超高层建筑消防给水设计探讨

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摘要:超高层建筑的楼层数较多、垂直度较高、内部结构复杂,人员相对集中,一旦发生火灾,灭火难度非常大,人员疏散和救援也很困难,而为了保障超高层建筑安全,应做好消防给水设计,结合超高层建筑施工设计具体要求,采用合理、科学的消防给水分区方式,充分发挥消防给水系统的应用优势,不断提高超高层建筑消防给水设计水平。本文简要介绍了超高层建筑消防给水设计特点和设计原则,分析了超高层建筑消防给水设计参数,阐述了超高层建筑项目概况以及具体消防分区设计。

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摘要:超高层建筑的楼层数较多、垂直度较高、内部结构复杂,人员相对集中,一旦发生火灾,灭火难度非常大,人员疏散和救援也很困难,而为了保障超高层建筑安全,应做好消防给水设计,结合超高层建筑施工设计具体要求,采用合理、科学的消防给水分区方式,充分发挥消防给水系统的应用优势,不断提高超高层建筑消防给水设计水平。本文简要介绍了超高层建筑消防给水设计特点和设计原则,分析了超高层建筑消防给水设计参数,阐述了超高层建筑项目概况以及具体消防分区设计。

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近年来,现代化城市快速发展,为了提高城市空间利用率,越来越多的超高层建筑崛地而起。和普通建筑项目相比,超高层建筑的排水量和用水量较大,内部各种管线布置复杂,垂直高度大,楼层数多,这种复杂的建筑项目对于消防给水设计提出了更高的要求。相关设计人员在超高层建筑消防给水设计中,不仅要满足超高层建筑消防给水技术规范和防火设计要求,而且要结合超高层建筑具体情况,改进消防给水设计,不能盲目地为了满足消防给水的可靠性和安全性,导致产生大量的水耗和能耗。因此超高层建筑的消防给水设计应综合考虑多方面要求,设计合理的消防给水系统,节省维护管理资金,不断提高消防给水设计水平,保障超高层建筑使用安全。

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一、超高层建筑消防给水设计特点

根据《民用建筑设计通则》中的相关规定,无论是公共建筑还是住宅建筑,只要建设高度超过100m,都属于超高层建筑。当前,我国各地区超高层建筑快速发展,特大城市的超高层建筑越来越多,高度也不断增加,有的甚至超过600m,不仅包括超高层建筑的公共场所,还包括住宅建筑。通常情况下,超高层建筑周围的建筑物也较多,包含多层地下空间,建筑结构布置各异,在具体设计过程中应注意超高层建筑周围环境和单体建筑设计之间的协调性。由于超高层建筑的内部设备和管线繁杂多样,结构布置复杂,其内部各种项目施工设计难度较大,其消防给水设计重点和难点与普通建筑项目的消防给水设计也存在很多不同,通过优化供水系统分区,有效解决超高层建筑内部勇士系统的水压和所需水量问题,一旦超高层建筑发生火灾,火势蔓延非常快,火灾扑救和人员救援难度都非常大,所以超高层建筑的消防给水设计必须满足自救需求,通过利用超高层建筑内部的消防设施可以有效扑救火灾,所以设计可靠、安全、稳定的消防给水系统非常有必要。

二、超高层建筑消防给水设计原则

(一)安全性

通过科学、合理的消防给水设计,实现超高层建筑消防安全管理目标,相关设计人员必须熟练掌握消防设计相关技术规范和要求,优化消防给水设计,明确超高层建筑中灭火系统设置区域,全面把握消防给水设计和灭火系统设计,确定不同灭火设施的控火或者灭火功能,避免出现不设或者漏设点位。

(二)可靠性

消防给水设计必须确保给水管道系统、消防系统设备、水源和消防电源的可靠性。一般情况下,为了保障消防给水的可靠性,一旦超高层建筑发生火灾,在着火点位置必须确保有两股水柱可以到达,因此应优化消火栓设置位置,合理规划消防栓保护范围,可靠地设置给水系统管网,科学选择消防管道系统和设备,在保障消防给水系统可靠的前提下,尽量简化系统设计。

