某超高层民用建筑给排水设计应用探讨
若水分享
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一、引言
随着我国国民经济的快速发展，国内各地区的新建民用建筑，尤其是再土地供应紧张的大中型城市，高层和超高层建筑占了很大比例。如何合理的进行给排水及消防系统设计，对高层和超高层建筑日常运行的经济性以及消防系统的安全可靠的运行有着重要的意义。
本文就某天津市某地区的一栋超高层民用建筑的实际设计案例展开探讨。
二、项目概况
大厦拟建于天津滨海新区响螺湾商务区，为超高层商务办公楼，主要功能有为商业、餐饮、办公、公寓。总用地面积为7000.2平方米，总建筑面积76839平方米。其中，其中：地上建筑面积为59501平方米，地下建筑面积为17338平方米；主体建筑高度116.70米，高层主体27层，裙房四层，地下三层。
设计执行的现行设计规范及标准如下：
1）《高层民用建筑设计防火规范》（gb50045-95，2005年版）
2）《建筑灭火器配置设计规范》（gb50140-2005）
3）《建筑给水排水设计规范》（gb50015-2003）（2009年版）
4）《自动喷水灭火系统设计规范》（gb50084-2001，2005年版）
5）《人民防空工程设计防火规范》（gb50098-2009）
6）《人民防空地下室设计规范》（gb50038-2005）
7）《气体灭火系统设计规范》（gb50370-2005）
8）《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（gb50067-97）
9）《建筑中水设计规范》（gb50336-2002）
10）《天津市二次供水工程技术标准》（db29-69-2008 j10369-2008）
11）《天津市再生水设计规范》（db29-167-2007 j10926-2007）
12）《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》（dbj15-34 -2004）
此工程的给排水设计内容包括给水系统，中水系统，排水系统，消火栓系统，自动喷水灭火系统（含大空间智能型主动喷水灭火系统），空调冷却水循环系统，屋面雨水内排水系统及灭火器配置。
三、给水设计
参照建设单位提供的相关建筑经济技术指标，给水用水量参照如下数值计算：
（1）公寓人数700人，用水量标准158l/人日，用水时间24小时，时变化系数2.5
（2）商业员工及顾客，用水量标准2l/m2营业厅面积*日，营业面积5000m2,用水时间12小时，时变化系数1.5
（3）办公人数1200人，用水量标准16.67l/人日，用水时间10小时，时变化系数1.5
（4）会议人数300人，用水量标准2l/人日，用水时间4小时，时变化系数1.5
（5）餐饮人数800人次，用水量标准38l/人次，用水时间12小时，时变化系数1.5
（6）冷却塔补水，循环水量的1.5%,循环水量1000吨/时,用水时间10小时
（7）不可预见按总用水量的10%计
总用水量：452.0吨/日，最大时用水量为:47.1吨/时。
本工程给水水源由市政给水管提供，分别从临近的不同侧的市政给水管上各接一根dn200的给水管（其中一根为无表防险）在区域内连成环状，环状给水管管径为dn200，给水管上布置三个室外地下消火栓,提供室外消火栓系统用水。此部分也是该地区常用的给水做法。本工程室内给水分四区供水，地下二层至地上二层为低区，由市政给水管网直接供水；三层至十层为办公加压i区、十一层至十八层为办公加压ii区（其中三至六层、十一层至十四层为减压阀供水，阀后压力0.15mpa）,均由设于本工程地下三层的办公用生活水箱及变频调速泵供水，；十九层至二十七层为公寓加压区由设于本工程地下三层的公寓生活水箱、公寓接力泵及十五层的公寓接力生活水箱、变频调速泵供水；冷却塔补水采用接力型式，由设于本工程地下三层的冷却塔补水箱、冷却塔补水接力泵及十五层的冷却塔补水接力水箱、变频调速泵供水。冷却塔补水箱内均设水系统自洁消毒器，生活水箱均采用臭氧消毒，以保证生活水质不受污染。
