高层建筑设计计算说明书.docx
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高层建筑设计计算说明书
摘要
随着国民经济的发展，人民居住理念的变化，高层建筑如雨后春笋般，越来越多的矗立于城市之中。
城市住宅由纯多层住宅或纯高层住宅向具有一定规模的多层小高层、高层住宅组合而成的居住小区转化，公共建筑亦由功能单一向多用途、大面积、综合性的高层建筑发展。
高层建筑的给排水设计也就成了影响建筑物日后使用的重要因素。
本文针对某市一高层商住楼，结合对设计标准、规范的理解，对该建筑的给水系统、排水系统、消火栓给水以及自动喷洒给水系统，主要以设计计算说明的形式，进行了初步探讨。
Abstract
Withthedevelopmentofthenationaleconomyandchangesintheconceptofpeopleliving,thehigh-risebuildingsoarseverywhereinthecitymoreandmore.Thecityhousingconstructionisbeingconvertedfrompuremultistoriedhousingconstructionorpurehigh-risehousingconstructiontoresidentialareacomposedofmultistoriedlittlehigh-riseconstructionwithacertainscaleandhigh-risehousingconstruction.Thepublicbuildingdevelopsitselffromsinglefunctionhigh-risebuildingtomulti-purpose,bigarea,integrateone.Andsothedesignofhigh-risebuildinginwatersupplyanddrainagebecomesanimportantfactorimpactingthelateruseofthebuilding.
Accordingtoacommercialhigh-risehousingconstructioninacity,integratingtheunderstandingofthedesignstandardsandparameters,thisarticlemakesapreliminaryexplorationmainlyintheformofdesigncalculationsinthewatesupplysystem,drainagesystem,hydrantwatersupplysystemandautomaticsprinklewatersupplysystem.
第一章设计任务书
某城市拟建一幢高层民用建筑，共有19层，地上18层，地下1层。
建筑总高度为65米，该建筑占地面积约2000平方米。
地下室是设备用房，用作泵房和修建贮水池，地下室地面标高为－5.00米，1~2层是裙房，作为商业场所使用。
1、2层均为4.8米高，1层设有男女公用卫生间，男厕所内设自闭式冲洗蹲便器5个，1.8米长小便槽一个，洗手盆污水盆各1个；女厕所内设自闭式冲洗蹲便器5个，洗手盆2个，污水盆1个。
2层上面设有1.8米高的设备层，在设备层对给排水以及消防管线进行必要的调整。
3~18层为单元式住宅，层高3.0米，每层4户，每户都是两室一厅，一个厨房和一个卫生间。
厨房内设厨房洗涤盆1个，卫生间内设浴盆1个，低位水箱坐便器1个，洗脸盆1个。
每户设分户水表，共用水表箱设在走廊内。
在18层上面设有高度为0.8m的闷顶。
室外常年可保证的水压为200kPa。
建筑内的供水要求保证安全和稳定。
既要有足够的水量，又要有良好的水质和稳定适宜的水压。
该住宅建筑不需设置热水供应系统。
现要求设计出该高层民用建筑室内的给水、排水、消火栓系统以及自动喷洒灭火系统。
第二章设计方案
该商住楼外形为狭长型，考虑到管网水力条件的均匀和优化，将其分为两个面积基本相等区域分别供水，设置两套结构、功能基本相同且对称的给水、排水、消火栓以及自动喷洒灭火系统。
因此，对其中一个区域进行设计计算，另一个区域与之基本相同，可只作个别部位的说明计算。
1.生活给水设计
⑴ 高层建筑给水系统竖向分区
