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摘要：结合作者在工作中的实践经验，针对小高层建筑消防给水系统的设计与水力计算进行探讨。
关键词：小高层建筑；消防工程；给水系统；设计；水力计算
前言
小高层建筑是一种约定俗成的说法，在《国际住宅设计规范》中并无定义，实际上是指中高层住宅（7层—9层）和10层—18层高层住宅相加在一起的概念，电梯和楼梯共同作为公共垂直交通工具，但可以不设消防电梯。因此，小高层虽属于高层建筑，但层数较低，又具有多层住宅的某些特点，防火要求并不如高层建筑防火要求那么高。作者以在邵阳市某小高层住宅区从事消防审核工作的经验出发，简单探讨关于消防给水系统的设计与水力计算问题，旨在与同行交流。
小高层建筑消防给水系统的设计
该小高层住宅区采用区域集中的室内临时高压消防给水系统，消防泵房（与生活泵房合用）设于地下一层，消防贮水池容积为367m3，储存2h的室内消火栓用水量270m3和1h喷淋用水量97m3，在十五层塔楼屋顶设有初期（10min）消防用水量18m3，天面消防水池用水由生活水泵供给。
2.1消火栓给水系统
室内消火栓用水量为10L/S，室外消防栓用水量为15L/S，火灾延续时间按2h设计。系统基本流程为：消防专用贮水池→消防泵→总分配管和环状干管→各栋塔楼的消防环状管网。
每栋建筑的消防给水系统消火栓栓口静水压不大于1.0MPa，管道在负一层、三层设备层和天面均连成环状。消防泵（一用一备）的输水管在水泵房外形成环状，分别与管网相连，其开启由消防箱上的碎玻璃按钮或消防中心控制，以此来保证在火警时能使任何一个消火栓有足够的水压和水量。当消火栓栓口出水压力超过0.5MPa时，设置不锈钢孔板减压。消火栓的布置应确保同层相邻两个消火栓水枪的水柱能同时到达室内任何部位。消火栓箱采用铝合金箱，箱内配置：碎玻璃按钮一个；警报器一个，指示灯一个；DN65mm消火栓一个，麻质衬胶水带一条，L=25m；Φ19mm×65mm直流铝合金水枪一支；同时还配有供内部人员扑救初期火灾的自救式小口径（内径Φ19mm）胶管圈盘一套，喷嘴口径为Φ8mm，胶管长25m，箱体尺寸=1100mm×650mm×240mm。在首层消防通道附近设有两套消防水泵接合器，以便消防车利用室外消火栓取水直接救援。
2.2自動喷水灭火系统
按照《自动喷水灭火系统设计规范》的规定，本工程火灾危险等级属于中危险级，喷淋系统的用水量为27L/S，在裙楼卫生院、商场、会所、地下车库以及住宅层的走道、前室等均设有自动喷水灭火设备。系统采用玻璃球喷头，除厨房喷头动作温度为93℃外，其余部位喷头动作温度为68℃，每个喷头保护面积不大于12.5m2。在裙楼自动扶梯周围的防火卷帘处设加密闭式喷头，其间距为2.0m。根据建筑高度和每个报警阀控制的喷头数不超过800个以及系统管网内的工作压力不大于1.2MPa的原则进行垂直和水平分区，地下车库分为三个区，首层分为两个区，二层分为两个区，每区各设置一组报警阀。
系统设置两台喷淋主泵，一用一备，其开启由湿式报警阀上的压力开关控制或消防中心控制，1h后自动停泵。平时管网由全自动气压供水稳定设备补压，以保证系统最不利喷头的水压不小于0.10MPa。
2.3灭火设备
地下一层发动机房采用全淹没CO2灭火系统，灭火剂设计浓度为58%。地下车库、发动机房、变配电房、商场、电梯机房等处设置移动式灭火设备，按中危险级A类火灾设计。
给水系统的水力计算
3.1水枪充实水柱计算
在扑灭火灾时，水枪的有效射程通常用充实水柱表示。充实水柱是指从水枪喷嘴起到射流90%的水柱水量穿过直径380mm圆孔处的一段射流长度。灭火所需的充实水柱长度由室内最高着火点距地面高度、水枪喷嘴距地面高度、水枪射流倾角按式（1）计算确定，但不得小于建筑设计防火规范（GB50016-2006）的规定。当水枪的充实水柱长度过大时，射流的反作用力会使灭火人员无法把握水枪，因此充实水柱长度一般不大于15m。