给水系统如此设计保证了本建筑的各部位用水的正常分区规范要求，并且根据不同的使用功能，从二次供水设施进水部位单独分开，并便于使用管理计量计费。
因为天津地区地方标准需要预留中水回用系统，本建筑同时也设计预留了中水系统。
参照建设单位提供的相关建筑经济技术指标，中水用水量参照如下数值计算：
（1）公寓人数700人，用水量标准42l/人日，用水时间24小时，时变化系数2.5
（2）商业员工及顾客，用水量标准4l/m2营业厅面积*日，营业面积5000m2,用水时间12小时，时变化系数1.5
（3）办公人数1200人，用水量标准33.34l/人日，用水时间10小时，时变化系数1.5
（4）会议人数300人，用水量标准4l/人日，用水时间4小时，时变化系数1.5
（5）餐饮人数800人次，用水量标准2l/人次，用水时间12小时，时变化系数1.5
（6）绿化及场地2500m2, 用水量标准2l/m2日，用水时间4小时
（7）不可预见按总用水量的5%计
中水总用水量：110.0吨/日，最大时中水用水量为:11.5吨/时
本工程中水水源由市政中水管提供，从市政中水管上引一根dn100的中水管接至区域内，中水管上布置四个室外地下洒水栓。
本工程室内中水分四区供水，地下二层至地上二层为低区，由市政中水管网直接供水；三层至十层为办公加压i区、十一层至十八层为办公加压ii区（其中三至六层、十一层至十四层为减压阀供水，阀后压力0.15mpa）,均由设于本工程地下三层的办公中水水箱及变频调速泵供水；十九层至二十七层为公寓加压区由设于本工程地下三层的公寓中水水箱、公寓中水接力泵及十五层的公寓接力中水水箱、变频调速泵供水,中水水箱均采用臭氧消毒，以保证中水水质不受污染。
近年来，国内水资源的再生利用也越来越被各地方政府重视，各地也纷纷推行中水系统设计，以促进节能环保的建设及规划理念的大力推进。本建筑设计给水管及中水管干管采用内筋嵌入式钢塑复合管，管件连接，支管采用pp-r给水塑料管，热熔或法兰式连接。为现在超高层建筑的常用管材做法。
四、排水设计
建筑单体的室内污水按照就近排出原则依靠重力流直接排出室外，污水经化粪池处理后再排入市政污水管，排水系统分三区，地下层为一区，污废水经污水坑收集（消防电梯底部设专用排水机坑及排水泵），由污水泵提升至室外污水管，经化粪池处理后再排入市政污水管。一层至四层为二区，五层以上为三区，各自单独收集，依靠重力自流排出室外，经化粪池处理后（厨用污水经隔油处理后）再排入临近的市政污水管。排水立管设计采用柔性离心排水铸铁管道，加强型不锈钢卡箍连接。此管道强度高并且减噪效果好，接口可曲挠、抗震，并且具有施工快速的优点，在超高层设计中普遍应用。
五、消防设计
按消防有关规范，本工程应设室内外消火栓系统，自动喷水灭火系统（含大空间智能型主动喷水灭火系统），并应配置灭火器。
本工程室内外消防用水量分别为40l/s、30l/s，火灾延续时间3小时，自动喷水灭火用水量为50l/s（含大空间智能型主动喷水灭火系统），火灾延续时间1小时。本工程消防给水由市政给水管网提供（两路，管径dn200，其中一路为无表防险），给水管在区域内连成环状，环状给水管管径为dn200，给水管上布置三个室外地下消火栓，满足本工程室外消防用水需要。在本工程地下三层设消防水池一座(有效容积为612m3，分成可独立使用的两格) ，储存三小时的室内消防用水量及一小时的自动喷水用水量（含大空间智能型主动喷水灭火系统），满足本工程室内消防及自动喷水灭火用水量要求。
（一）室内消火栓系统
