1、指揮部辦公樓給排水設計方案分析 董 峰 大慶油田海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部 2010 年 10 月 2010 年地面研討會 優(yōu)化簡化組01 優(yōu)化簡化組01 目 錄 一、高層建筑給排水工程簡介一、高層建筑給排水工程簡介 .2 2 1、高層建筑的定義 .2 2、給排水工程的特點 .3 3、易出現(xiàn)的問題 .3 二、給水方案分析二、給水方案分析 .3 3 1、給水方式 .3 2、方案分析 .5 3、水力計算 .5 三、消防給水方案分析三、消防給水方案分析 .6 6 1、高層建筑消防的特點 .6 2、給水方式 .6 四、指揮部辦公樓排水方案分析四、指揮部辦公樓排水方案分析 .7 7 1、排水管材的選比選

2、.7 2、通氣管的設置 .9 3、水力計算 .10 五、結論及建議五、結論及建議 .1111 1、結論 .11 2、建議 .11 指揮部辦公樓給排水設計方案分析 董 峰 (大慶油田海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部規(guī)劃設計中心) 摘 要 高層建筑給水排水設計中的給水、消防和排水對各個用水點或整個系統(tǒng)的 壓力都有一定的范圍要求。如何合理的解決這些符合范圍要求的壓力問題是高層建筑給 水排水系統(tǒng)合理運行的關鍵。本文從高層建筑的給水方式、消防增壓設備的具體應用以 及各種通氣立管在排水系統(tǒng)中的綜合運用三個方面來闡述高層建筑給排水設計的壓力 問題。并結合指揮部辦公樓給排水系統(tǒng)的設計，對設計方案的合理性進行分析，總結

3、合 理的技術措施。 主題詞 高層建筑 給排水 消防 壓力 增壓設備 通氣管 高層建筑的給排水系統(tǒng)不同于低層的建筑，有其特有的特點，其中如何解決壓力 問題是設計的關鍵，對于不同形式、不同功能的建筑，在設計上都有很大不同，本文 對于指揮部辦公樓給水、消防、排水三個系統(tǒng)進行方案合理性的分析，通過對不同的 給排水方式進行對比，論證最適合辦公樓的方案。 一、高層建筑給排水工程簡介一、高層建筑給排水工程簡介 1、高層建筑的定義 按照高層建筑混凝土結構技術規(guī)程規(guī)定：10 層及 10 層以上或高度超過 28m 的鋼筋混凝土結構稱為高層建筑結構。從防火要求方面考慮，按照民用建筑設計通 則 、 高層民用建筑設計防

4、火規(guī)范 ，將 10 層及 10 層以上的住宅建筑和高度超過 24m 的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑，因此高層建筑定義為 10 層及 10 層以上的 居住建筑， （包括首層設置商業(yè)服務網點的住宅）或建筑高度超過 24m（不包含單層主 體建筑超過 24m 的體育館、會堂、劇院等）的公共建筑。 2、給排水工程的特點 （1）凈水壓力大 高層建筑給水、消防系統(tǒng)靜水壓力大，管道及配件容易被破壞，因此供水必須進 行合理的豎向分區(qū)，采取減壓措施降低靜水壓力，保證系統(tǒng)的安全運行。 （2）排水量大，管道長，管道壓力波動大 高層建筑的排水量大，管道長，管道壓力波動大，為提高排水系統(tǒng)的排水能力， 穩(wěn)定管道壓力，

5、保護水封不被破壞，排水應設置專用通氣管系統(tǒng)或采用新型單立管系 統(tǒng)，排水管道應采用機械強度較高的材料，并采用柔性接口。 （3）易產生振動和噪聲 高層建筑動力設備多，管線長，易產生震動和噪聲，給排水必須考慮設備和管道 的防震動和噪音的技術措施。 3、易出現(xiàn)的問題 （1）最低處靜水壓力問題 高層建筑中給水、消防系統(tǒng)最低點的靜水壓力大，管道及配件容易被破壞，例如 最低點衛(wèi)生器具的靜水壓力最大，可能導致用水時水花飛濺，使用舒適度降低，增加 安全隱患。應采取減壓措施，保證供水點的壓力不超過要求。 （2）最不利供水點靜水壓力問題 高層建筑中，最不利供水點是系統(tǒng)中最高點，最高點的凈水壓力最低，如給水、 消防在

