高层建筑消防系统水力计算的关键方面

高层建筑消火栓给水系统水力计算应包括以下内容：确定立管的管径及最不利点消火栓的流量；求出消火栓出口所需水压力及流量；计算消火栓给水管道的总水头损失。

（1）消火栓给水系统的流量 根据建筑物的性质，高度按《建筑设计防火规范》GB50016—2014确定室内消防系统每根立管最小流量及每支水枪最小流量。

1）水枪喷嘴的射流量。其值不小于规范中规定的每支水枪最小流量（L/s），水枪喷嘴的射流量。按式（7-11）计算

式中 q_xh——水枪喷嘴的射流量，L/s；

B——水流特性系数，和水枪喷嘴直径有关。当d_f=19mm时，B=1.577；

H_q——水枪喷嘴达到规定充实水柱所需的压力，kPa。

2）消火栓所需压力。与水枪喷口压力、射流量有关。高层建筑选DN65mm消火栓，d_f=19mm喷口直径，当充实水柱H_m≥10mH₂O时，水枪喷口压力按式（7-12）计算为

式中 H_q——水枪喷口压力，kPa；

φ——系数，当d_f=19mm时，φ=0.0097；

H_m——充实水柱长度，m。

消火栓的水枪充实水柱H_m应通过水力计算确定，当建筑物高度不超过100m时，按H_m≥10m，当建筑高度超过100m时，按H_m≥13m选用。

水龙带的水头损失。水流通过水龙带的水头损失按式（7-13）计算为：

h_d=A_zL_dq_xh （7-13）

消火栓口所需压力按式（7-14）计算为

H_xh=H_q+h_d（mH₂O） （7-14）

消火栓栓口动压力不应大于0.5MPa，当大于0.7MPa时必须设置减压装置，高层建筑、室内净空高度超过0.8m的民用建筑等消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，且消防水枪充实水柱应按13m计算。

（2）建筑内部消火栓给水系统的水力计算

高层建筑消火栓给水系统水力计算应包括以下内容：确定竖管的管径及最不利点消火栓的流量；求出消火栓出口所需水压力及流量；计算消火栓给水管道的总水头损失。

水力计算步骤：确定立管的流量，立管最高层的几个消火栓出水量与立管水量相当；把系统管网简化成枝状管网；按海澄一威廉公式计算系统沿程和局部水头损失；分别按计算水泵或屋顶消防水箱供水的枝状管网进行水力计算；消火栓的栓口减压应满足消防水泵或屋顶消防水箱供水两种不同工况的要求；根据上述计算确定消防水泵的扬程和流量，并确定消火栓的栓口减压；当系统为立体环时，也可简化为枝状管网，按上述的要求进行计算。

消防给水管网的水力计算应保证最不利点所需的消防水量和水枪所需的充实水柱。立管应保证上下两层或上、中、下三层水枪同时使用。管径经水力计算确定但不应小于100mm。室内消火栓给水系统横干管的流量应为消火栓用水量，一般为150mm。

1）系统总水头损失可按下式计算

P_z=P_f+P_p （7-15）

式中 P_z——计算管段的水头损失（MPa）；

P_f——管道沿程水头损失（MPa）；

P_p——管道局部水头损失（MPa）。

管道沿程水头损失按下式计算

P_f=∑iL （7-15a）

式中 i——单位长度沿程水头损失（MPa/m）；

L——管道直线段的长度（m）。

计算管段局部水头损失按下式计算(www.xing528.com)

P_p=∑iL_p （7-15b）

式中 i——单位长度沿程水头损失（MPa/m）；

L_p——管件和阀门当量长度（m）。

2）消防水箱容积及设置高度

①消防水箱容积。临时高压消防给水系统的高位消防水箱的有效容积，一类高层公共建筑不应小于36m³；当建筑高度大于100m时不小于50m³，建筑高度大于150m时不小于100m³；多层公共建筑、二类高层公共建筑和一类高层居住建筑应不小于18m³，一类住宅建筑高度超过100m不应小于36m³。二类高层住宅不应小于12m³。建筑高度大于21m的多层住宅建筑不应小于6m³。总建筑面积大于10000m²且小于30000m²的商店建筑应不小于36m³。总建筑面积大于30000m²的应不小于50m³。

②消防水箱设置高度。高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭火设施，且最低有效水位应保证最不利点消火栓静水压力，一类公共建筑，不应低于0.07MPa。但当建筑高度大于100m时，不应低于0.15MPa，高层住宅、二类高层公共建筑、多层公共建筑不应低于0.07MPa。工业建筑不应低于0.10MPa，当建筑体积小于20000m³时不宜低于0.07MPa。自动喷水灭火系统等自动灭火系统应根据喷头灭火需求压力来确定，但最小不应小于0.010MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设稳压泵等增压设施。

3）消火栓泵扬程和流量确定。消火栓泵扬程应满足最不利点消火栓口所需压力要求，水泵扬程按下式计算为

P=k₂（∑P_f+∑P_p）+0.01H+P₀ （7-16）

式中 P——消防水泵或消防给水系统所需要的设计扬程或设计压力，MPa；

k₂——安全系数，可取1.20～1.40；宜根据管道的复杂程度和不可预见发生的管道变更所带来的不确定性；

H——当消防水泵从消防水池吸水时，H为最低有效水位至最不利水灭火设施的几何高差，当消防水泵从市政管网直接吸水时，H为火灾时市政给水管网在消防泵入口处的设计压力值的高程至最不利水灭火设施的几何高差，m；

P₀——最不利水灭火设施所需的设计压力，MPa。

消防泵流量按室内消火栓消防用水量选定。室内消火栓给水系统的竖管流量应根据最大可关闭竖管数量时，剩余一组最不利的竖管，并由这一组竖管平均分摊消火栓用水量，但每根竖管的流量不小于规定的竖管最小流量。室内消火栓系统供水横干管的流量应为室内消火栓设计流量。

消火栓管网水头损失计算与给水管网水头损失计算相同。当管道资料不全时局部损失可按管道沿程损失的10%～30%估算，消防给水干管和室内消火栓可按10%～20%计算，自动喷水等支管较多时可按30%计算。也可采用当量长度计算法来计算。

室内消火栓所需水压为自室外至该层消火栓处的消防管道沿程水头损失与局部水头损失之和，当计算出剩余水压后，若其值大于0.50MPa，可用减压孔板消除剩余水头，也可采用减压稳压消火栓。

（3）消火栓栓口动压的减压计算

消火栓栓口出水压力大于0.50MPa时，消火栓处应设减压装置，一般采用减压孔板或采用减压稳压消火栓，消除消火栓栓口处的剩余水头。

减压孔板的水头损失可按式（7-17）计算：

式中 H_k——减压孔板水头损失，MPa；

ξ₁——减压孔板的局部阻力系数，也可按表7-9取值；

d_k——减压孔板孔口的计算内径，取值应按减压孔板孔口直径减1mm确定，m；

d_i——消火栓管道内径，m，（DN50mm管内径为53mm，DN65mm管内径为68mm）；

v_k——减压孔板后管道内水的平均流速，m/s，；

g——重力加速度，m/s²；

q_x——水流通过孔板后流量，L/s。

1）减压稳压消火栓应采用栓后压力稳定，不堵塞的减压消火栓。

2）减压孔板或减压稳压消火栓栓口处的压力不宜小于0.40MPa，并用屋顶消防水箱的供水压力复核。

表7-9 减压孔板的局部阻力系数