辽宁省某办公楼消火栓系统设计

1、摘 要本次课程设计根据国家的相关法规、标准、规范以及建筑的实际情况。首先对建筑的防火分区进行了划分。又根据高层民用建筑防火规范（GB50045-2005）的有关规定，对辽宁某办公楼进行了室内消火栓计算与设计。根据消火栓系统的设计程序，通过对消火栓及水利管网的计算选定符合要求的消火栓、水带、水枪、消防水泵、水泵接合器、消防水枪及消防水池等。并对消防给水管网进行布置。通过结合低投入高输出、提供最大安全保护的设计理念进行设计，最终达到设计要求。关键词：防火分区；水头损失；扬程；水泵目 录引言11工程概况21.1建筑概况21.2自然条件22防火分区的划分33消火栓安装计算53.1 室内消火栓给水方式5

2、3.2消火栓、水带、水枪的型号53.3水枪充实水柱、水枪设计流量计算和设计喷嘴压力53.3.1 水枪充实水柱计算53.3.2 水枪压力和流量计算63.4消火栓的保护半径和布置间距74管路水力计算94.1 选择最不利点消火栓和确定最不利计算管路94.2 计算最不利点消火栓栓口处所需的水压94.3 确定消防给水管网的管径104.4 计算最不利管路的水头损失114.5 减压装置的设置135. 消防水泵及水泵接合器的选择145.1 消防水泵的选择145.2 水泵接合器的选择146. 消防水箱及消防水池的设置166.1 消防水箱的设置166.2 消防水池的设置16总结18参考文献19引言建筑消防给水系统

3、对于确保建筑物的消防安全，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全起着十分重要的作用。大量火灾统计资料表明，由于火场缺乏消防用水造成火灾扑救失利的次数，占火灾扑救总次数的81.5%。因此，为给建筑物营造良好的消防安全环境，建筑工程建设质量管理工作中各责任主体必须按照国家消防法律法规的规定，设计好、施工好、使用好建筑消防给水系统。室内消火栓给水系统是建筑物应用最广泛的一种消防设施。其既可供火灾现场人员使用消火栓箱内的消防水喉、水枪扑救建筑物的初期火灾，有可供消防队员扑救建筑物的大火。就现阶段而言，消火栓仍然具有着不可替代的作用。首先，水作为一种廉价、高效的灭火剂被人们一直沿用到今天，而且，依旧发挥

4、着自身重要的作用。其次，消火栓可以提供火灾全周期的灭火条件，而不像灭火器一样，若是火灾初期不能有效的控制，火灾很快便会蔓延开来。最后，消火栓不仅仅作为一种灭火工具，它在灭火战斗中，也担负着保护消防队员，开辟疏散通道的作用。因此，我们应该合理的设计消火栓系统，是火灾对人的伤害减小到最低。1工程概况1.1建筑概况辽宁某办公楼是一座楼长36.3m，宽12.9m，占地面积468.27m2的公共办公楼，办公楼搞27m，共九层，设有两个消防楼梯间和一个电梯，其余房间为办公室、会议室、接待室等。根据高层民用建筑防火规范（GB50045-2005）1的有关规定，将该建筑划为二类民用公共类建筑。1.2自然条件辽

5、宁省地处欧亚大陆东岸、中纬度地区，属于温带大陆性季风气候区。境内雨热同季，日照丰富，积温较高，冬长夏暖，春秋季短，四季分明。雨量不均，东湿西干。全省阳光辐射年总量在100-200卡/平方厘米之间，年日照时数2100-2600小时。春季大部地区日照不足；夏季前期不足，后期偏多；秋季大部地区偏多；冬季光照明显不足。全年平均气温在7-11之间，最高气温零上30，极端最高可达40以上，最低气温零下30。受季风气候影响，各地差异较大，自西南向东北，自平原向山区递减。年平均无霜期130- 200天，一般无霜期均在150天以上，由西北向东南逐渐增多。辽宁省是东北地区降水量最多的省份，年降水量在600-110

