关于高层建筑工程中给排水系统设计的分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇关于高层建筑工程中给排水系统设计的分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：文章介绍了超高层建筑给水、消防系统的系统的特点，再结合结合实际工程以及系统选择和分区特点，就目前在超高层建筑的给排水设计中遇到的问题, 提出解决的方法以及需要进一步探讨和研究的措施，以满足超高层建筑对给排水水量、水质、水压的要求。在选择与系统配套的管材和附件时，也应该能够达到承受高压的要求，并对不同系统的减压措施进行了分析，以供大家参考。

关键词：高层建筑给排水系统 运用设计减压措施

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

前言

我国《民用建筑设计通则》（GB50352—2005）第3.1.2条对超高层建筑的定义做了明确规定:“建筑高度大于100ｍ的民用建筑为超高层建筑。”对室内给水设计而言，100ｍ的建筑高度并非划分系统的绝对依据：高度不到却接近100ｍ的高层建筑与超高层建筑在给排水设计上是类似的；100ｍ左右的超高层与200ｍ或以上的超高层在给排水设计上则有很大不同。如《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95，2005年版，以下简称“高规”）第1.0.5条规定：“当高层建筑的建筑高度超过250ｍ时，建筑设计采取的特殊防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究论证。”因此，超高层建筑给排水系统应根据建筑高度及建筑功能，并结合当前适用建筑材料的特性来确定。

1 系统选择与分区

1.1 生活给水系统

《建筑给水排水设计规范》GB50015—2003，2009年版，以下简称“建规”）中第3.3.3～3.3.6条对建筑物内生活给水系统的竖向分区原则作了规定。超高层建筑的室内生活给水系统分区应当遵守其规定。

室内生活给水系统首先要区分不同性质的用水区域，分别设置给水加压系统。超高层建筑可能是功能单一的住宅楼、办公楼，也可能是含有多种功能的带裙房的综合楼建筑群。由于计费的需要，不同功能的用水区域，其给水系统也要互相独立设置。根据所针对的场所，生活用水大致分为居民用水、行政事业用水、经营服务用水、特种行业用水等。划分给水系统前应当了解当地供水部门的收费范围和收费标准，根据不同的收费标准设置不同的给水系统。

其次确定各个给水系统的供水方式。“建规”第3.3.6条：“建筑高度超过100ｍ的建筑，宜采用垂直串联供水方式。”本条是对供水方式的原则性规定，对不同功能或多功能组合的超高层建筑，设计上要视具体情况具体分析，选择最合理的供水方式或组合供水方式。

例１：某住宅区含3栋42层超高层纯住宅楼，层高为3ｍ，建筑高度为126ｍ。生活给水分区如下：1区为－2～2层，由市政给水管网直接供水；2区为3～12层，由2区变频泵组供水；3区为13～22层，由3区变频泵组供水；4区为23～32层，由4区变频泵组供水；5区为33～42层，由5区定速水泵加压至屋顶水箱供水。

（1）选择此种供水方式是考虑了以下几个因素：

①变频供水较屋顶水箱的供水方式卫生条件好，有条件的情况下优先采用，本工程在住宅100ｍ以下的部分均采用变频供水。

②对变频供水泵组而言，高峰流量与低谷流量之差越小，水泵在高效区运行的时段就越长，对节能就越有利。在住宅项目中，供水泵组所负担的户数越多，流量就越趋于均匀，高峰流量与低谷流量之差就越小。

③供水泵组所负担的住宅层数受给水器具的承压能力的限制。“建规”第3.3.4条规定：“卫生器具给水配件所承受的最大工作压力不得大于0.6MPa”。一个给水分区的最大层数ｎ＝（0.6－p）/ｈ。式中：ｐ为户内支管最小接入水压，ｐ根据户内支管的布置计算确定，一般为0.1～0.3 MPa；ｈ为建筑层高。本工程ｎ为10层。

④由于本工程未设设备层，因此不具备串联给水方式实施条件。事实上超高层住宅项目大都没有设置设备层。如何在没有设备层的超高层建筑中采用串联给水方式是一个尚待研究的课题。

