有关室内消火栓水枪上倾角的探讨

朱永明

（中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103）

消防水流的有效射程通常用充实水柱表示。《建筑设计防火规范》[1]2.1.23条定义了水枪的充实水柱：从水枪喷嘴起至射流90%的水柱水量穿过直径380 mm圆孔处的一段射流长度。

《消防给水及消火栓系统技术规范》[2]7.4.12条第2款：高层建筑、厂房、库房和室内净空高度超过8 m的民用建筑等场所，消火栓栓口动压不应小于0.35 MPa，且消防水枪充实水柱应按13 m计算；其它场所，消火栓栓口动压不应小于0.25 MPa，且消防水枪充实水柱应按10 m计算。《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》[3]7.1.9条：室内消火栓水枪的充实水柱不应小于10 m。《火力发电厂与变电站设计防火规范》[4]7.4.2条第2款：水枪的充实水柱长度应由计算确定。对于主厂房及二层或二层以上且建筑高度超过24 m的建筑，充实水柱长度不应小于13 m；对于超过4层且建筑高度≤24 m的建筑，水枪的充实水柱长度不应小于10 m；对于其它建筑，水枪的充实水柱长度不宜小于7 m。

当水枪的充实水柱长度小于7 m时，火场的辐射热使消防人员无法接近着火点，达不到有效灭火目的；当水枪的充实水柱长度大于15 m时，因射流的反作用力而使消防人员无法把握水枪灭火，故水枪的充实水柱宜为7～15 m。

1 室内净空高度、水枪充实水柱与水枪上倾角的关系

关于水枪充实水柱长度，《给水排水设计手册》[5]有以下公式：

式中：Sk-水枪充实水柱长度，m；

H1-室内最高着火点距地面高度，m；

H2-水枪喷嘴距地面高度（m），一般为1 m；

α-水枪的上倾角，一般可采用45°，最大

上倾角不应大于60°。

当 α 为 45°时，（1）式转化为：

室内最高着火点距地面高度为地（楼）面至上部楼板底面或吊顶底面之间的垂直距离，即室内净空高度。取消防水枪喷嘴距地（楼）面的距离为 1 m，由（1）式可得：

图1 水枪充实水柱示意图

式中：Sk-水枪的充实水柱长度，m；

H净高-保护建筑物的地（楼）面至上部楼板底面或吊顶底面之间的垂直距离，m；

α-水枪的上倾角。按设计手册，一般可采用45°，最大上倾角不应大于60°。

对于某一给定的保护建筑物，室内净空高度已知，根据⑶式即可得出水枪充实水柱长度。例如，保护建筑物的室内净空高度为3.5 m时，取水枪上倾角为45°，根据⑶式可得充实水柱长度Sk为3.54 m。但是此值小于7 m，小于规范最低要求。其它室内净空高度的充实水柱长度计算值见表1。

表1 室内净空高度H净高与水枪充实水柱长度Sk关系表（按α=45°计）

由表1可知，为达到最小充实水柱长度7 m，在水枪上倾角为45°的前提下，所需的建筑物室内净空高度为6.0 m，要想达到13 m的充实水柱长度，建筑物的室内净空高度需要大于10 m。当增大上倾角时，对建筑物室内净空高度要求更高。在一般情况下，民用建筑的室内净空高度为3～3.5 m，只有某些仓库和特殊功能的建筑的室内净空高度才能达到10 m。所以按水枪上倾角45°计算，充实水柱长度很少能达到规范要求。

由⑶式亦可知，对于规范中要求的某一特定充实水柱长度，水枪的上倾角与室内净空高度存在一一对应关系，如表2。

表2 水枪的上倾角α（°）与室内净空高度H净高、充实水柱长度Sk的关系表

由表2可知，为达到7 m的充实水柱长度，当建筑物室内净空高度为3.0 m时，水枪倾角为16.60°，当室内净空高度为6.0 m时，水枪上倾角才需要45°。在同样的室内净空高度条件下，10 m充实水柱长度的水枪上倾角更小，13 m充实水柱长度的水枪上倾角最小。

由此可知，水枪的上倾角应综合保护建筑物的室内净空高度和充实水柱长度来确定，而不是一概而论地取45°。实际工程中，对很多建筑物来说，水枪上倾角45°是偏大的。

2 水枪充实水柱和上倾角的计算方法

水枪充实水柱长度由水枪喷嘴处压力确定。《建筑给水排水工程》[6]给出了水枪喷嘴处压力的计算公式：

式中：Hq-水枪喷嘴处压力，kPa；

Sk-水枪的充实水柱长度，m；

αf-与水枪充实水柱长度有关的系数，αf=1.19+80（0.01Sk）4，也可以按表 3选用；

φ-与水枪喷嘴口径有关的阻力系数，见表4。

表 3 系数 αf值

表4 系数φ值

水枪的射流量可由水枪喷嘴处压力确定：

式中：qxh-水枪的射流量，L/s；

Hq-水枪喷嘴处压力，kPa

表5 水枪水流特性系数B

由式（4）、（5）计算制成表 6，根据水枪口径和充实水柱长度可查出水枪的射流量和压力值。

表6 水枪充实水柱Sk、喷嘴处压力Hq与流量qxh之间的关系表

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》[2]表3.5.2，可得每支水枪的最小射流量qxh。除21 m＜高度h≤27 m的多层住宅最小射流量qxh为2.5 L/s外，其余最小射流量qxh均为5 L/s。

由（5）式可得：

与（4）式联立得：

根据规范要求的水枪最小射流量qxh，可确定水枪充实水柱长度Sk。对于某一给定保护建筑物，室内净空高度已知，由（3）式可得水枪上倾角：

由此可确定室内消火栓的保护半径：

式中：R-室内消火栓保护半径，m；

k-水带折减系数，一般取0.8～0.9；

Ld-水带长度，m；

Ls-消火栓水枪充实水柱长度的水平投影（m），Ls=Sk·cosα。

将式（8）、式（9）代入式（10）即可得消火栓的保护半径。

3 结论

室内消火栓充实水柱长度与水枪上倾角的确定步骤如下。

根据规范规定的水枪最小射流量，计算得出水枪充实水柱长度。

根据规范规定的最小充实水柱长度复核计算值，取大值作为水枪充实水柱长度。

根据保护建筑物室内净空高度和充实水柱长度，确定水枪上倾角。