6、設計在最低點壓力上都有要求，應采取合理的措施保證最不利供水點的壓力。 （3）排水 高層建筑排水系統(tǒng)由于排水管道長，故衛(wèi)生器具排水到底層排水壓力大，容易使 底層衛(wèi)生器具發(fā)生排水噴濺，又由于衛(wèi)生潔具的排水屬于間斷性排水，會使排水方向 的前行管道系統(tǒng)產生氣體的正壓，水流下降的過程中，水流方向的后續(xù)管道產生氣體 負壓，形成抽吸，均可能使管道系統(tǒng)產生水的噴濺和水封水抽吸。 二、辦公樓給水方案分析二、辦公樓給水方案分析 1、給水方式 高層建筑給水設計方式主要有高位水箱給水方式、氣壓罐給水方式、變頻泵無水 箱給水方式等。具體如下。 （1）高位水箱給水方式 高位水箱給水方式是較為普遍的一種給水方式，由底層的水

7、泵將水送至屋頂水箱 中，然后給整個樓供水。高位水箱給水方式主要由水池、水泵、高位水箱、配水管網 組成。水箱的作用是貯水、穩(wěn)壓、調節(jié)水量，見圖（a）。 （2）氣壓罐給水方式 氣壓罐給水方式包括水泵和氣壓罐。氣壓罐為鋼制密閉容器，供水時利用容器內 空氣的可壓縮性存儲和調節(jié)水量，并將罐內儲水壓送到建筑各供水點，見圖（b）。 （3）變頻無水箱給水方式 變頻無水箱給水方式是屋頂不設置水箱，由可調節(jié)水壓和流量的變頻泵為整個樓 供水，在保持一定的壓力下，根據(jù)用水量的變化隨時調節(jié)泵的轉速和排量。見圖（c）。 （4）減壓分區(qū)給水方式 減壓分區(qū)給水方式是在高位水箱給水方式基礎上，將整個建筑用水量全部由底層 的水泵

8、提升至屋頂水箱，是然后經由設在各區(qū)的減壓裝置減壓后將生活水送至各區(qū)的 給水方式。避免直接水箱供給時產生的水錘影響。見圖（d）。 （a） （b） （c） （d） 以上四種供水方式各有利弊，具體分析見下表。 給水方式比較表給水方式比較表 序號給水方式優(yōu)點缺點 1 高位水箱給水 1、 供水可靠、水壓穩(wěn)定 2、 泵啟動次數(shù)少，效率高 3、 設備及運行費用低 1、 水箱占用建筑樓頂面積，增 加荷載，增加結構復雜性， 基建投資高 2、 水質易污染 3、 水箱進水時有震動和噪音 4、 設備消耗能源較大 2 氣壓罐給水 1、 不設水箱，有效利用建筑 面積、不增加荷載，結構 簡單，節(jié)省投資 2、 水質不易受污染

9、 3、 便于集中管理，易實現(xiàn)自 動控制 1、 供水壓力為一個范圍，不穩(wěn) 定存在周期波動，儲水和調 節(jié)水量作用不明顯，可靠性 差 2、 氣壓罐容積有限，儲水少， 泵啟動頻繁，降低泵效率和 壽命 3 變頻無水箱給水1、 不設水箱，有效利用建筑1、 變頻器價格較高 面積、不增加荷載，結構 簡單，節(jié)省投資 2、 全自動化調節(jié)，使用方便 3、 便于集中管理，占地少 4、 節(jié)能，保證設備運行可靠 性，延長設備使用壽命 2、 變頻器易受干擾 4 減壓分區(qū)給水同高位水箱給水方式 對減壓裝置要求較高，維護工作 量大 2、方案分析 指揮部辦公樓的供水設計采用的是分區(qū)恒壓變頻供水方式。由設置在動力站的 2 組變頻供

10、水系統(tǒng)為樓內供水，1 組負責高區(qū)供水、1 組負責低區(qū)供水。具體分析如下。 （1）如果采用水箱供給的方式，由于水箱供水壓力有限，不能滿足最不利供水點 的壓力要求，導致頂層供水量過小，尤其會影響熱水器的使用。如果采用增加位差的 方法來提高供水壓力，則需增加水箱的位置高度，這樣邊破壞了建筑立面效果。 （2）如果設置氣壓罐供水，一是氣壓罐供水壓力不穩(wěn)定，是一個范圍，不能達到 恒壓供水，影響供水質量；二是泵機組啟動頻繁，影響使用壽命和效率；三是氣壓罐 體積大，占用空間大。 （3）采用分區(qū)恒壓變頻供水，取消了屋頂水箱，不需對水箱進行定期清理，減少 水質的二次污染，保證了水質；減少了結構荷載，減少了供水管道