⑤超过100ｍ的楼层由于管道较长，压力较大，保证供水的安全性和稳定性显得尤为重要。采用高位水箱的供水方式在这方面无疑是占有优势的。且定速水泵可以一直在高效区运行，如果供水区域不大，则在能耗方面与变频方式供水差别很小。

例2：某办公楼共48层，底下6层为商业用途的裙房，建筑高度193ｍ，其中7层、22层、34层为避难层。

生活给水分区（不含裙房）如下：1区为－3～2层，由市政给水管网直接供水；2区为3～8层，由低区变频泵减压供水；3区为9～15层，由低区变频泵减压供水；4区为16～22层，由低区变频泵直接供水；5区为23～28层，由中区变频泵减压供水；6区为29～34层，由中区变频泵直接供水；7区为35～41层，由高区生活水箱减压供水；8区为42～48层，由高区生活水箱直接供水。

(2)选择此种供水方式是考虑了以下几个因素：

①办公建筑一般生活用水量较小，如果采用泵组过多，则前期投入过大，后期运行管理费用较高，不经济。本工程２区、３区、５区均采用变频泵组减压供水。

②超过100ｍ的楼层如果均由地下室泵房供水，管材、设备的耐压等级比普通楼层提高，可靠性降低，势必增加造价。在避难层设设备间将供水系统分为上、下两个区可解决此问题。

③22层中间水箱作为中区及高区水泵的取水水箱，已经担负了上区的调节和转输双重功能。因此，16～22层没有采用高位水箱供水，而是采用变频供水的方式。

1.2 消防系统

1.2.1消火栓系统

超高层建筑的消火栓系统在绝大多数情况下只能采取临时高压给水系统的供水方式。“高规”第7.4.6.5条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于1.0 MPa，当大于1.0 MPa时，应采取分区给水系统。”超高层建筑消火栓系统分区均以此条为原则，一般采用水泵、减压阀或减压水箱进行分区。

直接用水泵来分区是指每个分区有各自专用的消防泵，即并联系统。从经济性上考虑，现在这种方式应用越来越少。随着产品质量的逐步提高以及产品功能的不断创新，减压阀在系统分区中的作用日益扩大。美国NFPA14－2007《Standard for the Instal－Lation of Standpipe,Private Hydrant,and Hose Sys－tems》中规定系统任何一点的压力在任何时间不能超过2.41MPa。国内业界也认同此观点，即原则上消防水泵的压力不应大于2.4MPa。压力在2.4MPa以下时，竖向可以采用减压阀来分区。实际上，民用专用消防泵的扬程一般都小于2.0MPa。

还是以42层住宅楼为例，消火栓系统分区如下：1～20层为低区，由地下室的消火栓泵减压供水；21～42层为高区，由消火栓泵直接供水。这样分区的优点在于管路和控制系统简单，所占管井较少，不需要占用设备层，但对减压阀的质量要求较高。减压阀需备用。

对于高度接近或超过200ｍ的超高层，由于几何高差接近一般常用的管材设备的压力极限，消火栓系统分区不能单纯以减压阀来分区。

以上述48层办公楼为例，消火栓系统分区如下：－3～7层为1区，由低区消火栓泵经减压阀减压后供水；8～22层为2区，由低区消火栓泵直接供水；23～34层为3区，由高区消火栓泵经减压阀减压后供水；35～48层为4区，由高区消火栓泵直接供水。（为叙述方便，1区、2区合称低区，3区、4区合称高区）中间消防水箱和高区消火栓泵设于22层。这样分区的优点在于消火栓泵扬程不至于过大，管道及设备的耐压等级也不会过高。它的不利因素是对控制系统的可靠性要求较高，需设中间设备层，设备分散，管理不便。

1.2.2自动喷水灭火系统

根据“高规”，高度超过100ｍ的建筑均应设自动喷水灭火系统。《自动喷水灭火系统设计规范》（GB500084—2001，2005年版，以下简称“喷规”）第8.0.1条规定：“配水管道的工作压力不应大于1.2MPa”。