本工程室内消防水源为设于本工程地下三层的消防水池(有效容积为612m3，分成可独立使用的两格) ，在消防水池旁设消防泵房一处，室内消火栓系统分高低两区，低区为地下三层至十层，在十五层水箱间内设置低区高位水箱一座；高区为十一层至顶层，在屋顶水箱间内设置高区高位消防水箱一座，并设带压力表的检验用消火栓,由于水箱出水压力不满足最不利点处7m静水压要求,故在消防水箱间内设zt(l)-i-x-13型消防增压设施一套,以满足消防初期顶部五层的消防压力要求。高低区消防泵自消防水池吸水加压双管送至各区室内消火栓管网（管径dn200），各区消火栓管在室内连成环状，在适当的部位设置阀门以保证检修需要和供水安全。消火栓的间距保证同层任何部位有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达，充实水柱长13m。消火栓箱内设置φ19mm直流水枪，25m长衬胶麻质水龙带，消防卷盘,并设置启动消防泵的按钮。地下三层至六层、十一层至二十层消火栓采用减压稳压消火栓。
高低区消火栓系统各设三套dn150的地下式水泵接合器。
（二）自动喷水灭火系统（含大空间智能型主动喷水灭火系统）
本工程应设自动喷水灭火系统，本工程地下车库及商业部分属自喷系统的中危险级(ii)级，设计喷水强度8.0l/平方米/分，作用面积160平方米，办公部分属自喷系统的中危险级(i)级，设计喷水强度6.0l/平方米/分，作用面积160平方米，设计喷水量为30l/s，办公大堂净高超过12米部分采用大空间智能型主动喷水灭火系统，设计喷水量取10l/s；本工程自动喷水灭火系统设计喷水量取40l/s（含10l/s大空间智能型主动喷水灭火系统流量）。喷洒泵设于地下三层消防泵房内，，在屋顶水箱间内设置高区高位水箱一座，有效容积为50.0m3，喷洒系统设zt(l)-i-s-10型喷洒增压设施一套。喷洒泵自消防水池吸水加压经十一套zss系列湿式报警阀(dn200，dn150)至各层各防火分区喷洒管网，各区喷洒管网在报警阀前连成环状，喷洒管各层各防火分区起始端均设信号蝶阀及水流指示器，各层各防火分区喷洒管末端设试水阀，每组湿式报警阀喷洒管网最不利点处设末端试水装置，地下三层至六层、十二层至二十二层喷洒管起始端均设减压孔板。室外设三套dn150的地下式水泵接合器接至喷洒系统湿式报警阀前。高低区分别从各区高位消防水箱接一根dn100的管道至各区报警阀前。
办公大堂净高超过12米部分采用大空间智能型主动喷水灭火系统，设计喷水量10l/s（水量与自动喷水灭火系统叠加计算）。本工程大空间智能型主动喷水灭火系统与喷淋系统合用供水泵组。大空间智能型主动喷水灭火系统喷头的布置保证在喷水时不受障碍物的阻挡，并采用下垂式安装。在水平管网末端最不利点处设置模拟末端试水装置。大空间智能型主动喷水灭火系统高位水箱设置在十五层水箱间内（与消火栓合用，有效容积为25m3），以保证管道在平时处于满水状态。高位水箱出水经不小于dn50的管道接至电磁阀前。
大空间智能型主动喷水灭火系统在室外设一套水泵接合器与室内管网相接。
（三）灭火器配置
按《建筑灭火器配置设计规范》规定，本工程各部位均需配置固定灭火器，本工程为严重危险级a类火灾（车库为a，b类火灾），配置基准50m2/a，0.5 m2/b，灭火器选用磷酸铵盐干粉灭火器，每具药剂重5千克（3a，89b），灭火器保护距离15米；车库内配推车式磷酸铵盐干粉灭火器，每具药剂重20千克（6a、183b），灭火器保护距离24米。
另外在消防控制室设两具二氧化碳灭火器,每具药剂重7千克。
（四）七氟丙烷气体灭火系统
本工程地下一层变配电室设七氟丙烷气体灭火系统，采用全淹没式组合分配系统灭火方式，灭火浓度10%，系统压力4.2mpa，喷设时间7秒，灭火剂充装率800kg/m3，额定设计温度200c，系统采用自动、手动、机械应急启动三种启动方式。
六、结语
相对于其他民用建筑，超高层民用建筑对给排水和消防系统设计的安全性及可靠性要求更高，设计者通过设计和施工中遇到的问题，并且充分理解规范的要求，根据所设计的建筑物的特点不断总结和完善设计技术和方法，达到设计安全、合理和经济的目的。
