、泄壓閥、減壓孔板及節(jié)流管等。給水系統(tǒng)經(jīng)常用減壓閥進(jìn)行分區(qū)。用來分區(qū)的減壓閥有比例式和可調(diào)式的?？烧{(diào)式減壓閥的壓力調(diào)整范圍一般不大于0.7MPa。對(duì)生活給水系統(tǒng)而言,可調(diào)式減壓閥的閥前與閥后壓力差不宜大于0.4MPa,要求環(huán)境安靜的場所不應(yīng)大于0.3MPa。一個(gè)給水分區(qū)內(nèi)有可能存在超壓的管段,也可以通過可調(diào)式減壓閥來減去過剩壓力。管徑大于DN50的管段一般采用先導(dǎo)式可調(diào)減壓閥,小于等于DN50的管段一般采用直接式可調(diào)減壓閥。消防給水系統(tǒng)與生活給水系統(tǒng)一樣,也常用減壓閥進(jìn)行分區(qū)。不同點(diǎn)在于消防給水系統(tǒng)減壓閥要求成組設(shè)置,即設(shè)置備用(單個(gè)報(bào)警閥例外)。生活給水系統(tǒng)上的減壓閥可成組設(shè)置,即備用設(shè)置,也可不設(shè)備用。當(dāng)不設(shè)備用減壓閥時(shí),要保證減壓閥失效時(shí)管道的壓力不超過衛(wèi)生器具的最大可承受壓力?！敖ㄒ?guī)”規(guī)定衛(wèi)生器具的最大可承受壓力不得大于0.6MPa。消火栓給水系統(tǒng)常常在超壓管網(wǎng)上采用減壓穩(wěn)壓消火栓。安全閥及泄壓閥一般用于系統(tǒng)壓力最大處,如水泵出口、減壓閥組附近等,閉式熱水系統(tǒng)的壓力容器也用到安全閥。超高層建筑的水泵接合器應(yīng)安裝安全閥。減壓孔板及節(jié)流管可起到減壓限流作用。一般用于管網(wǎng)末端減壓,如水龍頭。由于對(duì)流量有影響,配水管上較少采用。消火栓給水系統(tǒng)中,減壓孔板及節(jié)流管一般設(shè)于消火栓口或水流指示器前。在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中,減壓孔板孔徑不應(yīng)小于管道直徑的30%,且不小于20mm。3.2消能措施設(shè)計(jì)為避免高速下落水流沖擊損壞排水管,超高層建筑的