3.2消火栓口水压计算
为满足水枪充实水柱长度，消火栓口所需压力为水枪喷嘴处水压，消火栓口水头损失（取20KPa）和沿程水头损失之和，沿程水头损失按式（2）计算。
上式中：
经实验：充实水柱长度与水枪口径、水枪出水流量、水枪口处压力关系见表1。
表1：19mm口径直流水枪喷嘴处压力、充实水柱、出水流量的关系
3.3管网水力计算
（1）按表2确定灭火时每条立管出流水枪数量
表2：消防立管出流水枪数量
（2）以流速为控制条件（1.4-1.8m/s，最大不允许超过2.5m/s），按式（3）确定消防竖管直径。
式（3）
上式中：
由式（3）所得的管道直径一般不等于标准管径，可根据计算结果取相近的标准管径，并核算流速是否符合要求，如不符合，应调整流速后重新计算。室内消防坚管直径不应小于DN100。
（3）计算最不利消火栓以下各层出流消火栓口处的实际压力，实际压力等于最不利消火栓口水压、高度压差和沿程水头损失之和。按式（4）计算最不利消火栓以下各层出流水枪实际出流量。
式（4）
上式中：Hxh——消火栓口水压，KPa;
HK——消火栓口水头损失，取20KPa;
B——水枪出流特性系数，经计算得出19mm喷嘴口径水枪B值为0.1577。
（4）按式（3）计算底部水平干管管径，并验算流速；各竖管流量之和即为消防水泵流量。消防水泵扬程为最不利消火栓口水压、最不利消火栓距消防水池最低动水位高差、管路水头损失之和。管路水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失，沿程水头损失按式（2）计算，局部水头损失可按沿程水头损失10%采用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：小高层建筑；消防工程；给水系统；设计；水力计算
前言
小高层建筑是一种约定俗成的说法，在《国际住宅设计规范》中并无定义，实际上是指中高层住宅（7层—9层）和10层—18层高层住宅相加在一起的概念，电梯和楼梯共同作为公共垂直交通工具，但可以不设消防电梯。因此，小高层虽属于高层建筑，但层数较低，又具有多层住宅的某些特点，防火要求并不如高层建筑防火要求那么高。作者以在邵阳市某小高层住宅区从事消防审核工作的经验出发，简单探讨关于消防给水系统的设计与水力计算问题，旨在与同行交流。
小高层建筑消防给水系统的设计
该小高层住宅区采用区域集中的室内临时高压消防给水系统，消防泵房（与生活泵房合用）设于地下一层，消防贮水池容积为367m3，储存2h的室内消火栓用水量270m3和1h喷淋用水量97m3，在十五层塔楼屋顶设有初期（10min）消防用水量18m3，天面消防水池用水由生活水泵供给。
2.1消火栓给水系统
室内消火栓用水量为10L/S，室外消防栓用水量为15L/S，火灾延续时间按2h设计。系统基本流程为：消防专用贮水池→消防泵→总分配管和环状干管→各栋塔楼的消防环状管网。
每栋建筑的消防给水系统消火栓栓口静水压不大于1.0MPa，管道在负一层、三层设备层和天面均连成环状。消防泵（一用一备）的输水管在水泵房外形成环状，分别与管网相连，其开启由消防箱上的碎玻璃按钮或消防中心控制，以此来保证在火警时能使任何一个消火栓有足够的水压和水量。当消火栓栓口出水压力超过0.5MPa时，设置不锈钢孔板减压。消火栓的布置应确保同层相邻两个消火栓水枪的水柱能同时到达室内任何部位。消火栓箱采用铝合金箱，箱内配置：碎玻璃按钮一个；警报器一个，指示灯一个；DN65mm消火栓一个，麻质衬胶水带一条，L=25m；Φ19mm×65mm直流铝合金水枪一支；同时还配有供内部人员扑救初期火灾的自救式小口径（内径Φ19mm）胶管圈盘一套，喷嘴口径为Φ8mm，胶管长25m，箱体尺寸=1100mm×650mm×240mm。在首层消防通道附近设有两套消防水泵接合器，以便消防车利用室外消火栓取水直接救援。