随着我国国民经济的快速发展，国内各地区的新建民用建筑，尤其是再土地供应紧张的大中型城市，高层和超高层建筑占了很大比例。如何合理的进行给排水及消防系统设计，对高层和超高层建筑日常运行的经济性以及消防系统的安全可靠的运行有着重要的意义。
本文就某天津市某地区的一栋超高层民用建筑的实际设计案例展开探讨。
二、项目概况
大厦拟建于天津滨海新区响螺湾商务区，为超高层商务办公楼，主要功能有为商业、餐饮、办公、公寓。总用地面积为7000.2平方米，总建筑面积76839平方米。其中，其中：地上建筑面积为59501平方米，地下建筑面积为17338平方米；主体建筑高度116.70米，高层主体27层，裙房四层，地下三层。
设计执行的现行设计规范及标准如下：
1）《高层民用建筑设计防火规范》（gb50045-95，2005年版）
2）《建筑灭火器配置设计规范》（gb50140-2005）
3）《建筑给水排水设计规范》（gb50015-2003）（2009年版）
4）《自动喷水灭火系统设计规范》（gb50084-2001，2005年版）
5）《人民防空工程设计防火规范》（gb50098-2009）
6）《人民防空地下室设计规范》（gb50038-2005）
7）《气体灭火系统设计规范》（gb50370-2005）
8）《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（gb50067-97）
9）《建筑中水设计规范》（gb50336-2002）
10）《天津市二次供水工程技术标准》（db29-69-2008 j10369-2008）
11）《天津市再生水设计规范》（db29-167-2007 j10926-2007）
12）《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》（dbj15-34 -2004）
此工程的给排水设计内容包括给水系统，中水系统，排水系统，消火栓系统，自动喷水灭火系统（含大空间智能型主动喷水灭火系统），空调冷却水循环系统，屋面雨水内排水系统及灭火器配置。
三、给水设计
参照建设单位提供的相关建筑经济技术指标，给水用水量参照如下数值计算：
（1）公寓人数700人，用水量标准158l/人日，用水时间24小时，时变化系数2.5
（2）商业员工及顾客，用水量标准2l/m2营业厅面积*日，营业面积5000m2,用水时间12小时，时变化系数1.5
（3）办公人数1200人，用水量标准16.67l/人日，用水时间10小时，时变化系数1.5
（4）会议人数300人，用水量标准2l/人日，用水时间4小时，时变化系数1.5
（5）餐饮人数800人次，用水量标准38l/人次，用水时间12小时，时变化系数1.5
（6）冷却塔补水，循环水量的1.5%,循环水量1000吨/时,用水时间10小时
（7）不可预见按总用水量的10%计
总用水量：452.0吨/日，最大时用水量为:47.1吨/时。
本工程给水水源由市政给水管提供，分别从临近的不同侧的市政给水管上各接一根dn200的给水管（其中一根为无表防险）在区域内连成环状，环状给水管管径为dn200，给水管上布置三个室外地下消火栓,提供室外消火栓系统用水。此部分也是该地区常用的给水做法。本工程室内给水分四区供水，地下二层至地上二层为低区，由市政给水管网直接供水；三层至十层为办公加压i区、十一层至十八层为办公加压ii区（其中三至六层、十一层至十四层为减压阀供水，阀后压力0.15mpa）,均由设于本工程地下三层的办公用生活水箱及变频调速泵供水，；十九层至二十七层为公寓加压区由设于本工程地下三层的公寓生活水箱、公寓接力泵及十五层的公寓接力生活水箱、变频调速泵供水；冷却塔补水采用接力型式，由设于本工程地下三层的冷却塔补水箱、冷却塔补水接力泵及十五层的冷却塔补水接力水箱、变频调速泵供水。冷却塔补水箱内均设水系统自洁消毒器，生活水箱均采用臭氧消毒，以保证生活水质不受污染。
