《消防工程学》课程设计.docx
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《消防工程学》课程设计
安徽建筑工业学院
安全工程专业《消防工程学》
课程设计
班级：
08安全
（2）班
姓名：
胡中海
学号：
08201040234
土木工程学院安全工程系
0.前言
伴随着社会发展的历史进程，人与建筑的关系也越来越密切，人类工作，生活的更多时间是在建筑物内度过的，人们赋予建筑的功能也更加复杂和综合，大体量的建筑也不断增加，这些都增加了建筑火灾的危险性和有害性。
建筑物一旦发生火灾，往往会造成巨大的财产损失和严重的人员伤亡，因此，提高建筑物的安全水平是建筑科技时刻关注的课题之一。
所以，对于建筑的火灾预防，我们要做好全面的准备。
特别是现在对不同建筑类型、不同耐火等级要求下的火灾预防。
这次我所做的《消防工程学》课程设计，就是针对于不同建筑类型及不同耐火等级下建筑的消防系统的的分析，主要研究教学楼的自动灭火系统的设计和相关火灾的事故调查。
对于教学楼而言，在上课期间，学生人流量大，人员密集，所以必须做好安全防火工作，坚决预防教学楼的火灾事故，不留下可能发生火灾的安全隐患，保证学校的正常运转，老师的正常授课和学生的正常的学习。
本次课程设计由于本人的水平有限，设计时间较短，所以本次课程设计书中难免存在缺点和不足之处，恳请老师批评指正。
1.安徽建筑工业学院主教学楼消防系统设计
合理的进行城市的总体布局，对保障建筑物的安全有直接联系。
在进行某楼的总平面防火设计中，应该首先满足城市规划的要求，其次还要根据建筑物的使用性质、建筑结构、火灾危险性、地理环境等因素，严格按照《建筑设计防火规范》的规定合理设置进行合理布局
1.1总平面布局与平面布置
安徽建筑工业学院主教学楼为一类民用建筑，建筑高度为28m，层数是8层，每层高3.5米，建筑总面积为1600
。
该教学楼是框架结构，使用设计年限为50年，耐火等级是二级，建筑美观、实用，适合现代城市规划布局的要求。
1.2安全疏散设计
1.2.1安全疏散的规定
多层教学楼的安全疏散要求较简单，疏散楼梯的最小宽度不应小于1.1米，不超过6层的单元式住宅中一边设有栏杆的疏散楼梯，其最小宽度可不小于1米。
本次设计的教学楼高度为8层，其各层楼梯宽度都相同，略小于2米，满足安全疏散的规定
1.2.2安全疏散的路线设计
为保证楼内人员在火灾造成的各种危险中能够安全疏散，此教学楼安全疏散的基本条件和《建筑防火规范》的要求，本教学楼设计参数如下：
1.限制使用影响疏散的建筑材料，以避免火灾发生时可能成为疏散障碍的因素。
2.保证安全的疏散通道，疏散通道必须具有足以使这些人疏散出去的容量、尺寸和形状，同时必须保证疏散中的安全，在疏散过程中不受到火灾烟气、火和其他危险因素的干扰。
3.布置合理的安全疏散路线，力求简便，便于寻找，辨认，疏散楼梯位置要明显。
一般要设置明显的指示标记，应急灯及安全出口指示标记，便于人员的安全疏散。
本教学楼的疏散通道附近不存在影响安全疏散的长期堆积物品和大量的易燃物品，并且消防楼梯和防火门的宽度尺寸符合安全疏散的规定。
安全疏散的路线图如下图所示：
（详图见附图1）
图1教学楼2层安全疏散路线图
注：
由于教学楼4层布置一样，所以只给出2层的安全疏散路线图。
2.消防给水系统
水作为灭火剂对扑灭建筑物中的一般物质火灾，是最经济有效的方法，而输送这种灭火剂的系统主要有消火栓给水系统和自动喷水系统。
该教学楼为多层民用建筑，而且地处市中心，人口密集，学生数量多，消防水源来自城市的自来水管网。
所以本次设计采用了消火栓给水和自动喷水系统相结合的消防给水方式。
2.1消火栓给水系统
根据消火栓给水系统服务对象的不同分为：
城市消火栓给水系统、建筑室外消火栓给水系统和建筑室内消火栓给水系统。
