铂金广场的自动喷水灭火系统设计研究

郭泽坤 李钰

摘要：针对铂金综合楼建筑结构进行分析，依据《自动喷水灭火系统设计规范》《建筑给水排水设计规范》等，设计出较为合理的自动喷水灭火系统。消防系统包括对喷头的选择及布置、管网布置、消防水泵以及消防水箱选择与配置等等。其中，最主要的是系统内的给水系统设计，包括系统流量计算、管网水力计算、水流检验以及消防水泵水箱计算与确定。最终把它们结合成为一个整体，从而有效降低火灾发生的可能性，保障建筑物整体安全。

关键词：高层综合楼；给排水系统；自动喷水灭火系统；水力计算

目前，随着社会的不断发展，对大型商场、写字楼以及娱乐设施的需求日益增多，建筑物场所人流量增大，加上商场内部含有很多易燃物，火灾事故发生可能性增大。对于高层建筑来说，既要确保豪华和装饰美观，又要具有较为广泛的功能^[1]。针对消防灭火系统来讲，自动喷水灭火系统是目前世界上使用最为广泛的一种灭火系统，主要是通过加压设施，将水通过布置好的管网送至每个喷头处，在发生火灾的高温空间内喷头破裂洒水灭火。其优点是不受环境内的黑烟和火焰影响，随时检测所在区域的情况。发生火灾时，能够快速发出报警信号，降低火灾发生可能性，阻止火灾蔓延。因此，自动喷水灭火系统较为安全、可靠^[2]。

一、工程概况

本设计对象是一栋高级商业和办公两用的大厦，共11层。第一层层高为5.4m，建筑面积为6567.24m²；第二层层高为4.5m，建筑面积为6567.24m²；第三层层高为5.1m，建筑面积为2258.80m²；第四层到第十一层每层层高为3.5m，建筑面积为1725.40m²。用地面积为9462.64m²，总建筑面积为27471.08m²，办公12077.8m²，建筑高度為43m。

二、建筑等级划分

（一）建筑分类

根据《建筑设计防火规范》，本次设计的综合楼高度为43m，并且每个楼层的建筑面积都已经超过了1000m²。因此，综合大楼属于一类高层民用建筑^[3]。

（二）火灾危险等级划分

对于这个综合楼来说，一二层是大型商场，其内部物品数量较多，库房里面堆放大量货物，人流量较大，人员过于密集，容易导致火灾发生，人员伤亡概率较高，财产损失严重。综上所述，按照GB50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》^[4]的内容可将此综合楼归为中级危险Ⅱ级。

三、自动喷水灭火给水系统

（一）自动喷水灭火系统类别与选型

自动喷水灭火系统可以分为湿式系统、干式系统、预作用系统^[5]等。对上述三类系统的优缺点进行分析，见表3-1。此综合楼地处北方城市，全年温差较为缓和，温度最高的月份是七月，温度最低的季节是冬季，北方绝大多数建筑都设置有暖气设施来保障室内温度。本设计应该选用湿式自动喷水灭火系统，见表3-1。

（二）喷头的选型与布置

1.喷头的选型

玻璃洒水喷头是目前最为常见的一款喷头。当发生火灾时，玻璃球内的液体受热膨胀，达到公称动作温度时，玻璃球裂开，密封垫脱落，喷头开启，压力水喷出灭火。根据喷头安装的位置，使用较为广泛的是下垂型洒水喷头，对普通公共建筑选用标准响应等级较为合适。因此，本建筑的喷头规格样式选择闭式、下垂型、标准玻璃球洒水喷头。

2.喷头的布置

喷头应布置在顶板或吊顶下易于接触到火灾热气流并有利于均匀布水的位置，保证对任意一个发生火灾的位置喷水。本设计采用正方形布置^[6]，正方形布置：A=B=2Rcos45°

喷头的布置，包括同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距，应根据系统的喷水强度、喷水的流量系数和工作压力确定，不应大于表3-2中的规定。

（三）管网布置

对于环状管网来说，其管道均匀圆滑，不会产生过多的水头损失，更有利于系统灭火。环状管网、枝状管网所要投入的资金相对较少。

此次设计的综合楼，在一层到二层的报警阀组后面应该采取枝状管网的中央中心型给水方式；在三层至十层的报警阀组后面应该采取侧边中心型给水方式。

（四）垂直分区

根据《自动喷水灭火系统设计规范》，本文所采用的湿式报警阀组，每个报警阀组所控制的喷头数量应控制在800只以内。每层的喷头个数，见表3-3。

四、系统水力计算

（一）设计技术参数

根据综合楼的建筑危险等级（中度危险级Ⅱ级），其设计参数见表4-1。^[7]

（二）水力计算公式

1.喷头流量计算^[8-11]

2.系统设计流量

3.管道水力计算

选定自动喷水灭火系统中最不利作用面积（以F表示）的位置，在计算喷水量时，仅包括作用面积内的喷头。

4.流速

管内允许流速一般不大于5m/s。计算方式：

5.管道水头损失

（1）沿程水头损失

（2）局部水头损失

可按沿程水头损失的20%计算。

6.水泵扬程或系统入口的供水压力

最不利点喷头出口处要求的最小扬程：

消防水泵的扬程：

（三）垂直分区水力计算

1.垂直分区水力计算一

在第一层的最不利点处划定作用面积，该建筑物属于中危险级Ⅱ级，根据表4-1中危险级作用面积取160m²，喷水强度取8L/min，采用3×3形式布置。根据本建筑的自动喷水灭火系统设计要求，画出自动喷淋管网最不利管段布置图：

从最不利点到水泵之间每段管段的流速都小于5m/s，总沿程损失为0.137MPa，垂直二分区和垂直一分区一样。

2.垂直分区水力计算二

根据本建筑的自动喷水灭火系统设计要求，画出自动喷淋管网最不利管段布置图：

从最不利点到水泵之间每段管段的流速都小于5m/s，总沿程损失为0.165MPa，垂直四分区和垂直三分区一样。

五、自动喷水灭火系统其他装置

（一）消防水池和高位消防水箱的计算

高位水箱的计算：

根据规范，此次设计属于一类高层建筑，水箱容积不应小于36m³，为了保证火灾时水量足够，高位水箱容积设计为54m³，高位消防水箱尺寸为：长6m*宽3m*高3m。

消防水池的计算：

为了保证在发生火灾时，设置的系统用水量充足，消防水池的容积选用485m³。消防水池尺寸为：长12m*宽8.5m*高5m。

（二）消防水泵

消防水泵的扬程^[12]：

垂直分区一消防水泵的扬程：H₁=1.2H_b1=0.371MPa

垂直分区二消防水泵的扬程：H₂=1.2H_b2=0.382MPa

垂直分区三消防水泵的扬程：H₃=1.2H_b3=0.526MPa

垂直分区四消防水泵的扬程：H₄=1.2H_b4=0.545MPa

结语

本文通过对高层建筑的建筑类型进行分析，设计出适合的自动喷淋灭火系统，能够让整个建筑物更加安全可靠，使系统处于稳定的运行状态，能够在很大程度上提高高层建筑的安全系数，全力保障人们的生产生活。高层建筑的消防系统设计需要不断创新，要充分考虑建筑结构的变化，结合高层建筑的实际情况应用先进的消防技术手段，确保给排水消防系统的功能能够充分发挥出来，推动我国建筑行业更加规范发展。

参考文献

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