给水系统如此设计保证了本建筑的各部位用水的正常分区规范要求，并且根据不同的使用功能，从二次供水设施进水部位单独分开，并便于使用管理计量计费。
因为天津地区地方标准需要预留中水回用系统，本建筑同时也设计预留了中水系统。
参照建设单位提供的相关建筑经济技术指标，中水用水量参照如下数值计算：
（1）公寓人数700人，用水量标准42l/人日，用水时间24小时，时变化系数2.5
（2）商业员工及顾客，用水量标准4l/m2营业厅面积*日，营业面积5000m2,用水时间12小时，时变化系数1.5
（3）办公人数1200人，用水量标准33.34l/人日，用水时间10小时，时变化系数1.5
（4）会议人数300人，用水量标准4l/人日，用水时间4小时，时变化系数1.5
（5）餐饮人数800人次，用水量标准2l/人次，用水时间12小时，时变化系数1.5
（6）绿化及场地2500m2, 用水量标准2l/m2日，用水时间4小时
（7）不可预见按总用水量的5%计
中水总用水量：110.0吨/日，最大时中水用水量为:11.5吨/时
本工程中水水源由市政中水管提供，从市政中水管上引一根dn100的中水管接至区域内，中水管上布置四个室外地下洒水栓。
本工程室内中水分四区供水，地下二层至地上二层为低区，由市政中水管网直接供水；三层至十层为办公加压i区、十一层至十八层为办公加压ii区（其中三至六层、十一层至十四层为减压阀供水，阀后压力0.15mpa）,均由设于本工程地下三层的办公中水水箱及变频调速泵供水；十九层至二十七层为公寓加压区由设于本工程地下三层的公寓中水水箱、公寓中水接力泵及十五层的公寓接力中水水箱、变频调速泵供水,中水水箱均采用臭氧消毒，以保证中水水质不受污染。
近年来，国内水资源的再生利用也越来越被各地方政府重视，各地也纷纷推行中水系统设计，以促进节能环保的建设及规划理念的大力推进。本建筑设计给水管及中水管干管采用内筋嵌入式钢塑复合管，管件连接，支管采用pp-r给水塑料管，热熔或法兰式连接。为现在超高层建筑的常用管材做法。
四、排水设计
建筑单体的室内污水按照就近排出原则依靠重力流直接排出室外，污水经化粪池处理后再排入市政污水管，排水系统分三区，地下层为一区，污废水经污水坑收集（消防电梯底部设专用排水机坑及排水泵），由污水泵提升至室外污水管，经化粪池处理后再排入市政污水管。一层至四层为二区，五层以上为三区，各自单独收集，依靠重力自流排出室外，经化粪池处理后（厨用污水经隔油处理后）再排入临近的市政污水管。排水立管设计采用柔性离心排水铸铁管道，加强型不锈钢卡箍连接。此管道强度高并且减噪效果好，接口可曲挠、抗震，并且具有施工快速的优点，在超高层设计中普遍应用。
五、消防设计
按消防有关规范，本工程应设室内外消火栓系统，自动喷水灭火系统（含大空间智能型主动喷水灭火系统），并应配置灭火器。
本工程室内外消防用水量分别为40l/s、30l/s，火灾延续时间3小时，自动喷水灭火用水量为50l/s（含大空间智能型主动喷水灭火系统），火灾延续时间1小时。本工程消防给水由市政给水管网提供（两路，管径dn200，其中一路为无表防险），给水管在区域内连成环状，环状给水管管径为dn200，给水管上布置三个室外地下消火栓，满足本工程室外消防用水需要。在本工程地下三层设消防水池一座(有效容积为612m3，分成可独立使用的两格) ，储存三小时的室内消防用水量及一小时的自动喷水用水量（含大空间智能型主动喷水灭火系统），满足本工程室内消防及自动喷水灭火用水量要求。
（一）室内消火栓系统