根据消火栓给水系统加压方式的不同分为：
常高压消火栓给水系统、临时高压消火栓给水系统和低压消火栓给水系统。
根据生活、生产和消防是否合用又分为：
生活、生产和消火栓合用系统，生活、生产和消火栓分开系统。
基于和本次课程设计相关联的原则，我们着重介绍室内消火栓给水系统。
2.1.1室内消火栓
室内消火栓箱内设置水枪、水龙带、消火栓、消防软管卷盘、消防水按钮按钮等设备。
水枪是主要的灭火工具，常用铝制造。
室内消火栓水枪均为直流式水枪，水枪的作用在于产生灭火所需要的充实水柱。
水龙带为麻织或衬胶的输水软管。
消火栓使具有内扣式接口的球形阀式龙头，一端与消防管相连，另一端与水龙带相连。
消火栓、水龙带、水枪之间均采用内扣式快速接口连接，在同一建筑物内采用同一规格的消火栓、水龙带、水枪，以便于维护保养和替换使用。
消防软管卷盘式非职业消防人员扑灭初期火灾的有力武器。
消防水泵按钮必须在每个消火栓箱内或在其附近设置，在城市水源压力和流量不足时采用。
本次课程设计中的教学楼，在各层都设置了4个消火栓，各层消火栓的布置如下图：
（详图见附图2）
图2教学楼2层消火栓布置图
注：
由于教学楼4层布置一样，所以只给出2层的消火栓布置图。
2.1.2低层建筑室内消火栓给水系统
建筑高度不超过9层的住宅以及高度小于24m的民用建筑物内设置的室内消火栓给水系统，称为低层建筑室内消火栓给水系统。
低层建筑发生火灾，利用消防车从室外消防水源抽水，接出水带和水枪，就能直接有效地扑救建筑物内的任何火灾。
因而低层建筑室内消火栓给水系统是供扑救建筑物内的初期火灾使用的，这种系统的特点是消防用水量少、水压低。
根据建筑物的高度、室外消防给水管网所提供的水压和水量以及室内消防对水压、水量等要求，其系统常见的有三种类型。
1．无加压消防水泵、无水箱的室内消火栓给水系统：
当室外为常高压消防给水系统，或室外给水管网的水压、水量任何时刻均能满足室内最不利点消火栓处的设计水压和水量时，可采用无加压消防水泵、无水箱的室内消火栓给水系统。
2．设有消防水箱的室内消火栓给水系统：
在水压变化较大的城镇或居住区，室外给水管网的水压在昼夜内间断性满足室内消防、生活和生产用水要求，如白天用水高峰时管网水压不能满足要求，而在夜间或其他时间内，管网供水均能满足室内消防，生活和生产用水要求，常设消防水箱储存10min的消防用水量，同时调节生活、生产用水量。
3．设有消防水泵和水箱的室内消火栓给水系统：
当室外给水管网的水压经常不能满足室内消火栓给水系统最不利点消火栓灭火设备处的水量和水压时，采用这种系统。
由图可知，本教学楼采用的是无加压消防水泵、无水箱的室内消火栓给水系统。
2.2自动喷水灭火消防系统
2.2.1自动喷水灭火系统简介
2.2.1.1自动喷水灭火系统的组成及分类
自动喷水灭火系统是指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器及压力开关）等组件，以及管道、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。
自动喷水系统大致可分为水滴式和喷雾式。
水滴式可分为湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统、预作用自动喷水灭火系统、循环自动喷水灭火系统和水幕系统以及雨淋喷水灭火系统。
喷雾式喷水灭火系统可分为水喷雾灭火系统和水喷雾冷却系统。
2.2.1.2自动喷水灭火系统的基本功能
①能在火灾发生后自动地进行喷水灭火;
②能在喷水灭火饿同时发出警报，提醒人们采取灭火行动。
2.2.2自动喷水灭火系统管网水力设计计算过程及原理
2.2.2.1主要设置场所
湿式自动喷水灭火系统用于性质重要且火灾危险性大的场所。
2.2.2确定建筑物的危险等级