11、的長度，降低了結 構復雜程度和施工難度，降低基建投資；可有效保證各層供水壓力和供水量，提高供 水質量。采取分區(qū)供水的形式是為了保證高層建筑供水的壓力平衡，很容易滿足最不 利點和最高靜水壓力點的壓力要求。 3、水力計算 辦公部分給水設計秒流量計算公式： qg=0.2Ng0.5+1.1(引自規(guī)范 GB50015-2003 中 3.6.5 公式) =1.5 本設計采用延時自閉閥大便器，其給水當量以 0.5 計，有延時自閉閥大便器后的 管段計算得到的流量附加 1.10L/s。 （1）高區(qū)給水設計秒流量為 3.72 升/秒 沿程水頭損失=2019 毫米 總水頭損失=1.302019=262 米 最不利點

12、自由水頭取 10 米，不可預見水頭 5 米。 給水入口所需壓力=45+2.62+10+5=62.62m 取 0.65Mpa （2）低區(qū)給水設計秒流量為 3.65 升/秒 沿程水頭損失=2259 毫米 總水頭損失=1.302259=2.94 米 最不利點自由水頭取 10 米，不可預見水頭 5 米。 給水入口所需壓力=21+2.94+10+5=38.94m 取 0.40Mpa 根據(jù)壓力選擇變頻泵額定壓力分別為 0.4 Mpa 和 0.65Mpa。 三、消防給水方案分析三、消防給水方案分析 1、高層建筑消防的特點 （1）火勢夢，蔓延快； （2）經濟損失大，撲救難度大； （3）人員疏散困難。 2、給水

13、增壓措施 在高層建筑消防給水系統(tǒng)設計中，考慮到高位水箱設置過高不僅增加建筑立面處 理難度，投資高且不利于抗震，所以，一般消防水箱設在電梯機房頂，不能滿足最不 利點消防用水的壓力，因此必須設置增壓措施。常用的有 4 種。 （1）穩(wěn)壓泵增壓 穩(wěn)壓泵是一種小流量高揚程的水泵，設在屋頂水箱間，其作用是補充系統(tǒng)滲漏的 水量，保持系統(tǒng)所需的壓力。穩(wěn)壓泵主要是補充滲漏水量，一般流量按 1L/s。一旦初 期火災發(fā)生時，即使啟動 1 支消火栓，流量也達到 5L/s，穩(wěn)壓泵就無法提供系統(tǒng)要求 的壓力和水量，無法滿足高規(guī)要求。而任意增大穩(wěn)壓泵的流量暫時會滿足水量要求， 但會導致穩(wěn)壓泵啟動頻繁，管網水擊嚴重，還會使主

14、消防泵遲遲無法啟動，影響整個 系統(tǒng)運行。 （2）管道泵增壓 管道泵設于屋頂水箱間，火災發(fā)生后，管道泵啟動吸水加壓后送至管網，與穩(wěn)壓 泵相比，管道泵工作在在消火栓已經出水而消防水壓不足的時候，提高了滅火的安全 性，由于管道調節(jié)能力小，管道泵會頻繁啟停，因此對管道泵的質量要求很高。 （3）氣壓罐增壓 氣壓罐相當于壓力水箱，即可貯水又可維持系統(tǒng)所需壓力，安裝位置不受限制， 并可以根據(jù)氣壓罐的壓力控制自動啟動消防泵，但是，由氣壓罐的工作原理可知，其 有效貯水容積小，用它代替高位水箱 10min 用水量（12m3）時，其容積必將很大，占 用很大空間，同時體積越大造價也越高。 （4）變頻調速恒壓供水 變頻

