超高層建筑給排水設計要點探究

楊 靖 宇

(中國城市建設研究院，北京 100120)

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超高層建筑給排水設計要點探究

楊 靖 宇

(中國城市建設研究院，北京 100120)

結合超高層建筑結構功能復雜的特點，以及建筑給水排水設計相關規(guī)范及實際工程經(jīng)驗，對超高層建筑設計中的給水排水系統(tǒng)進行了闡述，針對重點問題進行了分析總結，為超高層建筑給水排水設計提供了參考。

超高層建筑，給水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)

1 超高層建筑及其給水排水設計特點

20世紀70年代國際上提出超高層建筑是指40層以上、建設高度100 m以上的建筑工程。在我國，GB 50352—2005民用建筑設計通則中將建筑高度超過100 m的建筑，不論是住宅及公共建筑均定義為超高層建筑。目前國內超高層建筑有以下特點：大城市超高層建設高度越來越高已超過600 m，中小城市的超高層建筑的數(shù)量不斷增加，除了公共建筑采用超高層外很多住宅也出現(xiàn)了超高層建筑。超高層建筑現(xiàn)狀的建設用地周邊一般現(xiàn)有建筑物多、布置各異，且地下部分均為多層，因此在設計時須綜合考慮建筑單體與總體布局的協(xié)調。基于超高層建筑的特殊性，機電系統(tǒng)設計施工技術同普通建筑工程有較大區(qū)別。超高層建筑結構復雜、建筑內管線和設備繁雜多樣，給水排水專業(yè)設計考慮重點也不同于其他高層建筑。供水系統(tǒng)分區(qū)主要解決建筑內部各用水系統(tǒng)所需水量和水壓的問題。超高層建筑一旦發(fā)生火災，火勢蔓延快、人員疏散困難、火災撲救難度大，因此消防系統(tǒng)設計立足于自救,即依靠建筑物內的消防設施撲救火災,因此安全可靠的消防系統(tǒng)設計十分重要。排水系統(tǒng)的通氣和消能設計直接影響排水的順暢及有害氣體的排除。下面就各系統(tǒng)設計要點分別闡述。

2 給水系統(tǒng)

2.1 生活給水系統(tǒng)

目前我國城市中市政給水管網(wǎng)水壓一般可滿足民用建筑5層～6層生活用水要求，不能滿足更高層的用水要求。因此，超高層建筑給水系統(tǒng)采用分區(qū)供水方式，即低區(qū)部分由城市給水管網(wǎng)供水，高區(qū)部分由水泵加壓供水。設計內容主要包括供水方式的選擇、系統(tǒng)分區(qū)、生活水箱的設置、供水安全等。給水方式的選擇是超高層建筑給水系統(tǒng)設計的關鍵，直接關系到給水系統(tǒng)的使用維護和工程造價。從節(jié)省能源和保證供水考慮給水系統(tǒng)加壓分區(qū)，根據(jù)具體建筑功能等具體情況選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的給水方式。根據(jù)GB 50015—2003建筑給水排水設計規(guī)范(2009版)(下文簡稱《建水規(guī)范》)和《全國民用建筑工程技術措施—給水排水》中的規(guī)定，為了不損壞給水配件，各分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點的靜壓不得大于0.45 MPa。局部超壓部分設減壓閥。超高層建筑供水系統(tǒng)分區(qū)通常采用垂直串聯(lián)供水方式，即高位水箱串聯(lián)給水與減壓給水相結合的方式，各給水分區(qū)的水泵分散設置，從下一分區(qū)的水箱抽水，下一分區(qū)的水箱除供本分區(qū)外,同時是上一分區(qū)的供水水源，一般每隔15層設置一個避難層，兼作設備層，設置中途轉輸水箱。中途轉輸水箱可以調節(jié)初級泵與次級泵的流量差，同時可以防止次級泵停泵時次級管網(wǎng)的水壓回傳，保護初級泵。此系統(tǒng)的優(yōu)點是避免了設揚程高的水泵和水壓高的壓水管，壓水管也不很長。缺點是：設備分散，管理維護費用增加；水泵對于所設樓層的防震、隔音要求高；供水安全性差，下區(qū)影響上區(qū)供水。超高層建筑的供水管網(wǎng)及加壓設備給水管網(wǎng)布置宜采用上行下給式給水方式，給水管網(wǎng)設計流量按規(guī)范規(guī)定公式計算。生活給水干管流速為0.80 m/s～1.20 m/s，支管為0.6 m/s～1.0 m/s,以避免流速過大產(chǎn)生的噪聲。水平干管一般設于設備技術層和建筑吊頂內、立管設于管道井內，進戶支管一般采用暗裝敷設。

