非常規(guī)條件下高塔建筑的消防給水設(shè)計(jì)

1、非常規(guī)條件下高塔建筑的消防給水設(shè)計(jì)摘要：結(jié)合工程實(shí)例介紹了在無市政給水條件下，古典高塔建筑消防給水設(shè)計(jì)中遇到的一些情況及采取的技術(shù)措施。討論了在某些非常規(guī)條件下，如何理解標(biāo)準(zhǔn)并在設(shè)計(jì)中表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求等問題。分析了受建筑構(gòu)造限制時(shí)，進(jìn)展方案可行性比擬和優(yōu)化的情況，強(qiáng)調(diào)了運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處理問題的思想。關(guān)鍵詞：高塔建筑消防給水非常規(guī)1工程概況金寶塔工程是昆明金寶山藝術(shù)陵園工程的一局部，位于昆明西山腳下毗鄰滇池，處于整個(gè)開發(fā)區(qū)的最高處。該建筑首層面積為13172，頂層面積為3352，建筑高度為50.38，共11層，為框剪構(gòu)造體系，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為一類一級(jí)。該建筑主要用于存放逝者骨灰、舉行悼念活動(dòng)、進(jìn)展宗教活

2、動(dòng)等。建筑內(nèi)各種裝飾、陳設(shè)復(fù)雜，各種霓虹藝術(shù)燈光效果要求高，人員密度大，火災(zāi)危險(xiǎn)性大，事故后果影響面寬，室內(nèi)消防給水系統(tǒng)必須平安有效可靠。根據(jù)?高層民用建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)?(以下簡稱?高規(guī)?)，并與地方消防主管部門協(xié)調(diào)，確定在該建筑室內(nèi)設(shè)消火栓消防給水系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。由于建筑功能要求及周圍環(huán)境條件限制，水池、泵房置于室外(距建筑超過150)，水池不能作為供消防車取水的水池，特別是該工程不具備室外市政供水條件，需設(shè)置室外消防管網(wǎng)?？紤]到轄區(qū)消防車能在10in內(nèi)到達(dá)，室外消防管網(wǎng)采用低壓網(wǎng)。2水源該建筑消防給水水源為地下水，通過深井泵提升至鋼筋混凝土貯水池(室外地上設(shè)置)，利用地形高差，滿足

3、消防水泵自灌吸水要求。鑒于地下水水位、水量的變化性及深井泵各種故障的可能性，在設(shè)計(jì)水池容量時(shí)，不考慮水池在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充水量更適宜。由于該建筑室外無市政供水管網(wǎng)，不能提供室外消防用水量，水池消防用水有效容量按火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)室內(nèi)、外消防用水總量考慮。室內(nèi)、外消防用水量如何確定是首先必須解決的問題。由于該建筑的功能類型及消防用水量標(biāo)準(zhǔn)在?高規(guī)?第7.2.2條中未包括，通過對(duì)其使用功能特點(diǎn)、火災(zāi)危險(xiǎn)性、樓層情況、室外環(huán)境狀況等方面分析，最后確定該建筑消火栓消防用水量：室內(nèi)為30L/s、室外為20L/s，自動(dòng)噴水滅火消防用水量為26L/s；火災(zāi)延續(xù)時(shí)間：消火栓系統(tǒng)為3h，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)為1h。由

4、此定出水池消防用水有效容積為633.63，為便于檢修時(shí)可獨(dú)立工作、分別泄空，水池分兩格設(shè)置。因水池為生活、消防共用水池，通過設(shè)置虹吸破壞管確保消防用水不被它用并滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。3室外消防給水系統(tǒng)該建筑的室外消防給水系統(tǒng)由水源、供水設(shè)施、供水管網(wǎng)、室外消火栓等局部組成。3.1管網(wǎng)及供水設(shè)備根據(jù)?高規(guī)?要求，室外給水管網(wǎng)沿消防車道繞建筑環(huán)狀布置，?高規(guī)?第7.3.6條指出：“在該范圍內(nèi)的市政消火栓可計(jì)入室外消火栓的數(shù)量，故設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此理解為室外消防給水系統(tǒng)可參照市政給水管網(wǎng)情況設(shè)置。根據(jù)地方消防主管部門意見，該建筑的室外消防供水管網(wǎng)采用低壓網(wǎng)，生活、消防共用。管網(wǎng)消防功能主要表達(dá)在保證消防時(shí)所需水量，