(三)合理性

消防给水设计必须基于不同超高层建筑的实际情况,针对不同超高层建筑,应制定切合实际又合理科学的 灭火方案,提高消防给水设计的合理性。

(四)经济性

通常情况下,消防系统只有在发生火灾时才启动,所以很多设计人员往往忽视节能问题,而为了降低超高层建筑的电耗和能耗,必须注意消防给水设计的经济性,重点考虑消防系统的阀门附件、给水管道、喷头、消防泵等材料运行维护费、安装费和购置费等,除了考虑这些费用以外,还要考虑消防给水系统的安装设计费用,通过优化管理措施,改善管理手段,全面提高消防给水系统的经济效益。

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三、超高层建筑消防给水设计参数

(一)同一时间灭火次数

根据《建筑设计防火规范》,同一时间内的一次灭火用水量和灭火次数不能低于规定值,对于人数小于2.5万的小区,同一时间灭火次数为一次。同时,同一时间灭火次数还要考虑超高层建筑规模,对于建设规模超过50万平方米的建筑小区,同一时间灭火次数应为两次。因此同一时间内灭火次数设计不仅要遵循当前我国建筑消防相关规范,还要满足超高层建筑实际的灭火需求。

(二)消防用水量

根据高层建筑项目的防火设计技术规范,消防给水设计应包括气体灭火水喷雾灭火、自动喷水灭火、室内外消火栓等系统。自备发电机房和燃气燃油锅炉房的作用面积120平方米、喷水强度20L/min.m2;水喷雾灭火系统:用水量180立方米、保护时间1小时、设计流量45L/S;中庭、大堂:作用面积260平方米、喷水强度8L/min.m2;酒店、办公:作用面积160平方米、喷水强度6L/min.m2;地下车库:作用面积160平方米、喷水强度8L/min.m2;自动喷水灭火系统:用水量108立方米、保护时间1小时、设计流量30L/S;室内消火栓系统:用水量432立方米、保护时间3小时、设计流量40L/S;室外消火栓系统:用水量324立方米、保护时间3小时、设计流量30L/S。

4、超高层建筑项目概况

南京环球贸易广场是一个集办公、酒店、商业等功能为一体的综合型建筑体,总建筑面积38.8万平方米,整个工程包括两栋高度为178m和163m的公寓式酒店塔楼、270m的塔楼、220m办公建筑。

5、超高层建筑消防给水具体设计内容

对于超高层建筑,若分区消防给水系统不合理,往往会增大消火栓栓口的静水压力,一旦静水压力超标,灭火时很容易发生超压流,使反枪产生较大的反作用力,造成消防队员难以握住水枪进行灭火,严重影响灭火效果,并且若分区消防给水系统设计不合理,还会增加消防给水系统工作压力,很容易造成管道阀门和管材损坏,因此为了避免发生这些情况,必须对超高层建筑的消防给水系统,合理、科学地进行竖向分区。

(一)并联分区消防给水设计

并联分区消防给水设计,在消防泵房中集中设置各个独立的消防水泵,基于并联分区条件,消防水泵在高低区可以保持独立运行,供水情况互不影响,而且这种并联分区消防给水系统,具有较高的供水安全性,不需要设置低区减压阀,然而这种分区方式也有缺点,其会增加泵房面积,需要较多的管材和消防泵,这使得消防给水设计成本增加,因此其应用范围有限。

(二)减压分区消防给水设计

减压分区消防给水系统包括减压阀分区给水和减压水箱分区给水系统,减压水箱分区给水系统设计,优化减压水箱设置,对中低区实现稳定供水,一般情况下减压水箱有效容积大于18立方米,对于减压水箱设计双路的进出水管,确保每条进水管都必须满足超高层建筑消防要求。通常情况下,减压阀分区给水系统采用可调式减压阀或者比例式减压阀,利用减压阀减压向超高层建筑中低区供水,将消防给水系统合理划分为若干个分区。在超高层建筑中减压分区给水系统应用非常广泛,但是减压阀很容易发生堵塞,具体设计中为了避免发生堵塞,选择两组减压阀并联模式,做好后期检修维护。减压阀分区给水系统在实际应用中具有较高的合理性和经济性。减压水箱分区给水系统设计,不需要设置减压阀,具有较高的安全性,但是减压水箱往往需要占用较大空间,系统设计相对繁琐,在超高层建筑消防给水系统设计中应用较少。和并联分区供水相比,减压阀供水能够有效降低投资成本,减少低区消防泵设置数量。