2.2 消防給水系統(tǒng)

同生活給水系統(tǒng)一樣，為滿足消防水量及水壓要求，在消防系統(tǒng)設計中設置消防貯水池、高位消防水池、屋頂水箱、加壓水泵等消防給水設備。當設置高位消防水池時應設置獨立的兩座，每座應有一條獨立的出水管向消防給水系統(tǒng)供水。消防供水系統(tǒng)通常采用豎向分區(qū)的水泵水箱聯(lián)合供水方式。超高層建筑火災初期10 min消防用水分區(qū)最高的一個區(qū)由屋面高位消防水箱——超壓設比例式減壓閥減壓后供水?；馂?0 min以后消防用水由設在地下及避難層的消防水泵加壓供水或者高位消防水池重力供水。超高層建筑室內消防給水系統(tǒng)設計可采用高壓消防給水系統(tǒng)或者臨時高壓給水系統(tǒng)，也可兩種給水系統(tǒng)用于同一建筑的不同給水分區(qū)。當室內消防系統(tǒng)采用臨時高壓給水系統(tǒng)時，為了增加消防系統(tǒng)的可靠性，避免由于局部加壓設備損壞造成整個系統(tǒng)癱瘓，一般水泵采用轉輸串聯(lián)的供水方式，在避難層各設一組消防轉輸水泵，分別供水消防轉輸水箱。將整個建筑單體的消防系統(tǒng)分成了若干相互獨立的加壓系統(tǒng)，設置于避難層內的轉輸水箱供上區(qū)輸水泵吸水，同時也作為本區(qū)消防給水屋頂水箱。當室內消防給水系統(tǒng)采用常高壓供水系統(tǒng)時，分別在壓力分區(qū)頂部避難層設置消防水池為本區(qū)消防系統(tǒng)供水，在火災時消防補水可靠的情況下，高位消防水池的總有效容積可適當減小，但不得小于室內消防用水量的50%。水泵接合器的目的是應急備用，當系統(tǒng)消防水量不足，或消防水泵檢修、停電、發(fā)生故障時，需利用消防車通過水泵接合器送水至室內管網(wǎng)。一個水泵接合器的負荷流量為10 L/s～15 L/s，對于室內消火栓給水系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)應按消防設計流量采用多套(≤3套)地上式水泵接合器。

3 排水系統(tǒng)

3.1 污水系統(tǒng)