15、調速恒壓供水是保證供水量的前提下，恒定在設計壓力值的供水方式，通過 變頻達到節(jié)能效果，還可以節(jié)省屋頂水箱，該系統(tǒng)主要由主消防泵、穩(wěn)壓泵、氣壓罐、 變頻調速控制器，該系統(tǒng)能實現(xiàn)消防主泵的軟啟動，可以防止消防管網超壓。但國內 的變頻裝置產品質量不穩(wěn)定，使用進口變頻器的價格昂貴，維修管理也不方便，另外， 消防給水具有偶然性和突發(fā)性，節(jié)能效果不明顯。一般變頻給水應用在生活給水系統(tǒng) 上。 3、辦公樓消防給水設計方案分析 辦公樓消防給水系統(tǒng)采用的是臨時高壓給水系統(tǒng)，屋頂設消防水箱，增壓設備采 用穩(wěn)壓泵和小氣壓罐組合的增壓方式，這種增壓方式是由屋頂水箱擔負初期火災 10min 的消防水量（12m3） ，避免

16、了單獨使用氣壓罐而導致體積太大的缺陷，采用小氣壓罐 （0.3m3） ，能夠滿足 10-30s 時間內的消防水量和壓力，保證了主泵的啟動時間，還可 以避免穩(wěn)壓泵的頻繁啟動，保證管網的壓力和水量，避免了單獨使用穩(wěn)壓泵而導致的 無法滿足用水壓力和水量的缺點。 這種聯(lián)合增壓系統(tǒng)比任何單一增壓系統(tǒng)具有明顯的安全性、經濟性、可靠性。 4、消防給水計算 室外消火栓系統(tǒng)用水量: 20L/s，室內消火栓用水量：20L/s 室內消火栓系統(tǒng)為環(huán)狀，室內消火栓選用 SN65 型消火栓，消火栓的栓口直徑為 65mm，水槍充實水柱為 10m，水帶長度為 25m，水槍噴嘴口徑為 19mm，消火栓實際流量 為 4.6L/s。

17、 消防管網水頭損失計算： 流量 (L/s) 管徑 (mm) 流速 (m/s) i(mmH2O/m ) 長度 (m) 水損(m) 20DN1501.1818.11803.26 10DN1001.1526.940.51.09 消火栓入口所需壓力： 1、hq=qx2/B=52/1.577=15.85m，hq=A ldqx2=0.001722552=1.075m 栓口最低水壓=15.85+1.075+2=18.925，管網的水頭損失：4.351.2=5.22m 水帶的水頭損失：3m，消火栓入口需壓力： 3+18.925+5.22+50=77.15m 消火栓入口所需壓力取 0.80MPa，一層五層消火栓

18、使用 20mm 減壓孔板減壓。 四、排水方案分析四、排水方案分析 辦公樓采用污、廢水為合流制雙管式排水系統(tǒng)，一層及以上污水自流排至室外， 經化糞池處理后排入市政排水管網。排水管道采用機制鑄鐵管，柔性卡箍連接，通氣 方式采用專用通氣立管。 高層建筑排水的主要存在排水管的排水能力及產生的壓力波動和噪音問題。下面 針對管材和通氣方式的選用做詳細分析。 1、排水管材的比選 目前國家建委推薦常用的新型排水管材主要有 UPVC 排水管、UPVC 螺旋排水管、機 制鑄鐵管三種。 （1）UPVC 塑料管 UPVC 塑料管指未加增塑劑的聚氯乙烯管，管材和管件的連接方式一般采用承插口 粘結，具有良好的耐腐蝕性，質

19、量輕，安裝也方便，過水能力是普通鑄鐵管的 1.26 倍， 造價也較低，但強度不如鑄鐵管，膨脹和收縮的變化較大，約為鑄鐵管的 6-8 倍，安 裝上需要伸縮節(jié)，過水產生的噪音較高，比普通鑄鐵管高 4-6 分貝。 （2）UPVC 螺旋管 UPVC 螺旋排水管與普通 UPVC 排水管性能基本相同。主要是結構有所不同，一是管 道內壁有與管一起加工成型的數(shù)條三角形螺旋肋，起導流作用，使水流形成較穩(wěn)定密 室的水膜旋流，降低了壓力波動，改善了通氣效果，可以節(jié)省與立管配套的專用通氣 管道，節(jié)省投資；二是管件不同，即橫支管與立管連接使用側向進水專用三通或四通 管件，專用管件可少用或不用伸縮節(jié)，安裝方便；三是排水噪