5、而消防時(shí)所需水壓由消防車從室外消火栓取水加壓實(shí)現(xiàn)，管網(wǎng)最不利點(diǎn)室外消火栓處自由水壓按0.10Pa考慮。室外消防給水系統(tǒng)采用水泵機(jī)組變頻調(diào)速運(yùn)行，通過壓力傳感信號(hào)控制水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速和水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)。設(shè)備包括三臺(tái)主泵(二用一備)，一臺(tái)穩(wěn)壓泵和一個(gè)氣壓罐。隨著設(shè)備開場(chǎng)運(yùn)行，二臺(tái)主泵和穩(wěn)壓泵向管網(wǎng)和氣壓罐充水，當(dāng)穩(wěn)壓罐壓力到達(dá)上限值時(shí)，設(shè)備停頓運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)流量很小(如微小滲漏)或零流量時(shí)，設(shè)備切換到由氣壓罐供水，維持管網(wǎng)壓力，當(dāng)氣壓罐壓力降至下限值時(shí)，穩(wěn)壓泵隨即啟動(dòng)向管網(wǎng)加壓供水。隨著消防車從室外消火栓取水，系統(tǒng)壓力進(jìn)一步降低，當(dāng)氣壓罐壓力降至主泵啟動(dòng)設(shè)定值，一號(hào)主泵啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速運(yùn)行，之后隨著消防

6、流量增大到一定程度，依次實(shí)現(xiàn)二號(hào)主泵的變頻運(yùn)行以及二臺(tái)主泵各自向工頻自動(dòng)切換。3.2室外消火栓合理確定室外消火栓數(shù)量是確保室外消防給水系統(tǒng)功能的一個(gè)重要方面，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，?高規(guī)?條文規(guī)定和條文說明不太一致。按照?高規(guī)?第7.3.6條，室外消火栓數(shù)量按室外消火栓用水量確定。而條文說明中指出，室外消火栓數(shù)量應(yīng)保證供給室外、室內(nèi)兩局部需要的滅火用水量。對(duì)此，設(shè)計(jì)作了如下考慮：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，假如室內(nèi)消防系統(tǒng)水泵出現(xiàn)故障不能供給室內(nèi)消防用水時(shí)，室外消火栓供水增補(bǔ)室內(nèi)用水量的缺乏，室外消火栓的數(shù)量按保證供給室內(nèi)、外兩局部消防用水量考慮更適宜。該建筑室內(nèi)、外兩局部消防用水總量為50L/s，因每個(gè)室外消火

7、栓負(fù)責(zé)用水量為1015L/s，故采用4個(gè)室外地上式消火栓。4室內(nèi)消防給水系統(tǒng)4.1水泵接合器水泵接合器的目的是應(yīng)急備用，當(dāng)系統(tǒng)消防水量缺乏，或消防水泵檢修、停電、發(fā)生故障時(shí)，需要利用消防車通過水泵接合器送水至室內(nèi)管網(wǎng)。因一個(gè)水泵接合器的負(fù)荷流量為1015L/s，對(duì)于室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)采用兩套地上式水泵接合器，對(duì)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)也采用兩套地上式水泵接合器。4.2屋頂消防水箱該建筑采用臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)，需設(shè)屋頂消防水箱以供初期火災(zāi)的消防用水量。方案分析該建筑頂部有一閣樓，正好放置屋頂水箱。由于古典建筑的各種構(gòu)造限制較多，水箱布置時(shí)其幾何形式存在這樣的特點(diǎn)：水箱平面尺寸大那么高度尺寸小，高度尺

8、寸大那么平面尺寸校試定水箱尺寸時(shí)發(fā)現(xiàn)，水箱高度H太大或太小，水箱體積V都不能滿足要求，此外水位控制對(duì)水箱高度還有要求。這就需要弄清楚，是不是閣樓本身不能滿足要求?怎樣進(jìn)展優(yōu)化而使水箱既能最大限度地適應(yīng)特定空間，又能滿足水箱容積要求和水位控制對(duì)其高度的要求?根據(jù)建筑、構(gòu)造專業(yè)提供的條件，通過聯(lián)立水箱容積關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律：就實(shí)際水箱寬度L取值，當(dāng)L小于一定值時(shí)，水箱容積V隨L的增加而增加；當(dāng)L大于一定值時(shí)，V隨L的增加而減校求極值：L7.03時(shí)，Vax57.903。因?qū)嶋H水箱容積比Vax小，綜合水箱邊長L和高度H的關(guān)系、水箱容積要求、水位控制對(duì)水箱高度的要求、以及水箱底與樓面凈空間隔 的要求