6、0毫米之间。东部山地丘陵区年降水量在1100毫米以上；西部山地丘陵区与内蒙古 高原相连，年降水量在400毫米左右，是全省降水最少的地区；中部平原降水量比较适中，年平均在600毫米左右。 2防火分区的划分根据高层民用建筑防火规范（GB50045-2005）1第条可知本建筑为二类建筑。高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过表2.1的规定。表 2.1 每个防火分区允许的最大建筑面积建筑类别每个防火分区建筑面积（m2）一类建筑1000二类建筑1500地下室500根据表2.1规定，以及高规1第条的规定：“5.1.4 高层建筑内设有上下层相连通的走廊、敞开楼梯、自动扶

7、梯、传送带等开口部位时，应按上下连通层作为一个防火分区，其允许最大建筑面积之和不应超过本规范第条的规定。当上下开口部位设有耐火极限大于3.00h的防火卷帘或水幕等分隔设施时，其面积可不叠加计算。”因此，可做如表2.2的划分。表2.2 防火分区划分防火分区编号位置防火分区面积A（）1电梯及电梯前室320.82消防楼梯间1160.43消防楼梯间2160.44一层397.05二层397.0续表2.26三层397.07四层397.08五层397.09六层397.010七层397.011八层397.012九层397.03消火栓安装计算3.1 室内消火栓给水方式当高层建筑最低消火栓设备处的静水压力不超过0

8、.8MPa或建筑高度不超过50m时，可采用不分区给水方式。所以本设计采用临时高压不分区给水方式。3.2消火栓、水带、水枪的型号 根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-2005）规定：“ 消火栓应采用同一型号规格。消火栓的栓口直径应为65mm，水带长度不应超过25m，水枪喷嘴口径不应小于19mm。”通常，喷嘴口径19mm的水枪与65mm的水带配套。室内消火栓目前多配套直径为65mm或50mm的胶里水带，因此本设计选用消火栓选用65mm口径消火栓、19mm喷嘴水枪、直径65mm长度20m胶里水带。3.3水枪充实水柱、水枪设计流量计算和设计喷嘴压力3.3.1 水枪充实水柱计算为有效扑灭建筑物

9、火灾，要求水枪射流时的充实水柱应能到达建筑物每层 的任何高度。因此，水枪的充实水柱应按层高计算确定。通常水枪射流上倾角不宜超过45°，在最不利情况下也不能超过60°。按上倾角45°考虑，则 (3.1)式中：Sk为水枪充实水柱，m；H1为建筑物层高，m；H2为水枪喷嘴离地面高度，m，一般取1m。本建筑层高为3m，因此充实水柱为根据高规1第条规定：“消火栓的水枪充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过100m的高层建筑不应小于10m；建筑高度超过100m的高层建筑不应小于13m。”因此，Sk=10m。3.3.2 水枪压力和流量计算水枪压力计算公式为 (3.2)式中

10、：为系数，与喷嘴直径和压力有关，见表3.1； Sk为水枪充实水柱，m。查表可得为0.0135，因此水枪流量计算公式为 (3.3)式中：为系数，与喷嘴直径有关，见表3.2； Q为水枪流量，L/s。查表得=157.7，因此水枪流量 根据高规1第条规定，室内消火栓最小用水量为20 L/s,每根竖管最小流量10 L/s，每支水枪最小流量5 L/s。因此，Q=5L。将Q带入(3.2)、(3.3)得水枪压力Hq为0.16MPa，充实水柱高度Sk为12m。表3.1 系数充实水柱/m系数水枪喷嘴口径13mm水枪喷嘴口径16mm水枪喷嘴口径19mm水枪喷嘴口径22mm70.01330.01320.01280.0