当建筑高度很大时，若采用同一个系统供水，建筑底层配水点所受到的静水压力会很大，将会产生以下弊端：
配水水龙头开启时，水流喷溅严重，使用不便。
当配水龙头关闭时容易产生水锤，不但会引起噪音还会损坏管道及附件，造成漏水。
由于压力过，龙头，阀门等给水配件易受到磨损缩短寿命，同时增加了维修工作量。
流速过大，会产生水流噪声，振动噪声，影响室内安静。
为了消除上述弊端，当建筑高度达到某一高度时，给水系统需做竖向分区。
我国《高层建筑给水排水设计规范》GBJ15-98规定：
高层建筑生活给水系统应竖向分区，各分区的最低点的卫生器具配水点的静压力，住宅，旅馆，医院宜为300~500kpa。
由于本住宅建筑只有二楼上一个设备层，住宅各层都是3米。
分区多于三个无论采用水箱还是减压阀都会对层高利用产生影响。
故用独立的生活给水系统，生活给水系统分成高低两个供水区域。
建筑下面两层和地下室可利用室外给水管网的压力直接供水。
既能保证供水安全，又可节约能源，基建投资与运行管理费用。
⑵ 高层建筑给水方式
在高层建筑竖向分区确定后，就要对给水方式进行选择。
高层建筑的给水
方式有：
高位水箱给水方式，气压罐给水方式和无水箱给水方式。
给水方式选择应以经济合理，技术先进，供水安全可靠为原则。
高位水箱给水方式是运用较为普遍的一种给水方式。
它主要有贮水池，加压水泵，高位水箱和配水管网组成。
这种供水方式又可分为串联给水方式，并联给水方式，减压水箱给水方式，减压阀给水方式等。
串联给水方式
该方式是将水泵和水箱分散设置与各区的楼层中，低区水箱兼作上一区的贮水池，水泵由下区水箱抽送至上区水箱，再由水箱向各区供水。
优点：
水泵压力较均衡，所需扬程小，水锤影响小，耗材合理。
缺点：
设备布置分散，占用面积大管理不便；水泵设在楼层，对防震，隔声要求高。
上区供水受到下区的限制，供水可靠性差。
并联给水方式
这种方式是各分区独立设置水泵和水箱，水泵集中不只在建筑底层或地下室，分别向各区供水。
优点：
各区是独立的供水系统，供水安全可靠；水箱分散设置各区水箱容积小，有利于结构设计。
水泵集中布置，便于管理维修。
缺点：
水泵桃树多，供水高压管路长，投资费用高，水箱占用上层建筑面积多。
减压水箱给水方式
这种方式是将整个建筑用水量全部由底层水泵送至屋顶水箱，然后再分别送至各分区水箱，分区水箱只起减压作用。
优点：
水泵台数及类型少，所需泵房面积小，投资少，设备集中，便于集中管理。
缺点：
建筑内全部用水均需水泵提升至屋顶水箱，使水泵输送量大，工作时间长，转运经费高，屋顶水箱容积大，加大建筑荷载，提升了对建筑结构设计和抗震要求，供水可靠性差。
减压阀给水方式
该方式工作原理与减压水箱给水方式相同，只是分区给水系统用减压阀代
替减压水箱。
优点：
减压阀不占用楼层面积，可使建筑面积得到更好的利用。
缺点：
水泵运行动力费用高，同时减压阀的质量需要得到很好的保证。
由于采用水箱供水安全可靠性要好于单用水泵供水，也比气压罐的调节容积大，故采用高位水箱给水方式。
此住宅楼只有二层上一个设备层，除商场外各层高均为3米，且住宅的防噪声要求较高，所以不用水箱串联和水箱间减压给水方式。
建筑的日用水量并不大，用多泵并联给水方式，会增加泵的数量和泵房的建筑面积，也增加了动力费用和管材的耗用量。
综合考虑分析以上几种供水方式，选择减压阀给水方式比较合适。
２.排水系统设计
高层建筑的排水系统组成应满足以下三个要求：
系统能迅速通畅地将污废水排到室外。
排水管道系统气压稳定，有毒有害气体不进入室内，保持室内环境卫生。
管线布置合理，简短顺直，工程造价低。
室内污水采用合流制排放。
排水立管采用特殊配件单立管系统，这种系统是有一根排水立管和两种特殊连接配件组成的单立管排水系统。
组成中的一种配件是在立管与支管连接的节点处装置特制配件，成为上部特制配件。
另一种配件是立管底部转弯处的弯头特制配件，称为下部特制配件。
这种系统具有良好的排水性能和通气性能，适用于各类高层建筑。
住宅排水立管在设备层汇合后沿墙柱排出室外，商场污水单独排出。
泵房内设污水坑，安装潜水泵，由水坑内水位自动控制水泵的运行。
３.消防给水系统设计
⑴ 室外消火栓给水系统
室外消火栓给水系统由室外消火栓、室外消防给水管网和消防水池组成。
扑救火灾时，可向消防车等室外消防用水设备供水。
室外消防给水与市政生活给水由DN200mm的环状管网供水，在管网上设