(三)串联分区给水设计

串联分区给水设计主要是在超高层建筑中设计竖向分区公式,然后逐级增压供水。根据建筑项目防火设计规范,结合超高层建筑具体设计,优化串联分区给水设计,通常情况下,在避难层设置消防转输水箱,借助于水箱,串联分区给水设计采用较低压力的阀门和管材就能够满足系统要求,确保超高层建筑稳定消防供水。消防转输水箱由室外消防泵接合器或者地下室转输水泵进行补水,平时补水主要由建筑项目给水系统进行补水,转输水箱有效容积往往大于60立方米,并且按照顺序启动高区消防泵和转输水泵,利用中间水箱对超高层建筑消防给水进行转输供水,能够避免超高层建筑出现超压问题。然而这种转输水泵需要设置中间水泵和水箱,使得消防给水设计更加复杂,并且水泵和中间水箱往往会产生噪声,水泵数量增加,也会增加用电量,还要按照要求依次启动消防水泵,对于后期维护检修管理要求也非常高。高压消防给水系统的稳压泵工作压力应该取稳压泵系统压力与消防水泵最大静压、零流量压力之和的最大值,具体设计过程中应注意:其一,通常情况下,消防栓栓口压力0.25MPa,根据高层建筑消防设计规范,对于室内净空高度大于8m建筑、库房、厂房和高层建筑等场所,消火栓栓口动压应超过0.35MPa;其二,结合消防水泵零流量压力,考虑到存在安全泄压阀,具体设计中在水泵扬程基础上再加上0.1MPa,根据建筑项目消防设计规范,根据流量扬程曲线,优化消防水泵设计压力。当前串联分区给水系统在超高层建筑中的应用越来越广泛,这种分区给水系统设计经济效益明显,也可以避免给水系统超过相关消防设计规范。

(四)高位消防水池给水设计

高位消防水池放置在超高层建筑顶部,在重力作用下实现建筑物消防供水。由于这种消防水池依靠重力实现供水,因此这种供水方式具有较高的稳定性和安全性。若超高层建筑的垂直高度超过250m,适合设计这种高位消防水池,考虑到串联分区给水设计需要综合考虑多方面内容,系统设计比较复杂,对于超高层建筑来说,可结合建筑项目具体情况,多设计高位消防水池给水系统。同时,建筑项目消防设计相关规范对于高层建筑屋顶水箱设置有着明确规定:对于高度超过100m的建筑项目,水箱容积应大于50立方米;对于一类高层公共建筑,水箱容积应大于36立方米;对于高度超过150m的建筑项目,水箱容积应大于100立方米;对于高度超过100m的一类高层住宅建筑项目,水箱容积应大于36立方米。建筑项目消防设计相关规范实行以后,高层建筑屋顶高位水箱容积明显增大,近年来,消防给水系统设计越来越成熟,为了保障超高层建筑消防安全,高位消防水池可以更多地应用在超高层建筑中,其高位水池容积可以达到600立方米,对比串联分区给水和高位水池给水的使用性能,高位水池给水系统的安全性较高,设置比较简单。

结语:

近年来,各地区超高层建筑快速发展,由于超高层建筑内部结构复杂、楼层较多、人流量较大,其对于消防给水设计要求越来越高。消防给水设计应遵循安全、合理、经济、可靠的原则,结合超高层建筑项目具体情况,根据不同消防给水分区的优缺点,选择合适的消防给水系统,按照超高层建筑消防给水设计要求,优化消防给水分区设计,确保一旦发生火灾能够及时灭火,提高灭火效率,增大保护面积,充分发挥消防给水系统应用优势,保障超高层建筑安全,推动超高层建筑的可持续发展。

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