楊 靖 宇

(中國城市建設(shè)研究院，北京 100120)

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超高層建筑給排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

楊 靖 宇

(中國城市建設(shè)研究院，北京 100120)

結(jié)合超高層建筑結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜的特點(diǎn)，以及建筑給水排水設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對超高層建筑設(shè)計(jì)中的給水排水系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，針對重點(diǎn)問題進(jìn)行了分析總結(jié)，為超高層建筑給水排水設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)特點(diǎn)

20世紀(jì)70年代國際上提出超高層建筑是指40層以上、建設(shè)高度100 m以上的建筑工程。在我國，GB 50352—2005民用建筑設(shè)計(jì)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(nèi)超高層建筑有以下特點(diǎn)：大城市超高層建設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)時(shí)須綜合考慮建筑單體與總體布局的協(xié)調(diào)?；诔邔咏ㄖ奶厥庑裕瑱C(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工技術(shù)同普通建筑工程有較大區(qū)別。超高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑內(nèi)管線和設(shè)備繁雜多樣，給水排水專業(yè)設(shè)計(jì)考慮重點(diǎn)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(nèi)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(zāi)，火勢蔓延快、人員疏散困難、火災(zāi)撲救難度大，因此消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)立足于自救,即依靠建筑物內(nèi)的消防設(shè)施撲救火災(zāi),因此安全可靠的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要。排水系統(tǒng)的通氣和消能設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)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(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括供水方式的選擇、系統(tǒng)分區(qū)、生活水箱的設(shè)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(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到給水系統(tǒng)的使用維護(hù)和工程造價(jià)。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(jì)合理、安全可靠的給水方式。根據(jù)GB 50015—2003建筑給水排水設(shè)計(jì)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(shù)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(diǎn)的靜壓不得大于0.45 MPa。局部超壓部分設(shè)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(jié)合的方式，各給水分區(qū)的水泵分散設(shè)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(shí)是上一分區(qū)的供水水源，一般每隔15層設(shè)置一個(gè)避難層，兼作設(shè)備層，設(shè)置中途轉(zhuǎn)輸水箱。中途轉(zhuǎn)輸水箱可以調(diào)節(jié)初級泵與次級泵的流量差，同時(shí)可以防止次級泵停泵時(shí)次級管網(wǎng)的水壓回傳，保護(hù)初級泵。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是避免了設(shè)揚(yáng)程高的水泵和水壓高的壓水管，壓水管也不很長。缺點(diǎn)是：設(shè)備分散，管理維護(hù)費(fèi)用增加；水泵對于所設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)流量按規(guī)范規(guī)定公式計(jì)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(shè)于設(shè)備技術(shù)層和建筑吊頂內(nèi)、立管設(shè)于管道井內(nèi)，進(jìn)戶支管一般采用暗裝敷設(shè)。

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(shè)計(jì)中設(shè)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(shè)備。當(dāng)設(shè)置高位消防水池時(shí)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的兩座，每座應(yīng)有一條獨(dú)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(zāi)初期10 min消防用水分區(qū)最高的一個(gè)區(qū)由屋面高位消防水箱——超壓設(shè)比例式減壓閥減壓后供水?；馂?zāi)10 min以后消防用水由設(shè)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(nèi)消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)可采用高壓消防給水系統(tǒng)或者臨時(shí)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(dāng)室內(nèi)消防系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)時(shí)，為了增加消防系統(tǒng)的可靠性，避免由于局部加壓設(shè)備損壞造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，一般水泵采用轉(zhuǎn)輸串聯(lián)的供水方式，在避難層各設(shè)一組消防轉(zhuǎn)輸水泵，分別供水消防轉(zhuǎn)輸水箱。將整個(gè)建筑單體的消防系統(tǒng)分成了若干相互獨(dú)立的加壓系統(tǒng)，設(shè)置于避難層內(nèi)的轉(zhuǎn)輸水箱供上區(qū)輸水泵吸水，同時(shí)也作為本區(qū)消防給水屋頂水箱。當(dāng)室內(nèi)消防給水系統(tǒng)采用常高壓供水系統(tǒng)時(shí)，分別在壓力分區(qū)頂部避難層設(shè)置消防水池為本區(qū)消防系統(tǒng)供水，在火災(zāi)時(shí)消防補(bǔ)水可靠的情況下，高位消防水池的總有效容積可適當(dāng)減小，但不得小于室內(nèi)消防用水量的50%。水泵接合器的目的是應(yīng)急備用，當(dāng)系統(tǒng)消防水量不足，或消防水泵檢修、停電、發(fā)生故障時(shí)，需利用消防車通過水泵接合器送水至室內(nèi)管網(wǎng)。一個(gè)水泵接合器的負(fù)荷流量為10 L/s～15 L/s，對于室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)按消防設(shè)計(jì)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(nèi)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(shè)置很關(guān)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(shè)計(jì)中一般采用消能設(shè)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(shè)施一般自頂層起每隔6層設(shè)置一套。設(shè)置專用排水通氣立管可維持管內(nèi)的氣壓接近大氣壓力，使管內(nèi)空氣流通，有害氣體及時(shí)排除，有效保護(hù)衛(wèi)生器具的水封。同時(shí)，單層衛(wèi)生間設(shè)有6個(gè)及6個(gè)以上大便器，衛(wèi)生潔具排水連至一根排水立管時(shí)，須設(shè)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(dú)排出室外，由于底部單獨(dú)排水，不設(shè)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(shè)置專用通氣管時(shí)，應(yīng)盡量每層都設(shè)置結(jié)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(nèi)重力污水管通常采用機(jī)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(shè)施的總排水能。超高層建筑雨水排水工程與溢流設(shè)施的總排水能力不應(yīng)小于其50年重現(xiàn)期的雨水量，顯然屋面溢流口不能實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)過程中屋面雨水量按50年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，按100年重現(xiàn)期校核。一般雨篷雨水的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按5年計(jì)算，匯水面積計(jì)算按照雨篷所截留的上方側(cè)墻的面積(面積取值折減一半)遠(yuǎn)大于雨篷的面積，因此，雨篷的雨水排水量遠(yuǎn)比屋面的排水量大。雨水立管在避難層內(nèi)設(shè)置消能裝置或者在避難層內(nèi)轉(zhuǎn)換。雨水斗盡量選用虹吸式雨水斗，在雨量較大時(shí)能及時(shí)排除屋面雨水?，F(xiàn)階段虹吸雨水斗的管路設(shè)計(jì)能同時(shí)滿足正負(fù)壓要求，能保證通過超高層建筑全程管路滿水實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)驗(yàn)收，避免負(fù)壓失控確保系統(tǒng)正常運(yùn)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(shè)置應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)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(shè)備排布除考慮保證系統(tǒng)運(yùn)行安全的技術(shù)因素外，還應(yīng)在規(guī)范要求內(nèi)與建筑結(jié)構(gòu)、其他機(jī)電管線的空間合理排布，考慮超高層建筑施工技術(shù)的特殊性，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，利用基于BIM平臺(tái)的機(jī)電管線綜合平衡技術(shù)提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)論與展望

以上是結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)中遇到問題的總結(jié)，還有待于進(jìn)一步完善和探討。隨著科技進(jìn)步，超高層建筑給水排水設(shè)計(jì)的理論及施工技術(shù)都會(huì)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，需要設(shè)計(jì)師在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，在滿足給水排水設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]GB 50016—2014，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范.

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

[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——給水排水.北京：中國計(jì)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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