根据建筑物、构筑物的火灾载荷（由可燃物的性质、数量和分布状况决定）、室内空间条件（面积、高度）、人员密集程度、采用自动喷水灭火系统扑救初期火灾的难易程度，以及疏散及外部增援条件等因素划分设置场所火灾危险等级。
建筑物内存在物品的性质、数量，以及其结构的疏密、包装和分布情况，将决定火灾载荷及发生火灾时的燃烧速度与放热量，是划分自动喷水灭火系统设置场所火灾危险等级的重要依据。
共计：
轻危险级、中危险级（其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级）、严重危险级（其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级）、及仓库危险级（其中又分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级）。
（1）严重危险级：
火灾危险性大、可燃物多、发热量大、燃烧猛烈和蔓延迅速的建、构筑物；
（2）中危险等级：
火灾危险性较大、可燃物较多、发热量中等、火灾初期不会引起迅速蔓延的建、构筑物；
（3）轻危险等级：
火灾危险性小、可燃物量少、发热量较小的建、构筑物；
在设计闭式自动喷水灭火系统时应本着遵循“实事求是”和“有的放矢”的原则，按各自的实际情况选择相应设计技术数据。
闭式自动喷水灭火系统管网中的管道种类如图2-1所示，每种管道在系统中的作用是不同的，在计算时，也应作不同处理。
本次课程设计中的教学楼采用的是湿式自动喷水灭火系统。
其自动喷水灭火系统的管道布置平面图及立面图如下：
（详图见附图3）
图3教学楼2层自动喷水系统管道布置平面图
注：
由于教学楼4层布置一样，所以只给出2层的自动喷水系统管道布置平面图。
图4教学楼自动喷水系统管道布置立面图
2.3确定设计作用面积
2.3.1设计作用面积的大小
设计作用面积是指一次火灾中按喷水强度保护的最大面积。
设计时作用面积的选取应按建筑物的火灾危险等级来选取，各危险等级的数据如表1所示：
表1自动喷水灭火系统设计的基本数据和计算用水量
建筑物的危险等级
设计喷水度
/[min·m2]
作用面积
/m2
喷头工作压力
/MPa
计算用水量
/（L/S）
严重
危险度
Ⅰ级
12
260
0.1
52
Ⅱ级
16
260
0.1
69
中危
险度
Ⅰ级
6
160
0.1
16
Ⅱ级
8
160
0.1
21
轻度危险
4
160
0.1
11
本次设计所选取的教学楼属于轻度危险的建筑物，由表1可得，该教学楼的设计喷水强度为4L/（
），喷头的作用面积为160
，喷头的工作压力为0.1Mpa，计算用水量为11L/S。
2.3.2设计作用面积的形状
在火灾发生时，火势由火源点呈辐射状向四周蔓延，只有处于着火区域上方的喷头才能有效地阻止火势蔓延，扑灭火灾。
因此在设计面积形状选择上，我们通常采用正方形布置、长方形以及菱形等几种情况。
⑴正方形布置：
支管的间距和喷头的间距均相等。
L=
式中：
L——正方形布置时设计作用面积的边长，m
A——设计作用面积，m2
⑵长方形布置：
支管的间距和喷头的间距不相等。
L=1.2
式中：
L——正方形布置时设计作用面积的边长，m
A——设计作用面积，m2
根据教学楼的的构造和面积几何形状，我们可以得出，本教学楼的支管间距和喷头间距不相等，所以设计面积形状采用的是长方形布置。
按照长方形布置时设计作用面积由上表得A=160
，所以边长L=1.2
=48m。
2.3.3设计作用面积在管网中的位置
由于水力管网末端最不利点处的喷水强度、作用压力较其他点差，因此在管网计算中，通常由管网系统的最不利点处喷头开始选取设计作用面积。
2.3.4每个喷头的喷水量计算
q=k
式中：
q——每个喷头的喷水量，L/min
P——喷头处的工作压力，MPa
