超高层建筑消火栓系统竖向受压分析

超高层建筑消火栓系统竖向受压分析


“双水柱”理论在超高层建筑无转输消火栓系统中的校核应用


一、研究范围：


1.超高层建筑的定义：建筑高度超过100m的高层建筑为超高层建筑。


2.系统形式的限定：


设计对于超高层建筑消火栓系统采用的竖向分区是多种多样的。我


们讨论的系统形式仅限于“建筑内‘消火栓系统最高分区直接从地下室


消防泵房供水’(即无转输的系统）的系统形式。


3.研究方法：


只对超高层建筑消火栓系统竖向受压进行分析，不进行整个系统


阻力计算。为了简化研究过程和减少研究过程的不确定性，把分析范围


缩小到“从试验消火栓栓口到消火栓水泵出口”（即不包括稳压系统）


的立管管段内。


二、消火栓水泵运转或启动时的受压分析与引用：


不论是高层建筑，还是超高层建筑，其消火栓系统在不同的工况下，


系统所受内压是不同的。


1.消火栓水泵运转时的受压分析：


（1）受压最大点：消火栓水泵运转时的受压最大点在水泵出口；


（2）水泵正常运转时，水泵出口同时承受立管总高度内的静水柱压力和


水泵（水泵扬程减去水泵动压）产生的提升压力；


2.消火栓水泵启动时的受压分析：


（1）受压最大点：消火栓水泵启动时的受压最大点同样在水泵出口；


（2）水泵启动时，水泵出口同时承受立管总高度内的静水柱压力和水泵


扬程产生的提升压力；


3.自动喷水灭火系统水泵出口在运转与启动时的受压状况与消火栓系统


水泵出口受压状况相同。


三、双水柱理论的建立：


在系统满水状况下，消火栓水泵启动与运转，实际上，在水泵出口形成


最大压力的是两股水柱：一股水柱是系统立管计算总高度的静水柱，另一股水柱是以水泵扬程为主形成的“提升水柱”；在系统的同一竖向分区内，随着立管高度的变化，“双水柱”的高度也会发生变化：随着立管高度升高，静水柱的压力就会降低；不但静水柱压力降低，水泵的“提升水柱”由于能量消耗，也将同时降低；而且(立管高度)上升到同一高度时，两股水柱降低的高度（缩短的长度）是相同的。这样就形成了“双水柱”理论。


四、超高层建筑与高层建筑的重要区别：


1.超高层建筑的建筑高度高于高层建筑的建筑高度；


2.超高层建筑无转输消火栓系统最高竖向分区与高层建筑无转输消火栓系统最高竖向分区的工况比较：


由于建筑高度的不同，超高层建筑无转输消火栓系统最高竖向分区的


立管总高度比高层建筑的无转输消火栓系统最高竖向分区的立管总高度要


高；因此，系统最高区分区的静水柱高度要比高层建筑高，需要的水泵扬程也要比高层建筑高得多；其水泵出口承受的压力也将比高层建筑高得多；


3.由于静水柱和水泵杨程同步升高，超高层建筑内的消火栓系统最高分区内


的受压情况是与高层建筑内的消火栓系统最高分区内的受压情况是不一样


的，其水泵出口的压力变化是与两种（即超高层与高层）建筑的高差成正比的，是与建筑高度等比增加的。


五、超压界限的限定：


由于工业建筑与民用（含公用）建筑的管材、管件、管道附件（含各


类阀门）的使用条件不一样，所以其选用标准自然也不一样；民用建筑选


用管材、管件、管道附件的压力等级一般确定在2.5Mpa及其以下。为了


降低系统压力，一般在压力超过2.4Mpa（=244.73m水柱）就采取转输措


施。


将超压界限定为2.4Mpa是比较合理的，同时也是安全的。因此，将


超压界限定为2.4Mpa，作为超压的界限的标准。


六、超高层建筑室内消火栓系统的4种运行工况分析与超压的界定：


1.系统初次注水排气时：只要立管总长度不超过限定值（244.73m），一般


不会出现问题；
2.消火栓系统在满水静止状态时：只要（试验消火栓出口到消火栓水泵出


口的）立管总长度不超过限定值（244.73m）；也不会出现问题；


3.由于水泵出口同时承受立管总高度内的静水柱压力和水泵（杨程减去水


泵动压）产生的提升压力；在“系统主泵运转时：由于两种压力的叠加，


系统就有可能出现问题”。


4.在“系统主泵启动时：水泵出口同时承受立管总高度内的静水柱压力和


水泵杨程产生的提升压力；由于两种压力的叠加，在水泵启动时，系统


就有可能出现问题”。


七、出现超压可能的系统、部位（地点）与超压判定点：


1. 存在超压可能性的系统首先是消火栓系统所在建筑中的位置最高的竖向分区系统（也是立管计算总高度最长的分区系统）；


2. 出现超压可能的部位就在最高竖向分区系统的消火栓水泵出口及其出口临近的高度范围内；


3.超压判定点就是消火栓水泵出口；


八、“双水柱”理论的应用：


“双水柱”是一种应用理论，可以用“它”来对“超高层建筑的”‘无转输消火栓系统进行校核计算；也可用“它”来对系统是否超压进行判断；同时还可用“它”的计算结果来选择管材、管件、管道附件。


九、“双水柱”理论的应用方法（系统超压判定依据:）：


判断方法一


1.利用“双水柱”理论进行判断：把试验消火栓出口中心与消火栓水泵


出口中心的高差值×2；


2.然后用这个2倍的高差值与2.4Mpa进行换算比较；如果>2.4Mpa，系统


就已经超压；如果≯2.4Mpa，系统就没有超压；


判断方法二


1.把2.4Mpa换算成“m”，2.4Mpa=244.73m；


2. 244.73m/2=122.366m（换算成双水柱后的水柱高度）；试验消火栓出口


到消火栓水泵出口高度中心的高差超过122.36m，系统就存在“超压的


可能性。超压范围在消火栓水泵出口及其以上的管段内，至于“超压”


的立管管段有多长，需要利用“双水柱”理论经过计算确定。


十、为什么要判定系统是否存在“超压”现象：


系统承压的大小是选择管材、管件和设备、阀门的主要依据；一旦选择失误，实际压力超过设备、阀门和管材、管件的允许承压范围(系统在超压工况下)，超压部位的管材、管件和管道附件就存在被损坏的危险，直接危及整个系统的稳定性，甚至造成整个系统崩溃；此点，应引起各有关方面足够的重视。