设计应以每个报警阀所负担的楼层进行分区，并尽量使分区与生活给水系统及消火栓给水系统相适应，以避免横管过于分散。“喷规”第6.2.3.1条规定：“湿式系统及预作用系统一个报警阀组所控制的喷头数不宜超过800个，干式报警阀组所控制的喷头数不宜超过500个。”第6.2.4条规定：“每个报警阀组供水的最高与最低位置的喷头高差不大于50ｍ。”则报警阀所负担的层数应当根据上述条文确定。

对于超高层建筑，按上述条件所确定竖向分区最少也需要３个，有的可能达到十几个分区之多。由于每个报警阀后都需要单独的立管，这就会在设计上给管路的排列和管井的布置带来很大限制。结合“喷规”对多个报警阀前管道成环以及配水管最大工作压力的要求，将喷淋水泵和报警阀前的供水管道竖向成环可以较好地解决以上问题。

仍以42层住宅楼为例，自动喷水灭火系统分区如下：1～10层为1区，11～20层为2区，21～30层为3区，31～42层为4区。1～3区自动喷水灭火系统分别由管井内成环状的双主立管上引出，各区分别经减压阀减压后供水，４区由自动喷水灭火主立管直接供水。

2 管材及设备选型

超高层建筑由于管路系统内压力较大，管材及设备也有其特殊要求。如果忽视了这一点，可能会留有事故隐患，故需引起设计重视。

2.1 管材

工作压力超过1.0MPa的给水管应该采用有足够强度的金属管，一般不建议用塑料管，尽管塑料管也有压力等级达到1.6MPa甚至2.5MPa的管材。足够强度的金属管包括厚壁镀锌钢管、无缝钢管、不锈钢管等。用于生活系统上的管材还应考虑卫生的需要，例如可选用衬塑、涂塑钢管等。在管材的连接方式上，焊接、法兰、沟槽等连接方式可以达到或超过管材本身的抗压强度，是高压管道连接优先考虑的方式。螺纹连接一般用于DN100以下较小的管道，其承压能力略小。塑料管热熔连接点是整个管道系统的薄弱环节，在高压管道系统中应避免使用。

超高层建筑的排水管有多种选择。使用较多的有PVC－U排水管，HDPE排水管，球墨铸铁排水管等。但PVC－U排水管因其本身强度稍差，特别是以成品胶粘接的，容易脱落，一般不建议采用。

2.2 阀门

给水系统的阀门，尤其是系统下部的阀门，其公称压力等级应当根据系统工作压力、试验压力来确定。如果系统未设安全泄流装置，则还应当考虑水锤的因素。

2.3 水泵接合器

“高规”第7.4.5条规定室内消火栓系统及自动喷水灭火系统应设消防水泵接合器，如果系统有分区的，在消防车供水压力范围内，应分别设消防水泵接合器。现行国家标准图99Ｓ203《消防水泵接合器安装》仅适用于室内消防系统工作压力不大于1.6 MPa的场所。若室内消防系统工作压力大于1.6 MPa而又在消防车供水压力范围内，则消防水泵接合器需特别定制。

3 减压措施

超高层建筑的室内给排水系统相对于一般建筑是处于高压状态，不稳定因素较多。为防止意外事故的发生以及检修的需要，系统应当有减压稳压组件及相关技术措施。

3.1 给水系统

给水系统上的防超压措施主要有减压阀、减压稳压消火栓、安全阀、泄压阀、减压孔板及节流管等。给水系统经常用减压阀进行分区。用来分区的减压阀有比例式和可调式的。可调式减压阀的压力调整范围一般不大于0.7 MPa。对生活给水系统而言，可调式减压阀的阀前与阀后压力差不宜大于0.4 MPa，要求环境安静的场所不应大于0.3 MPa。一个给水分区内有可能存在超压的管段，也可以通过可调式减压阀来减去过剩压力。管径大于DN50的管段一般采用先导式可调减压阀，小于等于DN50的管段一般采用直接式可调减压阀。消防给水系统与生活给水系统一样，也常用减压阀进行分区。不同点在于消防给水系统减压阀要求成组设置，即设置备用（单个报警阀例外）。