K——流量特性系数（见表2）
表2流量特性系数
喷头公称直径（mm）
K
10
57
15
80
20
115
对于此教学楼，我们采用的喷头公称直径为15mm，所以其流量特性系数为80，喷头处的喷水压力为0.1Mpa，所以每个喷头的喷水量q=
=80L/min。
2.3.5每个喷头的保护面积的计算
；
式中：
——每个喷头的保护面积，m2
——最不利点喷头喷水量，L/min
——设计喷水强度，L/（min
m2）
该教学楼最不利点喷头的喷水压力为0.1Mpa时的喷水量，为80L/min，喷头的设计喷水强度为4L/（min
m2），所以每个喷头的保护面积为
=20m2。
2.3.6根据喷头布置方式确定喷头布置间距
⒈正方形布置：
S=
式中：
S——喷头呈正方形布置时的边长，m
⒉长方形布置：
S≤1.2
式中：
S——喷头呈长方形布置时长边的边长，m
喷头布置间距为S≤1.2
=5.3m。
2.3.7自动喷水灭火系统的喷头控制数量
一个系统的报警阀门后控制的喷头数应有所限制，如表3
表3系统喷头限制数量表
限制喷头数/个
湿式系统
预作用系统
干式系统
有排气装置
无排气装置
800
800
500
250
对于教学楼所采用的湿式自动喷水系统，该系统的限制喷头数应采用表上的800个。
2.4管段水力计算
2.4.1管径的估算
由于工程实际中所采用的管材质量以及施工单位存在差异，在工程设计中通常要求管道内的水流速度不超过5m/s、配水管的入口压力不应大于0.40MPa。
根据这个标准再结合工程实践，通常在设计中为简化计算，在对系统进行计算前，根据经验按照不同管径配水管上最多允许安装的喷头数（见表4），对管径进行估算：
表4一般场所喷洒管网管径的初步确定
管径
/mm
25
32
40
50
70
80
100
最多喷头数/个
1
3
4
5～8
9～12
13～32
33～64
根据表4，从图3教学楼的管道布置平面图，我们可以看到该教学楼的最大管径为100mm，所以喷头应采用33-64个。
2.4.2对管道水流速度的校核
流速表达公式：
式中，
为流速，m/s；
为流速系数，m/l；
为流量，L/s。
表5流速系数表
（单位：
m/L）
管材
管径/mm
15
20
25
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
钢管铸铁管
5.85
3.015
1.883
1.05
0.8
0.47
0.283
0.204
0.115
0.075
0.053
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0.127
0.081
0.0566
0.031
0.021
该教学楼的流速系数根据表5可得，该教学楼的管材为钢管，所以流速系数为0.115m/L，管材的流量为11L/S,管道流速
=0.115
11=1.265m/s<5m/s，满足一般工程设计的管道水流速要求。
2.4.3管道水头损失计算
管道的水头损失主要包括三个部分：
沿程水头损失、局部水头损失和报警阀水头损失。
沿程水头损失对于给水钢管按下列公式计算：
其中，V为管道平均水流速度，m/s；d为管道计算内径，m。
局部水头损失可采用当量长度法计算或局部水头损失取沿程损失值的20%计算。
对于本教学楼，它的沿程水头损失对于给水钢管i=0.00107
=0.0034Mpa
局部水头损失取沿程损失的20%计算，为0.0007Mpa。
管道比阻值如下表：
表6管道比阻值表
钢管
铸铁管
管径（mm）
A（Q以L/s计算）
管径（mm）
A（Q以L/s计算）
25
4367.0
75
17.09
32
938.6
100
3.653
40
445.3
150
0.4185
50
110.8
200
0.09029
70
28.93