20、音要稍低于普通 UPVC 排 水管，比普通 UPVC 排水管低 5-7 分貝，起到一定消音作用。 （3）柔性連接機制鑄鐵管 機制鑄鐵管是采用卡箍式或承插式連接、采用離心澆注工藝生產的柔性接口鑄鐵 排水管。目前卡箍式離心鑄鐵管較受歡迎，主要有無承口離心鑄鐵管、無承口管道配 件、不銹鋼卡箍、橡膠密封圈 4 部分組成。 高層建筑一般受風荷載較大，由于風力、地震等因素引起結構的層間位移，管道 都會隨之變形，采用柔性連接可避免變形引起的接口破裂、漏水；卡箍式連接施工方 便，占地小，管道可以用多長截多長，節(jié)省管材。在防火性能、抗震性能、抗伸縮性 能方面要優(yōu)于塑料管；在過水能力方面，機制管內壁光滑，要優(yōu)于傳

21、統(tǒng)的鑄鐵排水管， 和塑料管相差無幾；在降低噪聲方面，由于機制鑄鐵管質量比塑料管大，更難引起震 動，柔性連接更有效減少了震動的傳遞，所以在降低噪聲性能方面是所有管材中最好 的。 管材的比較情況管材的比較情況 序號管材類型特點投資（元/米）備注 1 UPVC 管 優(yōu)點：耐腐蝕、質量輕、過水能力好、安裝容易 缺點：線膨脹系數(shù)大、伸縮節(jié)設置多易漏水，噪音 大、強度低、防火性差 43（DN100） 2 UPVC 螺旋管 優(yōu)點：對于高層，不需要專用通氣立管，節(jié)省材料， 降噪能力及過水能力較普通 UPVC 管稍有改 善 缺點：同上 47（DN100） 3 機制鑄鐵管 優(yōu)點：防火、抗震、抗變形能力強，強度高耐

22、久性 好，噪音低 缺點：質量大、價格較高、過水能力不如螺旋管 70（DN100） 從以上的比較可以看出，從經濟性、適用性兩方面考慮，UPVC 螺旋管排水管材更 合理一些，也較適用于高層建筑。 結合指揮部辦公樓的排水設計，以 PL-3 為例，最大立管排水當量 4.62L/s，如果 采用螺旋管排水，僅需要一根主立管就能達到 6L/s，而按照設計采用鑄鐵管，則需要 增加 1 根通氣管才能滿足過水量，增加了管線的用量。但是辦公樓內只有公共衛(wèi)生間 的排水設置了通氣立管，增加了 2 根通氣立管，在管道材料和安裝費用上只增加 7.01 萬元。 鑄鐵管雖然一次性投資較塑料管高，但對于整個建筑的投資來說只占了非

23、常小的 比例，考慮到指揮部辦公樓為高層辦公建筑，從抗震性、防火性、安全性、降低噪音 能力來看，還是首選機制鑄鐵管，塑料管是無法比擬的。 2、通氣管的設置 國內外高層建筑排水采用的常用通氣方式有三種，即專用通氣、環(huán)形通氣和器具 通氣。這三種通氣方式為排水系統(tǒng)合流制時通氣系統(tǒng)的基本形式。 （1）專用通氣立管系統(tǒng) 由專用通氣立管、伸頂通氣管、和結合通氣管組成。專用通氣立管是為平衡排水 立管內的正負氣壓設置的通氣立管，達到排水負荷的要求。專用通氣立管與排水管并 列設置和連通，可使整個系統(tǒng)空氣進行循環(huán)，這種方式對于高層建筑排水橫支管承接 少量衛(wèi)生器具時，能起到很好的保護水封的作用。見圖（a） 。 （2）環(huán)形通氣系統(tǒng) 由環(huán)形通氣管、主通氣立管、伸頂通氣管、和結合通氣管組成。環(huán)形通氣管是連 接于橫支管與主通氣立管之間的通氣管道，對連接較多衛(wèi)生器具或超過允許符合的橫 支管進行通氣。一般用于公共衛(wèi)生間和盥洗室等地方。見圖（b） 。 （3）器具通氣系統(tǒng) 由器具通氣管、主通氣立管、伸頂通氣管、和結合通氣管組成。器具通氣管是指 自衛(wèi)生器具存水彎出口端接出，在高于衛(wèi)生器具上邊沿一定高度處與主通氣立管連接 的起透氣