超高层建筑给排水有关问题的探讨

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摘要：超高层建筑物内人员比较密集，功能比较复杂，因此对于给排水系统及消防系统的安全性与可靠性给予了更多的关注。本文针对工程实例介绍一下给排水及消防系统的几点设计原则。其中包括给水系统分区、生活给水缓冲水箱设置；排水系统分区及排水通气方式、排水管材；消防系统分区、消防水泵接合器设置等进行阐述。

关键词： 超高层建筑 竖向分区 排水通气立管 水泵接合器 减压阀

1. 前言

近年来，随着国民经济的迅猛发展，超高层建筑的建设在土地资源紧张的大中城市占有很大比例。如何合理的设计给排水及消防系统，对于建筑节能及建筑物的安全可靠性有重要的意义。本文针对给水系统的分区、给水缓冲水箱的设置、排水系统的设计原则、消防系统的分区等问题进行初步探讨。

2. 工程概况

地下2、3层为人防、停车库及设备用房，地下1层为商业及设备用房；主楼首层为入口门厅，7层为会议层，17层为档案楼层，16、32层为避难层，其余为办公空间；附楼（1~7层）部分为商业。

3. 给水系统

3.1给水系统分区

高层建筑由于建筑层数较多，给水系统多数采用带有气压罐的变频供水设备供水，该设备可避免设置高位水池带来的二次污染问题；同时也可达到节能的效果。为了最低卫生器具的配水点压力不至过高，满足规范所推荐的设计值 (350～450kPa)和限定值 (不大于600kPa)，不至使用水时水花飞溅及卫生器具连接软管爆裂，造成安全隐患。本工程给水系统竖向分区共分7个供水区。

Ⅰ区：地下三层至地上二层由市政管网直接供水，市政给水水压按0.20MPa设计。

Ⅱ区：三层至七层采用水泵变频调速加压供水，缓冲水箱及加压水泵设置在地下一层给水泵房内（七层以下商业先行投入使用）。

Ⅲ区：八层至十六层采用水泵变频调速加压供水，缓冲水箱及加压水泵设置在地下一层给水泵房内。

Ⅳ区：十七层至二十四层采用水泵变频调速加压供水，缓冲水箱及加压水泵设置在十六层（避难层）给水泵房内。

Ⅴ区：二十五层至三十二层采用水泵变频调速加压供水，缓冲水箱及加压水泵设置在十六层（避难层）给水泵房内。

Ⅵ区：三十三层至四十采用水泵变频调速加压供水，缓冲水箱及加压水泵设置在三十二层（避难层）给水泵房内。

Ⅶ区：四十一层至机房层采用水泵变频调速加压供水，缓冲水箱及加压水泵设置在三十二层（避难层）给水泵房内。

3.2 生活给水缓冲水箱的设置

按照规范，高层建筑采用垂直串联供水时，设置中途转输水箱有两个作用，一是调节初级泵与次级泵的流量差，一般都是初级泵的流量大于或等于次级泵的流量，为了防止初级泵每小时启动次数不大于6次，故中途转输水箱的容积宜取次级泵的5min~10min流量；二是防止次级泵停泵时，次级管网的水压回传（只有次级泵出口止回阀渗漏，静水压就回传），中途转输水箱可将回传水压消除，保护初级泵不受损害。由此得知，水箱的容积仅仅是转输水泵5~10min的流量。

还有一种解释是，生活给水转输水箱其作用有两个：一为上区加压水泵的吸水井，水量为上区水泵 3～5 min的出水量；二为下区转输泵的调节容积，即为保证初级水泵每小时启动次数不大于 6次的调节水量，此部分水量为转输水泵 5～10 min的出水量。

本工程生活给水缓冲水箱分别设于地下一层、十六层（避难层）与三十二层（避难层）。其中地下一层生活给水缓冲水箱负责Ⅱ~Ⅶ区的生活给水量；十六层（避难层）生活给水缓冲水箱负责Ⅳ~Ⅶ区的生活给水量；三十二层（避难层）生活给水缓冲水箱负责Ⅵ~Ⅶ区的生活给水量。缓冲水箱的有效容积时按照所服务范围内最高日用水量的20%来计算的；转输水泵选用工频泵，转输水泵流量按照所服务范围提升水泵的设计流量之和确定。此种计算方法相对于规范而言，数值有所偏大。由于日后工程建筑功能可能改变，本次设计留有一定的余量。

4. 排水系统

4.1污水系统

建筑内部的污水系统直接影响着人们的日常生活，在设计过程中应首先保证排水的通畅和室内良好的居住环境，避免疾病的传染。尤其对于高层建筑的污水立管，因排水量大，建筑高度高，合理的设置污水通气系统和消能装置对增加立管排水能力，保证排水系统的通畅有着重要的意义。

本工程采用污废合流排水系统。卫生间排水采用常规排水方式，排水支管位于下层吊顶内。本工程主楼部分采用分区排水，划分为三个分区，分别为1~16层、17~32层、33~47层。排水系统中不经常排水或排水量较少的机房排水不设专用通气立管，采用单立管排水，伸顶通气。其它均设专用通气立管。其中污水立管在避难层内设置消能装置或者在避难层内转换，结合通气管每层设置。

地下一层卫生间经污水提升装置排至室外污水管网。地下一层、地下二层地面排水汇入地下三层集水坑，经潜水泵提升后排至室外污水管网。

污水管道设计时需要注意以下几点：

（1）最低排水横支管与立管连接处至立管底部的最小垂直距离需满足《建筑给水排水设计规范》（GB 50015-2003――2009年版）第4.3.12条规定。对于超高层建筑而言，往往是最下部的一个分区底层排水无法满足规范最小垂直距离要求，第一种解决方案是：采取底层排水单独排出室外，由于底部单独排水，不设置通气管，因此需要核算排水横支管的排水能力；第二种解决方案是：为减少穿墙洞口，将底部排水横支管连至排水横干管上，但需距离排水立管底部1.5m以上。