本工程室内消防水源为设于本工程地下三层的消防水池(有效容积为612m3，分成可独立使用的两格) ，在消防水池旁设消防泵房一处，室内消火栓系统分高低两区，低区为地下三层至十层，在十五层水箱间内设置低区高位水箱一座；高区为十一层至顶层，在屋顶水箱间内设置高区高位消防水箱一座，并设带压力表的检验用消火栓,由于水箱出水压力不满足最不利点处7m静水压要求,故在消防水箱间内设zt(l)-i-x-13型消防增压设施一套,以满足消防初期顶部五层的消防压力要求。高低区消防泵自消防水池吸水加压双管送至各区室内消火栓管网（管径dn200），各区消火栓管在室内连成环状，在适当的部位设置阀门以保证检修需要和供水安全。消火栓的间距保证同层任何部位有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达，充实水柱长13m。消火栓箱内设置φ19mm直流水枪，25m长衬胶麻质水龙带，消防卷盘,并设置启动消防泵的按钮。地下三层至六层、十一层至二十层消火栓采用减压稳压消火栓。
高低区消火栓系统各设三套dn150的地下式水泵接合器。
（二）自动喷水灭火系统（含大空间智能型主动喷水灭火系统）
本工程应设自动喷水灭火系统，本工程地下车库及商业部分属自喷系统的中危险级(ii)级，设计喷水强度8.0l/平方米/分，作用面积160平方米，办公部分属自喷系统的中危险级(i)级，设计喷水强度6.0l/平方米/分，作用面积160平方米，设计喷水量为30l/s，办公大堂净高超过12米部分采用大空间智能型主动喷水灭火系统，设计喷水量取10l/s；本工程自动喷水灭火系统设计喷水量取40l/s（含10l/s大空间智能型主动喷水灭火系统流量）。喷洒泵设于地下三层消防泵房内，，在屋顶水箱间内设置高区高位水箱一座，有效容积为50.0m3，喷洒系统设zt(l)-i-s-10型喷洒增压设施一套。喷洒泵自消防水池吸水加压经十一套zss系列湿式报警阀(dn200，dn150)至各层各防火分区喷洒管网，各区喷洒管网在报警阀前连成环状，喷洒管各层各防火分区起始端均设信号蝶阀及水流指示器，各层各防火分区喷洒管末端设试水阀，每组湿式报警阀喷洒管网最不利点处设末端试水装置，地下三层至六层、十二层至二十二层喷洒管起始端均设减压孔板。室外设三套dn150的地下式水泵接合器接至喷洒系统湿式报警阀前。高低区分别从各区高位消防水箱接一根dn100的管道至各区报警阀前。
办公大堂净高超过12米部分采用大空间智能型主动喷水灭火系统，设计喷水量10l/s（水量与自动喷水灭火系统叠加计算）。本工程大空间智能型主动喷水灭火系统与喷淋系统合用供水泵组。大空间智能型主动喷水灭火系统喷头的布置保证在喷水时不受障碍物的阻挡，并采用下垂式安装。在水平管网末端最不利点处设置模拟末端试水装置。大空间智能型主动喷水灭火系统高位水箱设置在十五层水箱间内（与消火栓合用，有效容积为25m3），以保证管道在平时处于满水状态。高位水箱出水经不小于dn50的管道接至电磁阀前。
大空间智能型主动喷水灭火系统在室外设一套水泵接合器与室内管网相接。
（三）灭火器配置
按《建筑灭火器配置设计规范》规定，本工程各部位均需配置固定灭火器，本工程为严重危险级a类火灾（车库为a，b类火灾），配置基准50m2/a，0.5 m2/b，灭火器选用磷酸铵盐干粉灭火器，每具药剂重5千克（3a，89b），灭火器保护距离15米；车库内配推车式磷酸铵盐干粉灭火器，每具药剂重20千克（6a、183b），灭火器保护距离24米。
另外在消防控制室设两具二氧化碳灭火器,每具药剂重7千克。
（四）七氟丙烷气体灭火系统
本工程地下一层变配电室设七氟丙烷气体灭火系统，采用全淹没式组合分配系统灭火方式，灭火浓度10%，系统压力4.2mpa，喷设时间7秒，灭火剂充装率800kg/m3，额定设计温度200c，系统采用自动、手动、机械应急启动三种启动方式。
六、结语
相对于其他民用建筑，超高层民用建筑对给排水和消防系统设计的安全性及可靠性要求更高，设计者通过设计和施工中遇到的问题，并且充分理解规范的要求，根据所设计的建筑物的特点不断总结和完善设计技术和方法，达到设计安全、合理和经济的目的。
