研究超高層建筑給排水設計的要點

孫基鳳許杰

（中機國際工程設計研究院有限責任公司 湖南長沙 410000）

如今，城市中的超高層建筑數(shù)量越來越多，人們生活水平的提高對高層建筑使用功能的要求越來越高，尤其是給排水方面，而且不僅要滿足基本的使用要求，還要實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標。對此，在實際的給排水設計工作中，需要充分注意以下幾個要點：

1 選擇適宜的供水方式

從節(jié)能性角度來說，重力供水與變供水，目前在學術(shù)界還沒有權(quán)威資料能夠證明哪一種對節(jié)能更有利，采取哪一種供水方式應結(jié)合建筑的性質(zhì)、使用者的需求以及經(jīng)濟指標等因素進行綜合考慮。

但根據(jù)以往實踐經(jīng)驗，對于辦公樓，以變頻供水方式為宜。首先，在超高層建筑中，會按照一定樓層數(shù)進行設備層的布置，對此可在這一層中設置水箱，將兩個設備層之間的樓層作為一個分區(qū)，設置一組變頻泵進行加壓供水，同時各分區(qū)通過減壓閥的設置再分成兩個小的分區(qū)，上部設備層水箱通過工頻泵轉(zhuǎn)輸來自下部設備層水箱的水。假如某超高層建筑共設3個設備層，則只需在首個設備層與第三個設備層（從下往上計數(shù)）安裝水箱，能減少大量占地面積。另外，采用以上系統(tǒng)，設備和管材的承壓是首層與第三層設備層（從下往上計數(shù)）總高度的一半，通常在2MPa以內(nèi)，現(xiàn)有的設備與技術(shù)在這種壓力條件下可保證安全。此外，因辦公樓實際用水量相對較少，選擇變頻加壓水泵時，可以在一個大泵基礎上，配置一個小泵，并設置氣壓水罐，其中，大泵應有備用，大泵的流量分配取100%，小泵的流量分配取50%，氣壓水罐的流量分配取100%。水泵實際出水量能與系統(tǒng)用水量保持高度吻合，并且由于轉(zhuǎn)輸水泵為工頻泵，所以能確保所有水泵都在高效區(qū)內(nèi)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)預期的節(jié)能目標，同時減少對設備層面積的占用，防止造成二次污染[1]。

對酒店而言，因它對壓力穩(wěn)定性有著極高的要求，所以為防止采用變頻加壓供水方式后用水忽熱忽冷等問題，應采用重力供水的方式。但重力供水存在屋頂水箱容易產(chǎn)生二次污染等實際問題，所以酒店應加強物業(yè)管理，并設置兩個以上的水箱，進行定期沖洗，同時酒店要24h供水，儲水能實現(xiàn)及時更新，防止二次污染問題的發(fā)生。另外，酒店用水有很大的變化，若采用變頻供水方式，則水泵的配置難以和用水曲線保持吻合，所以水泵無法始終在高效區(qū)進行運行，導致效率降低，造成水資源浪費。由此可見，對酒店高層建筑而言，宜采用重力供水的方式。

2 消除排水系統(tǒng)勢能

建筑高度會使排水系統(tǒng)產(chǎn)生勢能，當水流在管道中從高空向下落時，會對管系造成很大破壞，尤其是對于較低樓層水封的破壞。對此，為保證排水安全性，需要從水流狀態(tài)分析角度入手有效解決上述問題。

在排水立管中，水流并非連續(xù)的，而是斷續(xù)和不均勻的，并攜帶空氣。立管中的水流在管道中下落的過程里，實際上是水和空氣的混合流，水流量很不穩(wěn)定。對管系有較大影響，容易造成破壞的是柱塞流。若立管中水流處于柱塞流狀態(tài)，同時氣流無法破環(huán)水塞，則將形成一定的有壓沖擊流，其運動前端是比大氣壓大的正壓，而后端是比大氣壓小的負壓，伴隨水塞不斷下落，立管氣壓劇烈變化，會產(chǎn)生正壓噴濺或者是負壓抽吸的現(xiàn)象，嚴重影響水封層自身穩(wěn)定性，最終使排水系統(tǒng)無法正常運行[2]。

為了使排水管系的運行安全可靠，首先要避免水流在立管中產(chǎn)生柱塞流。為此，要通過嚴格的計算，對立管設計流量進行控制。除此之外，還應采取有效消能措施，降低水流速度，防止管系受到太大的水流沖擊。經(jīng)試驗可知，在立管上按照一定間隔設置“乙”字形彎能減少近一半的水流速度，實際工程中通常從頂層開始按照6層樓的間隔安裝效能裝置。另外一個能避免管系被破壞的措施為加裝通氣立管，使立管和大氣直接相同，使管系內(nèi)正壓通過通氣立管釋放，并補給空氣消除負壓，確保立管中的氣壓和大氣壓力盡可能接近，保證立管中的空氣保持流通，不斷排除有害氣體，為水封提高安全保護，經(jīng)試驗可知，采用通氣立管的方法，能提高至少一倍排水功能。上述措施的應用都能消除由于建筑高度較大在排水系統(tǒng)中產(chǎn)生的勢能，從而使排水系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、高效運行。