超高層建筑內部的污水立管，排水量大，垂直高差引起的水流沖擊勢能對低層衛(wèi)生器具的水封造成一定的破壞，為保證排水系統(tǒng)通暢且不受破壞，污水通氣系統(tǒng)和消能裝置的合理設置很關鍵。排水系統(tǒng)的通暢程度主要取決于排水立管中的水流流態(tài)變化，而柱塞流是破壞排水管道的主要原因。超高層工程設計中一般采用消能設施和專用通氣管系統(tǒng)兩種方式，防止立管中柱塞流的形成。消能設施一般自頂層起每隔6層設置一套。設置專用排水通氣立管可維持管內的氣壓接近大氣壓力，使管內空氣流通，有害氣體及時排除，有效保護衛(wèi)生器具的水封。同時，單層衛(wèi)生間設有6個及6個以上大便器，衛(wèi)生潔具排水連至一根排水立管時，須設置環(huán)形通氣管。對于超高層建筑，最下部的分區(qū)底層排水無法滿足《建水規(guī)范》第4.3.12條中對最小垂直距離要求。解決方案一：采取底層排水單獨排出室外，由于底部單獨排水，不設置通氣管，因此需要核算排水橫支管的排水能力；方案二：為減少穿墻洞口，將底部排水橫支管連至排水橫干管上，但需距離排水立管底部1.5 m以上。其次，設置專用通氣管時，應盡量每層都設置結合通氣管，使排水管道更加通暢。超高層建筑污水管道的管材選擇也十分重要。室內重力污水管通常采用機械鑄鐵管，地下室壓力排水管采用焊接鋼管，焊接。

3.2 雨水系統(tǒng)

《建水規(guī)范》第4.9.5條、第4.9.9條，規(guī)定了重要公共建筑、高層建筑的雨水排水工程與溢流設施的總排水能。超高層建筑雨水排水工程與溢流設施的總排水能力不應小于其50年重現(xiàn)期的雨水量，顯然屋面溢流口不能實現(xiàn)，因此設計過程中屋面雨水量按50年重現(xiàn)期設計，按100年重現(xiàn)期校核。一般雨篷雨水的設計重現(xiàn)期按5年計算，匯水面積計算按照雨篷所截留的上方側墻的面積(面積取值折減一半)遠大于雨篷的面積，因此，雨篷的雨水排水量遠比屋面的排水量大。雨水立管在避難層內設置消能裝置或者在避難層內轉換。雨水斗盡量選用虹吸式雨水斗，在雨量較大時能及時排除屋面雨水?，F(xiàn)階段虹吸雨水斗的管路設計能同時滿足正負壓要求，能保證通過超高層建筑全程管路滿水實驗檢驗驗收，避免負壓失控確保系統(tǒng)正常運行。雨水管材一般采用承壓較高的無縫鋼管。另外雨水斗、立管的設置應考慮建筑外立面及人員出入安全等限制因素，在配合此部分的設計時要妥善處理。

4 管線綜合排布

超高層建筑中的給排水管線、設備排布除考慮保證系統(tǒng)運行安全的技術因素外，還應在規(guī)范要求內與建筑結構、其他機電管線的空間合理排布，考慮超高層建筑施工技術的特殊性，綜合考慮經(jīng)濟效益，利用基于BIM平臺的機電管線綜合平衡技術提高設計產(chǎn)品質量。

5 結論與展望

以上是結合實際工程設計中遇到問題的總結，還有待于進一步完善和探討。隨著科技進步，超高層建筑給水排水設計的理論及施工技術都會面臨前所未有的挑戰(zhàn)，需要設計師在規(guī)范規(guī)定范圍內，在滿足給水排水設計安全性、可靠性的前提下不斷創(chuàng)新。

[1]GB 50015—2003，建筑給水排水設計規(guī)范.

[2]GB 50016—2014，建筑設計防火規(guī)范.

[3]GB 50974—2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設部工程質量安全監(jiān)管司，中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施——給水排水.北京：中國計劃出版社，2009.

Analysis on water supply and drainage design key points of super high-rise building

Yang Jingyu

(ChinaUrbanConstructionResearchInstitute,Beijing100120,China)

Combining with the complex characteristics of super high-rise building structure, construction water supply and drainage design specification and practical engineering experience, this paper elaborated the water supply and drainage system in super high-rise building design, analyzed and summarized the key problems, provided reference for high-rise building water supply and drainage design.

super high-rise building, water supply system, drainage system

1009-6825(2015)18-0131-02

2015-04-13

楊靖宇(1980- )，女，工程師

TU991

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