250
0.02752
80
11.68
300
0.01025
100
2.674
125
0.8623
150
0.3395
2.4.4系统入口处所需压力
式中：
H——系统入口处所需压力，MPa
∑h—管道沿程和局部的水头损失的累计值（MPa），湿式报警阀、水流指示器取值0.02MPa，雨淋阀取值0.07MPa；
P0——最不利点处喷头的工作压力，MPa；
Z——最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中线之间的高程差，当系统入口管或消防水池最低水位高于最不利点处喷头时，Z应取负值，MPa。
该教学楼的管道系统入口处所需压力为
=0.0034+0.0007+0.02+0.1+2=2.1241Mpa。
2.5湿式自动喷水灭火系统计算
在上面的内容中，基本上包括了系统设计计算各个方面的数据，在设计各种危险等级的建、构筑物的湿式自动喷水灭火系统时，其设计喷水强度，设计作用面积和喷头工作压力应符合表7所示：
表7系统设计基本参数
火灾危险等级
喷水强度
（L/min
m2）
作用面积
（m2）
喷头工作压力
（MPa）
轻危险级
4
160
0.10
中危险级
Ⅰ级
6
Ⅱ级
8
严重危险级
Ⅰ级
12
260
Ⅱ级
16
注：
系统最不利点处喷头的工作压力，不应低于0.05MPa。
在湿式自动喷水灭火系统中，设计喷水强度为4L/min
m2，作用面积为160m2，喷头最大工作压力为最不利点的工作压力，为0.1Mpa。
满足条件。
2.6沿程计算原理介绍
沿程计算法计算原理图如下：
：
图5计算原理图
⑴用喷头流量系数法求支管上各喷头的流量，喷头的K值由表2确定后，便可由喷头处压力确定其流量。
现在以图5为例说明计算过程。
①支管Ⅰ尽端的喷头1为整个系统的最不利点，在规定的最小工作压力
H1的作用下，喷头1的流量为：
=80
=56.56L/min
②喷头2的流量为：
=58.46L/min
③喷头3、4的流量，同理为：
=59.33L/min
式中h1~2、h2~3、h3~4为各自管段的水头损失。
④节点5处的流量和水压为：
=56.56+58.46+59.33=174.35L/min
=0.05+0.0034=0.0534Mpa。
式中h4-5为水流通过4-5管段的水头损失。
⑤同样，若以支管Ⅱ上的喷头a为系统最不利点，Ha为规定的喷头最小工作压力，可以对支管Ⅱ进行计算，得到假设值H6’和Q’D-6。
2、系统设计计算步骤
湿式自动喷水灭火系统的设计计算步骤大致如下：
㈠，确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级；
㈡，确定设计所需的基本参数（见表6）；
㈢，根据设计参数选择系统类型；
㈣，选择和布置喷头，进行管网布置并绘制管网平面图；
㈤，根据管网平面图进行管网水力计算，并核算管网设计参数；
㈥，根据计算结果绘制管网平面图和系统图；
㈦，根据计算结果选择消防器材，确定给水设施。
2.6自动喷水灭火系统及其有关计算
2.6.1设计基本数据
根据本建筑的功能及使用性质，火灾危险等级按轻度危险级设计，其自动喷水灭火系统技术数据见表8
表8自动喷水灭火系统的技术数据
作用面积（
）
设计喷水强度[
]
喷头工作压力（Mpa）
喷头流量系数
延长时间（h）
160
4.0
0.1
80
1
2.6.2喷头的布置
一般规定：
喷头布置在顶板易于接触到火灾热气流并有利于均匀布水的位置。
布置间距在保护的区域内任何部位发生火灾都能得到一定强度的水量。
喷头的布置成长方形采用直立型的喷头。
布置间距：
SD≤A;
由图3可知，喷头的水平间距S=5m，喷头的垂直间距D=3.2m，所以R=2.96m，取表中R=3.2m，危险等级为轻危险级，
查表可得：