4个室外地上式消火栓。
室外消防给水管道可采用高压管道、临时高压管道和低压管道。
在这里作一下简单介绍：
①高压管道要求消防管道内经常保持足够的压力，火场上需使用消防或其他移动式水泵加压，而直接由消火栓接出水带、水枪灭火。
②临时高压管道管道内平时水压不高，在水泵站内设有高压消防水泵，当接到火警时，开启高压消防水泵，使管道内的压力迅速达到高压给水管道的压力要求。
③低压管道管道内平时压力较低，保证管网内最不利点消火栓的压力大于或等于0.1MPa即可，当发生火灾时，由消防车或移动式消防水泵进行加压。
在该工程中采用第三种方式，即低压制。
室外消火栓的消防水源由市政给水管网直接供给。
⑵ 室内消防给水系统
本工程的消防对象为住宅，商场，按照我国《建筑设计防火规范》，超过6层的塔式住宅，通廊式建筑，底层设用商业网点的单元式住宅和超过7层以上的单元式住宅都应设置室内消火栓。
我国《高层建筑设计防火规范》规定，高层建筑中二类建筑中的商业营业厅，展览厅等公共活动用房均应设置自动喷水灭火系统。
故本建筑室内每层都设消火栓灭火系统，商场加设自动喷水灭火系统。
消火栓给水系统形式
按消防给水系统压力分，室内消防给水系统可分为高压、准高压和临时高压消防给水系统。
高压消防给水系统 管网里经常保持灭火所需水量水压，消防时不需启动升压设备，直接使用灭火设备救火，系统简单供水安全。
准高压消防给水系统消防给水管网内经常保持足够的压力，压力由稳
压泵或气压给水设备等增压设施保证。
在水泵房（站）内设有高压消防水泵，
在火灾时启动消防水泵，使管网的压力满足消防水压的要求。
临时高压消防给水系统 消防给水管网内平时水压不高，在水泵房（站）内设有高压消防水泵，发生火灾时启动高压消防水泵后使管网内的压力达到消防水压的要求。
本工程使用准高压消防给水系统，这也是在高层建筑中广泛采用的消防给水系统。
消防系统不分区，与生活给水系统独立设置。
将稳压泵和小型气压罐联合使用，将其设置在高层建筑的顶部水箱间内。
这种增压设施占用面积小，能耗低，投资少，运行可靠等优点。
根据规定：
一类建筑的商业楼，展览馆，综合楼和消防高度超过100米的其他高层建筑内，均应增设消防卷盘，即自救式小口径消火栓设备。
其栓口直径为32mm，配带的小口径开关水枪喷嘴口径为8mm，橡胶水龙带内径19mm，长度30m。
橡胶卷绕在可旋转的转盘上，与普通消火栓设在组合式消防箱内。
该设备操作方便，便于非专职消防人员在火灾初期及时救火。
以防火势蔓延，提高救火成功率。
因消防卷盘只在火灾初期时使用，因此只要求室内地面任何部位有一股水流能够到达，而不要求到达室内任何部位，其安装高度应便于取用，其用水量可不计入消防用水量。
自动喷洒灭火系统
自动喷洒灭火系统是在火灾发生时，能自动打开喷头喷水并同时发出火警信号的消防灭火设施，经国内外大量事实验证，它具有安全可靠，控制火灾成功率高，经济适用等特点。
根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）规定：
建筑高度不超过100m的一类高层建筑及其裙房的下列部位，除普通住宅和高层建筑中不宜用水扑救的部位外以及二类高层建筑中的商业营业厅、展览厅等公共活动用房和建筑面积超过200m2的可燃物品库房均应设置自动喷洒灭火系统。
自动喷洒灭火系统按其保护对象可分为：
洒水系统，雨淋系统，水幕系统，水喷雾系统四种类型。
其中洒水系统又可分为湿式系统，干式系统，干湿兼用系统和预作用系统。
本设计采用湿式自动喷水灭火系统，管道始终充满有压水，当火灾发生时
闭式喷头感温元件开启，喷头即能及时喷水灭火，同时发出火警信号。
该系统具有灭火速度快，控火效率高的特点，也适用于常温环境下的建筑物。
⑶ 室内消防给水系统的供水设施
供水设施分类。
供水设施分类见下表：
供水设施分类
名称
作用和目的
主要设施
自动供水设施
保证高层建筑室内消防给水设备扑救初期火灾所需水量和水压的设施
消防水箱或具有规定容积的气压给水设备
主要供水设施
保证高层建筑室内消防给水设备扑救大火时，有可靠的水量和水压的设施
固定消防水泵，消防水池
临时供水设施
补充室内消防给水管网水量的设施
消防水泵接合器
水泵接合器
消防水泵接合器是消防队使用消防车从室外水源或市政给水管取水，向室内管网供水的接口。
水泵接合器的作用为：