生活给水系统上的减压阀可成组设置，即备用设置，也可不设备用。当不设备用减压阀时，要保证减压阀失效时管道的压力不超过卫生器具的最大可承受压力。“建规”规定卫生器具的最大可承受压力不得大于0.6MPa。消火栓给水系统常常在超压管网上采用减压稳压消火栓。

安全阀及泄压阀一般用于系统压力最大处，如水泵出口、减压阀组附近等，闭式热水系统的压力容器也用到安全阀。超高层建筑的水泵接合器应安装安全阀。

减压孔板及节流管可起到减压限流作用。一般用于管网末端减压，如水龙头。由于对流量有影响，配水管上较少采用。消火栓给水系统中，减压孔板及节流管一般设于消火栓口或水流指示器前。在自动喷水灭火系统中，减压孔板孔径不应小于管道直径的30％，且不小于20ｍｍ。

3.2 排水系统

为避免高速下落水流冲击损坏排水管，超高层建筑的室内排水系统应有消能措施。消能措施一般采用乙字弯、管道偏置等，采用苏维托系统及螺旋消音排水管也有消能效果。另外，在立管转折处做好支架或支墩对防止水流冲击损害管道也可起预防作用。

4 雨水系统

由于降雨不可人为控制, 雨水系统设计不安全对建筑尤其是超高层建筑的损害非常大, 因此高层建筑屋面雨水设计重现期的取值应慎重。《建筑给水排水设计规范》4．9．5条规定, 重要公共建筑屋面雨水排水设计重现期不宜小于10年; 4．9．9条规定, 重要公共建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于 50年重现期的雨水量。超高层建筑不可能设置溢流口, 建议屋面雨水的设计重现期取 50年, 同时按 100年校核雨水系统的排水能力。

除了设计重现期的取值问题外, 还有一个问题需要考虑。由于建筑高度很高, 目前常用的 65型、87型雨水斗设计流态为重力流但需要考虑排水压力, 因此在选用雨水系统管材时需要考虑由于建筑高度引起的静压力, 建议雨水管材在普通钢管压力范围内选用普通钢管, 承压比较高的部分采用无缝钢管。超高层建筑屋面雨水排水采用纯重力流雨水系统是比较经济安全的, 但重力流雨水斗的研制和标准图目前还在进行当中, 没有成型的产品可供使用, 目前还是按 87型雨水斗系统设计。此外室内雨水排入的第一个室外检查井选用消能井, 以防止由于排出管压力过高引起喷溅事故。

高层建筑雨水系统还有一个不容忽视的问题－雨篷的雨水排水。雨篷的面积虽然不大, 其雨水设计重现期可按 5年取值, 但是雨篷所截留的上方侧墙的面积 (面积取值折减一半 ) 远大于雨篷的面积, 一般也远大于屋面的面积, 因此雨篷的雨水排水量远比屋面的排水量大。由于雨篷面积小, 雨水斗多, 立管也多, 并且雨篷是建筑专业的门面, 因此建筑专业对雨水斗、立管的设置有诸多限制, 而雨篷下面是人员的出入口, 安全性十分重要, 因此在配合此部分的设计时要妥善处理, 首先要做到安全可靠再考虑美观因素。

5 结语

总的来说，给排水系统与我们的日常生活息息相关，一些设计施工中的细节处理不细致，常常给住户带来诸多问题，设计及施工人员，应本着技术、安全、美观、实用、经济的原则，在实践中努力创新，将问题消除于萌芽状态 。

参考文献:

[1] GB50352—2005.民用建筑设计通则.

[2] GB50015—2003.建筑给水排水设计规范.（2009年版）

[3] GB50045—95.高层民用建筑防火规范，2005年版.

[4] GB50084—2001.自动喷水灭火系统设计规范，2005年版.

[5] 中国建筑标准设计研究院．全国民用建筑工程设计技术措施,《给水排水》，2009.