9、等，通過適當(dāng)調(diào)整水箱邊長L和高度H，使水箱設(shè)置適應(yīng)了閣樓空間的限制。水位控制屋頂水箱容積為26.23，(其中消防貯水容積為18.03)。水箱由泵房生活泵提升供水，生活泵一用一備，由水箱液位繼電器控制，根據(jù)設(shè)定的最低水位和最高水位啟、停。最低水位的設(shè)定考慮了兩方面的情況：一是高出消防水位100，二是高出局部的水容量1in的最高時(shí)用水量。這樣，既防止了水泵啟動(dòng)到管口出流這段時(shí)間供水的連續(xù)，又防止了水泵啟動(dòng)過于頻繁。生活出水管采用虹吸管形式，位于最高消防水位處，并設(shè)伸出水面的虹吸破壞管，既確保消防用水不被它用，又做到使整個(gè)水箱的貯水流動(dòng)更新。4.3室內(nèi)消火栓消防給水系統(tǒng)室內(nèi)消火栓消防給水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)建筑

10、室內(nèi)消防滅火任務(wù)，按?高規(guī)?要求，該建筑室內(nèi)消火栓消防給水系統(tǒng)為臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，管網(wǎng)呈立體環(huán)網(wǎng)布置。消防豎管采用DN100管徑，平面環(huán)網(wǎng)管采用DN125管徑，消火栓布置按要求保證同層任何部位有兩個(gè)消火栓充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)。引入管兩條，從該建筑的兩個(gè)不同方向接入。系統(tǒng)組成見圖1。消火栓系統(tǒng)選用SN65消火栓、19的噴嘴水槍、直徑為65、長度為25的麻質(zhì)水龍帶。按最不利消火栓水槍最小流量5L/s要求計(jì)算，充實(shí)水柱為11.4，栓口所需壓力為18.5104Pa。為及時(shí)啟動(dòng)消防水泵，以及非消防專業(yè)人員及時(shí)取水槍滅火，室內(nèi)消火栓箱設(shè)遠(yuǎn)程啟泵按鈕，并配自救式小口徑消火栓SN25。增壓設(shè)備由于建筑構(gòu)造的限制，

11、屋頂水箱設(shè)置高度達(dá)不到頂層消火栓水壓要求，系統(tǒng)設(shè)置管道泵補(bǔ)壓，管道泵設(shè)于水箱間，通過遠(yuǎn)傳式壓力表自動(dòng)控制。在分析作為增壓設(shè)備的管道泵控制壓力時(shí)，注意到了?高規(guī)?所涉及的條文有：第7.2.2條、第7.4.6.2條及第7.4.7.2條。因該建筑最大層高為5.1，經(jīng)計(jì)算可看出，只要滿足第7.2.2條中消火栓水槍最小流量的要求，就一定能滿足第7.4.6.2條中關(guān)于10充實(shí)水柱的規(guī)定。而就第7.4.7.2條來說，因建筑頂部三層消火栓幾何高差為9.0，假如按頂層消火栓靜水壓力到達(dá)0.07Pa考慮，在火災(zāi)初期、消防水泵出流前(包括水泵出現(xiàn)故障不能出流的情況)，建筑頂部可能有三層的消火栓水槍都達(dá)不到最小出流量

12、要求。所以，按靜水壓力是否到達(dá)0.07Pa作為是否設(shè)置增壓設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)以及以靜水壓力值0.07Pa作為增壓設(shè)備控制壓力的根據(jù)，對(duì)該建筑消防給水系統(tǒng)的平安性、可靠性都有不利的影響。該建筑消火栓消防給水系統(tǒng)增壓設(shè)備的控制壓力設(shè)定，經(jīng)計(jì)算按滿足最不利消火栓栓口壓力：18.5104Pa考慮。4.4自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在各種不同功能的建筑中都具有很高的控火滅火率。該建筑采用臨時(shí)高壓濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為中危險(xiǎn)級(jí)、設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度為6L/(2in)、作用面積為2002、系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量按計(jì)算取26L/s。根據(jù)?自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(以下簡稱?自規(guī)?)，每個(gè)系統(tǒng)控制噴頭范圍不超過800