（a）室内消防水泵发生故障时，消防车从室外消火栓取水，通过它将水送至室内消防给水管网；（b）室内遇大火消防用水不足时，可通过它将水送至室内消防给水管网，补充消防用水量的不足；（c）室内消防水泵压力不足时，可通过它将水送至室内。
水泵接合器有地上式、地下式和墙壁式三种安装方式，在该工程中选择地上式。
设置在建筑物的两个侧面和正面，共四个。
第三章设计计算书
1.生活给水系统的计算
该建筑用独立的生活给水系统，建筑内采用分区供水的方式。
生活给水系统分成高低两个供水区域。
地下室至一，二层为低区，由室外给水管网直接供水，管网布置成下行上给式；3~18层为高区布置成上行下给式，由高位水箱和水泵联合供水。
由于市政给水管网不允许生活水泵直接抽水，在地下室内设贮水池，泵房设在地下室。
屋顶水箱设水位继电器自动起闭水泵。
为使消防水箱中的水常处于流动更新状态以保证水质，采用生活和消防合用水箱，同时也要采取措施使消防用水不被动用，因此生活给水使用顶端开口的虹吸管从水箱底部吸水。
贮水池也是用生活消防合用水池，在池中设置溢流墙，以保证消防贮水不被动用。
⑴ 用水量计算
查阅《新编建筑给水排水工程师手册》住宅中二类建筑的用水定额在130L/p·d~220L/p·d之间，在本设计中取用最高标准220L/p·d。
时变化系数Kh=2.5，用水时间T=24h。
每户人口定为3人，用水人数为3*4*16=192人
高区最高日用水量Qd=192*220／1000=42.24m3/d
高区最高日最高时用水量Qh=Kh*Qd／T=2.5*42.24／24=4.4m3/h
低区用水全部由市政给水管网直接供给，对高位水箱容积的计算无贡献。
⑵ 设计秒流量公式的确定
采用
查表
住宅
=1.02，
=0.0045；
商场
=1.5，
=0；
⑶ 屋顶水箱容积计算
该建筑屋顶设两个体积相等的水箱，采用生活，消防合用，为了使水箱中的水经常保持流动更新，又要保证消防用水不被动用，生活出水管采用虹吸管钻孔措施，示意图如下：
水箱的进水出水管分设在两侧也是为了避免水流短路。
消防出水管口距水箱底≥50mm,以防止沉淀物进入配水管网,出水管上用阻力较小的旋启式止回阀，止回阀标高应低于最低水位不少于1m，以保证止回阀开启所需的压力。
采用水箱水位与水泵连锁，在水箱侧壁安装浮球式液位指示器，可以根据水箱水位自动控制水泵的开闭。
消火栓给水系统：
市内消火栓用水量20L/s,是外为15L/s。
自动喷洒系统：
喷水量为20L/s。
室内消防总用水量为40L/s。
水箱的消防贮水量Vx=60*qvx*Tx=60*40*10/1000=24m3
生活贮水量的计算公式为：
式中
──水箱的有效容积，m3；
──水泵出水量,m3/h；
──水泵1h内最大启动次数，一般选用4~8次/h；
──安全系数，可在1.5~2.0内采用。
选
＝1.2*Qh＝1.2*4.4m3/h=5.28m3/h取
为2.0，
为4，
∴
=2*5.28／4*4＝0.66m3，取为1.0m3
∴高位水箱的容积为V=Vx+
=24+1.0=25m3
选用3.2m*3.2m*2.7m=27.6m3（包括0.2m超高）的水箱。
⑷地下贮水池容积计算
贮水池为生活和消防合用水池，应考虑消防用水不被动用的措施。
在这里采用在水池中设置溢留墙的形式。
水池的进水口不能被淹没，进出水管布置在水池壁的不同侧面，以避免水流短路。
方法见下图：
其有效容积为生活调节容积，消防贮水容积和安全用水容积之和。
生活调节容积取最大日用水量的25%，安全容积取最大日用水量的10%。
就有，V=Vs+Vx+Vb
生活贮水量Vs=25%*Qd=0.25×42.24×2=21.12m3
消防贮水量为消火栓2小时，自动喷洒1小时，
Vx=60*20*120/1000+60*20*60/1000=144+72=216m3
∴V=Vs+Vx+Vb=21.12+216+8.448=245.58m3
选用10m*8m*3.2m=256m3（包括0.25m超高）的贮水池
⑸管道水力计算
①低区生活给水系统计算
1~2层计算简图以及水力计算表分别如下：
低区PVC给水管水力计算表
管段
编号
卫生器具的当量及数量
当量总数Ng
设计秒流量（L/s）
管径DN
（mm）
流速V（m/s）
单位管长水损（kPa/m）
管长（m）
沿程水头损失（kPa）
洗手盆Ng=1.0
污水盆Ng=1.0