（2）设置专用通气管时，隔层设置结合通气管与每层设置结合通气管相对应排水立管的排水能力相差很多，因此尽量选择每层设置结合通气管，使排水管道更加通畅。

（3）单层卫生间设有6个或6个以上大便器时，如果将卫生洁具排水连至一根排水立管时，必须设置环形通气管。

4.2雨水系统

由于降雨不可人为控制，雨水系统设计的安全性对于超高层建筑至关重要，《建筑给水排水设计规范》（GB 50015-2003――2009年版）第4.9.5条规定，重要公共建筑屋面设计重现期不得小于10年；第4.9.9条规定，重要公共建筑、高层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其50年重现期的雨水量。对于超高层而言，设置屋面溢流口不太可能实现，因此设计雨水流量应按照50年重现期校核。

雨水立管在避难层内设置消能装置或者在避难层内转换。

4.3排水管材

由于建筑高度很高，目前常用的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，建议雨水管材采用衬塑钢管。室内重力污水管采用卡箍式离心排水铸铁管，地下室压力排水管采用焊接钢管，焊接。

5. 消防系统

5.1方案概述

本工程消防系统为临时高压供水系统，室内消防用水由地下三层集中消防水池、消防泵房（一级泵房）供给。地下消防泵房（一级泵房）设有2台消防加压泵，2台自动喷水加压泵，用于系统Ⅰ区，超压部分采用减压稳压消火栓。地下一级泵房内分别设有2台一级消火栓转输水泵及2台一级自动喷水转输水泵供二级泵房。

消防转输泵房（二级泵房）设于十六层（避难层）内，其消防储水池容积63m3 。储存15min消防用水量。此消防储水池设置DN200消防回流管，回流管至地下集中消防水池内（一级泵房）。二级泵房内分别设有2台消火栓加压泵及2台自动喷水加压泵，用于系统Ⅱ区，超压部分采用减压稳压消火栓。十六层（避难层）转输水箱兼用于消防重力水箱，用于系统Ⅰ区，且设有消防、自动喷水稳压装置各一套，且在水箱间内设置带有压力显示的试验消火栓。二级泵房内分别设有2台二级消火栓转输水泵及2台二级自动喷水转输水泵供三级泵房。

消防转输泵房（三级泵房）设于三十二层（避难层）内，其消防储水池容积63m3 。储存15min消防水量。此消防储水池设置DN200消防回流管，回流管至地下集中消防水池内（一级泵房）。三十二层（避难层）设2台消火栓加压泵及2台自动喷水加压泵，用于系统Ⅲ区，超压部分采用减压稳压消火栓。三十二层（避难层）转输水箱兼用于消防重力水箱，用于系统Ⅱ区，且设有消防、自动喷水稳压装置各一套，且在水箱间内设置带有压力显示的试验消火栓。

主楼四十七层屋顶设置消火栓与自动喷水合用水箱，水箱总容积42m3，用于系统Ⅲ区。且设有消防、自动喷水稳压装置各一套，且在水箱间内设置带有压力显示的试验消火栓。

5.2消防水泵接合器的设置

消防水泵接合器是消防给水系统的一个辅助水源，其设置目的是为了消防水泵从室外消火栓通过它向室内消防给水管网送水。《高层民用建筑设计防火规范 》（GB 50045―95―2005年版）第7.4.5条提出消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器。其条文解释只有采用串联供水方式时，上区用水从下区水箱抽水供给，可仅在下区设水泵接合器，供全楼使用。

本次设计考虑超高层建筑发生火灾的特点，立足于自防自救，采取可靠的防火措施，提高建筑安全性，消火栓系统及自动喷水系统在各区分别设三套消防水泵接合器。对于三级泵房（32层）以上区域，建筑高度已超出消防车供水压力范围，因此在32层（避难层）内设置接力泵，接力泵采用柴油泵或电力泵。

5.3 消防系统分区

高层建筑消防给水系统竖向分区原则通常采用水泵串联或减压阀进行分区。

水泵串联供水方式是每个分区独立设置加压供水设备, 不设减压阀。串联分区又分为直接串联和转输串联两种，采用水泵直接串联时，管网供水压力因接力水泵在小流量高扬程时出现最大扬程叠加，对消防管道的承压性能需满足此要求。采用转输串联时，避难层中间转输水箱同时起着上区输水泵的吸水池和本区消防给水屋顶水箱的作用。本工程采用转输串联的串联分区方式，各级消火栓转输水泵与自动喷水转输水泵分开设置，且均设有备用泵。

减压阀分区方式是当消防水泵的压力不大于2.4MPa时，整个系统采用一套加压设备，高区利用加压设备直接供水；中、低区经减压阀减压后供水。

水泵串联供水方式的安全性高于减压阀分区方式，它可以避免火灾时由于减压阀失灵而造成中低区管网压力太高，特别是在火灾初期，消火栓打开数量较少的时候，避免由于管网压力太大而产生爆管。另外以避难层为界各区采用独立消防加压系统可以避免由于消防加压设备失灵造成整个大楼消防系统瘫痪的问题，增加了消防系统的可靠性。

6. 结语

相对低层民用建筑而言，高层及超高层建筑对给排水及消防设计的安全性，可靠性要求更高。笔者结合工程设计过程中遇到的问题进行一些总结，还有待于进一步完善，进一步探讨。设计者在满足规范前提下，根据建筑布局及综合使用功能使设计方案更加合理。