11、122100.01500.01400.01350.0115130.01850.01690.01580.0138表3.2 系数喷嘴口径/mm131619223.467.93157.7283.63.4消火栓的保护半径和布置间距根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-2005）17.4.6.3 规定：“消火栓的间距应由计算确定，且高层建筑不应大于30m，裙房不应大于50m。”消火栓保护半径可按下式计算 (3.4)式中：为一条水带的实际长度，20m；为水枪充实水柱在平面上的投影长度；为水带铺设系数，一般=80%90%，取=85%。水枪充实水柱在平面上的投影长度可按下式计算： (3.5)式中：为水

12、枪射流上倾角，由层高、充实水柱确定，一般不超过45°，取=45°则有已知可计算出保护半径：根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-2005）1第条：“消防竖管的布置，应保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位。”消火栓单排双水柱的布置间距计算公式为 (3.6)式中：Rf为消火栓保护半径，m； bf为消火栓最大保护宽度，m。有图纸可看出bf=7.5m，因此最大布置间距为 图纸设计符合规范要求，详细设计见图纸。4管路水力计算4.1 选择最不利点消火栓和确定最不利计算管路建筑中，最不利消火栓选在九层的最右侧。见图4.1。图4.1 最不利管路在计算

13、时，将管路分为三段，分别是1-2段、2-3段、3-4段。4.2 计算最不利点消火栓栓口处所需的水压水流通过水带的损失为 (4.1)式中：S为每条水带（长20m）的阻抗系数，其值见表4.1； 为水带所通过的实际流量（即水枪的设计流量），L/s。表4.1 每条水带的阻抗系数水带S值水带直径50mm水带直径65mm水带直径75mm水带直径90mm麻质水带0.00300.000860000300.00016胶里水带0.00150.000350.000150.00008查表4.1可知，S=0.00035 ，水枪的设计流量为5L/s 。将其带入式(4.1)得消火栓栓口压力计算公式为 (4.2)式中：为水枪

14、喷嘴处的设计水压，MPa；为每条水带的水头损失，MPa。带入数值可得最不利点的消火栓栓口压力为根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-2005）1第条：“高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力。当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa；当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施。”满足上述要求，不设增压设施。4.3 确定消防给水管网的管径管径大小的计算公式为： (4.3)式中:为管段流量,；为流速, ,小于2.5；为管段直径,。根据建筑消防给水系统1

15、的设计规定，不超过50m的办公楼消火栓用水量为20L/s，同时使用水枪数为4支，每只水枪的最小流量为5L/s，每根竖管最小流量为10L/s。竖管的管径；水平横管的管径。根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-2005）1第条规定：“消防竖管的布置，应保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位。每根消防竖管的直径应按通过的流量经计算确定，但不应小于100mm。”所以，竖管应采用DN100钢管；水平横管应采用DN150钢管。4.4 计算最不利管路的水头损失水利坡度计算公式 (4.4)式中：i为水利坡度，MPa/m； Q为管道流量，m3/s； d为计算内径，m，取值应

16、按管道的内径减1mm确定。管道沿程水头损失及局部水头损失计算公式为 (4.5) (4.6)式中：L为计算管段长度，m； Ld为管件和阀门局部水头损失当量长度，m，当量长度见表4.2。由前面可知，1-2管段的流量为5L/s，消火栓山口压力Hxh1=0.16875MPa，因此1-2管段的水利坡度。管道沿程损失；局部损失。次不利点的栓口压力为 (4.7)因此。根据公式4.2可推算出Q2=5.5L/s。因此2-4段的流量为10.5L/s。表4.2 不同管径的管件局部水头损失当量长度称名件管管件名称管件直径（mm）25324050708010012515045º弯头0.30.30.60.60.