3 雨水系統(tǒng)設計

降雨難以被人控制，建筑雨水系統(tǒng)設計如果不合理、不安全，將對建筑造成一定損害，尤其是超高層建筑，所以在設計中應對設計重現(xiàn)期予以高度重視。相關設計規(guī)范指出，對于重要公共建筑，其屋面排水設計對應的重現(xiàn)期應達到10年以上；且屋面排水工程和其它溢流設施具有的排水能力應滿足50年重現(xiàn)期對應的雨水量。在超高層建筑中，考慮到底層行人的安全性，不宜設置溢流口，所以應按照50年的重現(xiàn)期進行屋面排水設計，并按照100年的重現(xiàn)期對系統(tǒng)排水能力予以校核[3]。

除設計重現(xiàn)期之外，還需要考慮另一個問題：因超高層建筑的高度很大，傳統(tǒng)雨水斗主要采用重力流，未對排水壓力予以考慮。所以在管材的優(yōu)選過程中，應充分考慮因建筑高度較大產(chǎn)生的靜壓力，對于雨水管材，需在普通金屬管道壓力范圍內(nèi)選擇金屬管道。對于承壓相對較高的部位，可設置無縫鋼管。雖然在屋面采用純重力流方式進行排水較為經(jīng)濟安全，但其雨水斗研制現(xiàn)在還處在初級階段，無成型產(chǎn)品，依然按照傳統(tǒng)的雨水斗系統(tǒng)進行設計。另外，室內(nèi)雨水所進入的首個檢查井，建議采用消能井，否則會因為排出管壓力較大而產(chǎn)生噴濺。

在超高層建筑中，雨水系統(tǒng)的雨篷同樣至關重要。它的面積雖然較小，重現(xiàn)期通常為5年，但它可以截留的總面積，遠遠超過自身面積，甚至大于屋面面積，所以它的實際排水量要比屋面大很多。雖然雨篷面積通常不大，但是有很多的立管與雨水斗。而且對建筑專業(yè)而言，雨篷是門面所在，所以建筑專業(yè)會對其立管及雨水斗等的布置提出很多要求，但雨篷的下面就是進出口，如果設計不安全，后果將不堪設想?；诖?，在對這一部分進行設計的過程中，必須妥善處理，在保證可靠性與安全性的基礎上，再考慮其它方面的因素[4]。

4 水泵接合器

對于處在消防車有效供水范圍外的建筑消防分區(qū)，不論采用何種消防系統(tǒng)，都需要進行水泵接合器的設置。對此，首先要確定水泵接合器具有的作用，即當建筑室內(nèi)消防水泵無法使用，或火勢較大，單靠室內(nèi)消防無法滿足要求時，可采用水泵接合器使水從室外進入室內(nèi)。通常消防水泵都為一用一備或兩用一備，其中備用泵采用電力泵，兩臺水泵在同一時間產(chǎn)生故障的幾率很小，一般只有供電發(fā)生問題才會同時無法投入運行，所以應采用柴油泵來作為備用，防止在電力發(fā)生故障時導致加壓泵無法運行。當備用泵更換成柴油泵時，相關設計人員會對燃料儲存及日常維護比較重視。制造標準提出，柴油泵自帶的油箱可以儲存供泵機連續(xù)運行3h的柴油，所以無需額外儲存柴油[5]。另外，柴油泵維護比電力泵簡單得多，只需要對燃料是否足夠和運行情況是否正常進行檢查即可。

目前常用的水泵接合器主要有三種，分別為地上式、地下式與墻壁式，具體要根據(jù)建筑實際情況，并綜合考慮不同類型的水泵接合器具有的特點及適用條件來選擇。正確安全水泵接合器是充分發(fā)揮其應有功能的關鍵，因此，在安裝水泵接合器的過程中，需要注意下列幾點要求：①水泵接合器具體安裝位置與安裝形式都要滿足工程的設計要求，在確定安裝位置與形式時，應進行綜合分析；②在與水泵接合器相距15~40m的范圍內(nèi)，必須進行室外消火栓的設置，或這個范圍內(nèi)有消防水池；③墻壁式水泵接合器，是指安裝在建筑外墻表面的水泵接合器，這一類水泵接合器需要和建筑的門窗及孔洞之間有適當間距，通常情況下這一間距應達到1m及以上；④對于地上式和地下式水泵接合器，需要設置明顯的標志，尤其是地下式水泵接合器，要在地面上的適當位置設置永久性標志；⑤當水泵接合器和建筑外部管網(wǎng)相連時，應同時設置放水閥、單向閥及溢流閥，以此實現(xiàn)對水流的有效控制，使系統(tǒng)中的水流保持通常。

5 結(jié)束語

綜上所述，在超高層建筑設計中，給排水設計是一項很重要內(nèi)容，對超高層建筑的使用有很大影響。在實際的設計工作中，需要注意供水方式選擇、消除排水系統(tǒng)勢能、雨水系統(tǒng)和水泵接合器等要點問題，采取合理有效的措施方法，保證設計質(zhì)量。