2.2自動喷水灭火系统
按照《自动喷水灭火系统设计规范》的规定，本工程火灾危险等级属于中危险级，喷淋系统的用水量为27L/S，在裙楼卫生院、商场、会所、地下车库以及住宅层的走道、前室等均设有自动喷水灭火设备。系统采用玻璃球喷头，除厨房喷头动作温度为93℃外，其余部位喷头动作温度为68℃，每个喷头保护面积不大于12.5m2。在裙楼自动扶梯周围的防火卷帘处设加密闭式喷头，其间距为2.0m。根据建筑高度和每个报警阀控制的喷头数不超过800个以及系统管网内的工作压力不大于1.2MPa的原则进行垂直和水平分区，地下车库分为三个区，首层分为两个区，二层分为两个区，每区各设置一组报警阀。
系统设置两台喷淋主泵，一用一备，其开启由湿式报警阀上的压力开关控制或消防中心控制，1h后自动停泵。平时管网由全自动气压供水稳定设备补压，以保证系统最不利喷头的水压不小于0.10MPa。
2.3灭火设备
地下一层发动机房采用全淹没CO2灭火系统，灭火剂设计浓度为58%。地下车库、发动机房、变配电房、商场、电梯机房等处设置移动式灭火设备，按中危险级A类火灾设计。
给水系统的水力计算
3.1水枪充实水柱计算
在扑灭火灾时，水枪的有效射程通常用充实水柱表示。充实水柱是指从水枪喷嘴起到射流90%的水柱水量穿过直径380mm圆孔处的一段射流长度。灭火所需的充实水柱长度由室内最高着火点距地面高度、水枪喷嘴距地面高度、水枪射流倾角按式（1）计算确定，但不得小于建筑设计防火规范（GB50016-2006）的规定。当水枪的充实水柱长度过大时，射流的反作用力会使灭火人员无法把握水枪，因此充实水柱长度一般不大于15m。
3.2消火栓口水压计算
为满足水枪充实水柱长度，消火栓口所需压力为水枪喷嘴处水压，消火栓口水头损失（取20KPa）和沿程水头损失之和，沿程水头损失按式（2）计算。
上式中：
经实验：充实水柱长度与水枪口径、水枪出水流量、水枪口处压力关系见表1。
表1：19mm口径直流水枪喷嘴处压力、充实水柱、出水流量的关系
3.3管网水力计算
（1）按表2确定灭火时每条立管出流水枪数量
表2：消防立管出流水枪数量
（2）以流速为控制条件（1.4-1.8m/s，最大不允许超过2.5m/s），按式（3）确定消防竖管直径。
式（3）
上式中：
由式（3）所得的管道直径一般不等于标准管径，可根据计算结果取相近的标准管径，并核算流速是否符合要求，如不符合，应调整流速后重新计算。室内消防坚管直径不应小于DN100。
（3）计算最不利消火栓以下各层出流消火栓口处的实际压力，实际压力等于最不利消火栓口水压、高度压差和沿程水头损失之和。按式（4）计算最不利消火栓以下各层出流水枪实际出流量。
式（4）
上式中：Hxh——消火栓口水压，KPa;
HK——消火栓口水头损失，取20KPa;
B——水枪出流特性系数，经计算得出19mm喷嘴口径水枪B值为0.1577。
（4）按式（3）计算底部水平干管管径，并验算流速；各竖管流量之和即为消防水泵流量。消防水泵扬程为最不利消火栓口水压、最不利消火栓距消防水池最低动水位高差、管路水头损失之和。管路水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失，沿程水头损失按式（2）计算，局部水头损失可按沿程水头损失10%采用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。