17、90.91.21.52.190º弯头0.60.91.21.51.82.13.13.74.3三通或四通1.51.82.43.13.74.66.17.69.2蝶阀1.82.13.13.72.73.1闸阀0.30.30.30.60.60.9止回阀1.52.12.73.44.34.96.78.39.8异径接头32254032504065508065100801251001501252001500.20.30.30.50.60.81.11.31.6注：1.过滤器当量长度的取值，由生产厂提供； 2.当异径接头的出口直径不变而入口直径提高1级时，其当量长度应增大0.5倍；提高2级或2级以上时当量长

18、度应增加1.0倍。由图4.1可得出各个管段所需要计算得当量长度，具体数值间表4.3。表4.3最不利管路局部损失当量长度管段管段包含管件管段当量长度（m）12DN100的90度弯头一个DN100的三通一个9.223DN100闸阀一个0.634DN150止回阀一个，DN150闸阀两个DN150三通两个30由公式4.4、4.5、4.6可计算出管道各个部分的局部水头损失和沿程水头损失，见表4.4。表4.4 水头损失计算计算管段管段流量（）管长（m）管径DN(mm)i(MPa/m)局部水头损失（MPa）沿程水头损失（MPa）1254.31002.90×10-42.668×10-31.

19、247×10-323105251001.28×10-37.68×10-41.344×10-23421 22.11505.12×10-30.12390.1131总计0.12820.1278所以最不利点水头总损失为。4.5 减压装置的设置一层消火栓的出口压力为 (4.8)式中：为最不利消火栓的出口压力，MPa； 为静水压差，MPa； 为水头损失，MPa。最不利点出口压力为0.16875MPa，两个消火栓的高度差为24m，两个消火栓间的水头损失为2.668×10-3+7.68×10-4+1.247×10-3+1.344&

20、#215;10-2=1.81×10-2MPa。将数值带入4.8得H1=0.16875+24/100+0.0181=0.21085MPa。根据高规1 第条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施。”因为H1小于0.50MPa，所以不用设置减压设施。5. 消防水泵及水泵接合器的选择5.1 消防水泵的选择消防水泵的扬程应按最不利点所需要的水压进行计算，计算公式为： (5.1)式中：H为最不利配水点与水池最低水位的静水压，m； Hc为最不利点灭火设备所需水压，mH2O； Hw为最不

21、利管路的水头损失，mH2O。最不利点处消火栓到消防水池最低水位静水压差为H=25+5=30m；最不利点灭火设备所需的水压为Hc=16.875 mH2O；最不利管路的水头损失为Hw=25.6 mH2O。所以，其扬程为H=30+16.875+25.6=72.475 mH2O=0.72475MPa，流量为Q=21L/s=75.6m3/h。可选用6Sh6型离心泵，其规格见图5.1。图5.1 离心泵规格表5.2 水泵接合器的选择每个水泵接合器的设计流量，一般按10 15L/s计。当室内消防流量小于等于20L/s时，水泵接合器设计流量为10L/s；当室内消防流量大于20L/s时，水泵接合器设计流量为15L

22、/s。水泵接合器的数量为 (5.2)因此，应设置水泵接合器的数量为N=21/15=1.42。选用水泵接合器的型号为SQB150。6. 消防水箱及消防水池的设置6.1 消防水箱的设置根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-2005）1第7.4.7 条规定：“采用高压给水系统时，可不设高位消防水箱。当采用临时高压给水系统时，应设高位消防水箱，并应符合下列规定：7.4.7.1 高位消防水箱的消防储水量，一类公共建筑不应小于18m3；二类公共建筑和一类居住建筑不应小于12m3；二类居住建筑不应小于6.00m3。”本建筑采用临时高压给水系统，所以应设置高位消防水箱。水箱的有效容积计算公式为： (6.1)式中：为消防水箱有效容积，；为室内消防用水量，；水箱保证供水时间，一般取。消防水箱的有效容积为Vf=0.06×21×10=12.6m3，符合以上规定。详细设计见系统图。6.2 消防水池的设置消防水池有效容积的计算公式为： (4.2)式中：为消防水池有效容积，；为所负担的某类灭火系统用水量，；火灾延续时间，。根据高层民用建筑设计