13、個(gè)。該建筑設(shè)兩個(gè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，報(bào)警閥兩套，集中設(shè)于一層報(bào)警閥間，分別控制一至六層(低區(qū))和七至十層(高區(qū))滅火噴頭，管網(wǎng)布置成枝狀，系統(tǒng)圖見圖2。管網(wǎng)水力計(jì)算為防止噴水的不均勻性影響系統(tǒng)滅火性能，按?自規(guī)?第7.1.1條的作用面積內(nèi)噴水強(qiáng)度要求進(jìn)展水力計(jì)算。最不利噴頭壓按5104Pa考慮，那么其流量為0.94L/s。在包含最不利噴頭的作用面積內(nèi)，管網(wǎng)最小噴水強(qiáng)度的非最不利噴頭是與最不利噴頭鄰近連接的噴頭，其噴水強(qiáng)度計(jì)算如表1。表1非最不利噴頭的最小噴水強(qiáng)度計(jì)算噴頭間距()管徑()沿程阻力損失(104Pa)噴頭壓力(104Pa)噴頭流量(L/s)噴水強(qiáng)度L/(2s)3.0251.166.16

14、1.040.116320.255.250.960.1073.6251.396.391.060.082320.305.300.970.075由表1可看出：當(dāng)噴頭間距為3.0時(shí)，不管與最不利噴頭的連接收管徑是DN25或DN32，非最不利噴頭的最小噴水強(qiáng)度都不會(huì)低于規(guī)定值：6L/(2in)，即0.1L/(2s)的20%。當(dāng)噴頭間距為3.6時(shí)，采用DN32的管與最不利噴頭相連，其最小噴水強(qiáng)度那么低于規(guī)定值的20%，達(dá)不到?自規(guī)?要求。在包含最不利噴頭的作用面積內(nèi)(正方形布置)，具有最大噴水強(qiáng)度的噴頭，按?自規(guī)?第7.1.1條中不超過規(guī)定值20%的要求，其最大噴水強(qiáng)度為0.12L/(2s)，所要求的噴頭

15、壓力及最大允許沿程水頭損失計(jì)算如表2。表2最大噴水強(qiáng)度噴頭的壓力要求噴頭間距()噴頭流量(L/s)噴頭壓力(104Pa)允許沿程阻力損失(104Pa)3.01.086.611.613.61.5613.808.80由表2可看出：作用面積內(nèi)要到達(dá)噴頭最大噴水強(qiáng)度不大于?自規(guī)?要求范圍，那么須調(diào)整管徑，以控制噴頭與最不利噴頭間的水頭損失。當(dāng)噴頭間距為3.0時(shí)，水頭損失須控制在1.61104Pa之內(nèi)；當(dāng)噴頭間距為3.6時(shí)，水頭損失那么須控制在8.80104Pa之內(nèi)。系統(tǒng)組成為便于監(jiān)控觀察火災(zāi)區(qū)域，每層配水干管設(shè)水流指示器及帶啟閉訊號(hào)的蝶閥，訊號(hào)傳至消防控制室。每層管網(wǎng)末端設(shè)試水放水閥，便于管網(wǎng)維護(hù)檢修時(shí)管網(wǎng)沖洗放空。管網(wǎng)按要求設(shè)坡向放水閥，放水閥后連接放空管，放空管層層相連，到一層后接至報(bào)警閥室的排水溝，管徑為DN40。按照?自規(guī)?要求，噴頭公稱動(dòng)作溫度為68，采用吊頂型玻璃球閉式噴頭。因水箱設(shè)置高度不能滿足高區(qū)系統(tǒng)最不利噴頭水壓要求，系統(tǒng)通過氣壓設(shè)備增壓，增壓泵揚(yáng)程按滿足高區(qū)最不利噴頭壓力：10104Pa要求設(shè)定，通過電節(jié)點(diǎn)壓力表自動(dòng)控制增壓泵的