R=3.2mS=5.00mD=4.00m。
又由于本建筑长为50m，宽为32m，且喷头呈长方形布置，因此，每层的喷头布置如下图：
图6喷头布置图（1-4层）
根据喷头布置图，并给每个节点编号，见上图6.经水力计算结果可得下表9。
前编号
后编号
流量（l/s）
管径（DN）
流速（m/s）
管长（m）
流量系数
水损（Mpa）
前压
（Mpa）
后压
（Mpa）
1
2
1.33
25
2.43
5.0
80
0.0290
0.1000
0.1290
2
3
2.93
25
5.52
5.0
80
0.0639
0.1290
0.1930
3
4
5.81
32
6.10
5.0
80
0.0278
0.1930
0.2203
4
5
7.71
50
3.63
5.0
80
0.0042
0.2203
0.2245
5
6
9.62
50
4.52
5.0
80
0.0053
0.2245
0.2298
6
7
15.27
70
4.32
5.0
80
0.0044
0.2298
0.2342
7
8
25.37
70
7.18
5.0
80
0.0037
0.2342
0.2379
8
9
40.96
80
8.36
5.0
80
0.0024
0.2379
0.2403
9
10
62.72
80
12.79
5.0
80
0.0037
0.2403
0.2440
10
11
95.16
100
10.94
5.0
80
0.0013
0.2440
0.2453
从表6-2得出，系统计算流量Q=95.16L/s，系统作用面积为1041.05
，系统平均喷水强度为4.758L/min
m2>4L/min
m2，满足轻危险级建筑物防火要求。
2.7火灾自动报警与消防联动控制系统
2.7.1火灾自动报警及消防联动控制系统方案的确定
在设计火灾自动报警及消防联动控制系统时，首先是明确建筑物本身建筑特点和功能特点，了解该建筑的防火工程设计中其它专业的设施，对于电气专业的设计要求，然后根据有关规范对建筑物定性，确定系统的总体结构。
火灾自动报警及消防联动控制系统的基本职责为：
控制中心对探测回路进行巡测，当某一探测区域内着火，该处的探测器采集到现场信号，并立即把信号发回控制中心的控制器，控制器将此信号进行判断，若确认着火，控制器则向火灾现场发出声光报警信号和火灾应急广播。
另外很重要的是必须有效地通过联动控制器向需要联动的消防设备发出执行信号，并切断非消防电源，消灭初期火灾。
2.7.2控制中心的组成和功能
根据规范要求控制中心为双电源供电，以确保供电可靠。
控制中心内主要设备为火灾报警控制器、多线消防联动控制器、总线消防联动控制器、消防电话总机、火灾广播设备、消防联动电源、自备电源等。
从原理上讲，无论是区域报警控制器还是集中报警控制器，都是遵循一工作模式，既收集探测源信号→输入单元→自动监控单元→输出单元。
火灾报警控制器主机部分的基本原理。
报警控制器从职能上分为输入单元既探测系统和输出单元既控制系统两大部分。
火灾报警控制器的输入单元，是通过信号线与探测回路联络的，它不停地对建筑物里每一个探测区域进行巡测，读取现场信息，并进行数据分析，判断是否有火灾发生。
2.7.3探测回路
探测回路包括探测器、手动报警按钮、消火栓按钮、水流指示器、压力开关等
2.7.4消防广播系统和警报装置
为确保在火灾时报警区域发送火灾警报信号，火灾自动报警及消防联动控制系统除了设置火灾应急广播系统，还应在各报警区域内主要通道进出口、楼梯口、电梯间、手动报警按钮及消火栓按钮旁，设置了一定数量的火灾警报装置，如电铃声光讯响等。
2.7.5火灾自动报警装置示意图
火灾自动报警装置示意图如下：
（详图见附图5）
图7自
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