大便器Ng=6.0
小便槽Ng=0.25（每m）
1’~2’
1
1.0
0.200
25
0.58
0.26
0.83
0.216
2’~3’
1
1.8
1.45
0.290
25
0.84
0.50
2.67
1.335
3’~4’
1
1
1.8
2.45
0.470
32
0.81
0.34
2.53
0.860
5’~6’
1
6.0
1.200
50
0.84
0.21
0.93
0.195
6’~7’
2
12.0
1.200
50
0.84
0.21
0.93
0.195
7’~8’
3
18.0
1.273
50
0.89
0.23
0.93
0.214
8’~9’
4
24.0
1.470
50
1.03
0.30
0.93
0.279
9’~4’
5
30.0
1.643
50
1.15
0.37
0.43
0.159
4’~15’
1
1
5
1.8
32.45
1.709
50
1.20
0.39
0.34
0.133
10’~11’
1
6.0
1.200
50
0.84
0.21
0.93
0.195
11’~12’
2
12.0
1.200
50
0.84
0.21
0.93
0.195
12’~13’
3
18.0
1.273
50
0.89
0.23
0.93
0.214
13’~14’
4
24.0
1.470
50
1.03
0.30
0.93
0.279
14’~15’
5
30.0
1.643
50
1.15
0.37
0.43
0.159
15’~16’
1
1
10
1.8
62.45
2.371
63
1.05
0.23
1.73
0.398
17’~18’
1
1.0
0.200
25
0.58
0.26
0.82
0.213
18’~19’
2
2.0
0.400
32
0.69
0.26
2.67
0.694
19’~16’
2
1
3.0
0.520
32
0.89
0.41
0.81
0.332
16’~20’
3
2
10
1.8
65.45
2.427
63
1.08
0.24
15
3.600
∑hy=9.866kPa
低区室内给水所需压力按下列公式计算：
H=H1+H2+H3
H1=0.8－（－2.0）=2.8mH2O=28kPa
H2=1.3∑hy=1.3×9.866=12.83kPa
H3=20kPa
H=28+12.83+20=60.83kPa
市政管网供水压力为200kPa>60.83kPa可以满足低区的供水要求。
（注：
为了简化计算，这里没有把水流流经水表的水头损失计算在内，从计算结果也可以看出，即使加上水表的水损，市政管网提供的水压也能满足要求。
）
②高区生活给水系统计算
由计算简图可知供水最不利点为JL4立管上的F18层，如下图支管上第1配水点。
计算管段为1~27~30
高区PVC给水管水力计算表（支管）
管段
编号
卫生器具的当量及数量
当量总数Ng
设计秒流量（L/s）
管径DN（mm）
流速V（m/s）
单位管长水损（kPa/m）
管长（m）
沿程水头损失（kPa）
洗脸盆Ng=1.0
沐浴Ng=1.5
坐便器Ng=0.5
厨洗盆Ng=1.0
1~2
1
1.0
0.200
20
0.99
0.95
2.025
1.924
2~3
1
1
2.5
0.334
25
0.96
0.64
2.503
1.602
3~10
1
1
1
3.0
0.367
25
1.06
0.76
8.447
6.420
4~10
1
1.0
0.200
20
0.99
0.95
3.973
3.774
10~11
1
1
1
1
4.0
0.426
32
0.73
0.29
7.672
2.225
5~6
1
1.0
0.200
20
0.99
0.95
2.025
1.924
6~7
1
1
2.5
0.334
25
0.96
0.64
2.503
1.602
7~9
1
1
1
3.0
0.367
25
1.06
0.76
7.483
5.687
8~9
1
1.0
0.200
20
0.99
0.95
4.936
4.689
9~11
1
1
1
1
4.0
0.426
32
0.73
0.29
5.930
1.720
11~27
2
2
2
2
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