超高层建筑给排水设计探究

超高层建筑给排水设计探究

摘要：本文首先探讨了超高层建筑给排水设计的系统选择与分区，然后探讨了管材及设备选型，最后研究了减压措施，具有较强的实用性和指导性，供参考。

关键词：超高层建筑；给排水；设计

abstract: this paper first discusses the tall building water supply and drainage design system selection and partition, and then discusses the pipes material and equipment selection, finally the reduced pressure measures, with strong practicability and guidance, for reference. keywords: tall building; water supply and drainage; design

中图分类号：tl353+.2文献标识码：a 文章编号：

超高层建筑以其俊伟的身姿、巨大的体量及现代化的气息给人以强烈的视觉冲击，其较高的容积率为众多房地产开发商所钟爱和推崇。随着我国国民经济的不断迅猛发展，超高层建筑越来越多地出现在人们的视野中。对于超高层建筑的给排水及消防设计，也在不断的摸索中逐步完善。

我国《民用建筑设计通则》（ｇｂ５０３５２—２００５）第３．１．２条对超高层建筑的定义做了明确规定：“建筑高度大于１００ｍ的民用建筑为超高层建筑。”对室内给水设计而言，１００ｍ的建筑高度并非划分系统的绝对依据：高度不到却接近１００

ｍ的高层建筑与超高层建筑在给排水设计上是类似的； １００ｍ左右的超高层与２００ｍ或以上的超高层在给排水设计上则有很大不同。如《高层民用建筑设计防火规范》（ｇｂ５００４５—９５，２００５年版，以下简称“高规”）第１．０．５条规定：“当高层建筑的建筑高度超过２５０ｍ时，建筑设计采取的特殊防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究论证。”因此，超高层建筑给排水系统应根据建筑高度及建筑功能，并结合当前适用建筑材料的特性来确定。 １系统选择与分区 １.１生活给水系统

《建筑给水排水设计规范》（ｇｂ５００１５—２００３，２００９年版，以下简称“建规”）中第３．３．３～３．３．６条对建筑物内生活给水系统的竖向分区原则作了规定。超高层建筑的室内生活给水系统分区应当遵守其规定。

室内生活给水系统首先要区分不同性质的用水区域，分别设置给水加压系统。超高层建筑可能是功能单一的住宅楼、办公楼，也可能是含有多种功能的带裙房的综合楼建筑群。由于计费的需要，不同功能的用水区域，其给水系统也要互相独立设置。根据所针对的场所，生活用水大致分为居民用水、行政事业用水、经营服务用水、特种行业用水等。划分给水系统前应当了解当地供水部门的收费范围和收费标准，根据不同的收费标准设置不同的给水系统。其次确定各个给水系统的供水方式。“建规”第３．３．６条：“建筑

高度超过１００ｍ的建筑，宜采用垂直串联供水方式。”本条是对供水方式的原则性规定，对不同功能或多功能组合的超高层建筑，设计上要视具体情况具体分析，选择最合理的供水方式或组合供水方式。

例１：某住宅区含３栋４２层超高层纯住宅楼，层高为３ｍ，建筑高度为１２６ｍ。生活给水分区如下：１区为－２～２层，由市政给水管网直接供水；２区为３～１２层，由２区变频泵组供水；３区为１３～２２层，由３区变频泵组供水；４区为２３～３２层，由４区变频泵组供水；５区为３３～４２层，由５区定速水泵加压至屋顶水箱供水。

选择此种供水方式是考虑了以下几个因素：

（１）变频供水较屋顶水箱的供水方式卫生条件好，有条件的情况下优先采用，本工程在住宅１００ｍ以下的部分均采用变频供水。

（２）对变频供水泵组而言，高峰流量与低谷流量之差越小，水泵在高效区运行的时段就越长，对节能就越有利。在住宅项目中，供水泵组所负担的户数越多，流量就越趋于均匀，高峰流量与低谷流量之差就越小。

（３）供水泵组所负担的住宅层数受给水器具的承压能力的限制。“建规”第３．３．４条规定：“卫生器具给水配件所承受的最大工作压力不得大于０．６ｍｐａ”。

一个给水分区的最大层数ｎ＝（０．６－ｐ）／ｈ。式中：ｐ

为户内支管最小接入水压，ｐ根据户内支管的布置计算确定，一般为０．１～０．３ｍｐａ；ｈ为建筑层高。本工程ｎ为１０层。 （４）由于本工程未设设备层，因此不具备串联给水方式实施条件。事实上超高层住宅项目大都没有设置设备层。如何在没有设备层的超高层建筑中采用串联给水方式是一个尚待研究的课题。 （５）超过１００ｍ的楼层由于管道较长，压力较大，保证供水的安全性和稳定性显得尤为重要。采用高位水箱的供水方式在这方面无疑是占有优势的。且定速水泵可以一直在高效区运行，如果供水区域不大，则在能耗方面与变频方式供水差别很小。例２：某办公楼共４８层，底下６层为商业用途的裙房，建筑高度１９３ｍ，其中７层、２２层、３４层为避难层。

生活给水分区（不含裙房）如下：１区为－３～２层，由市政给水管网直接供水；２区为３～８层，由低区变频泵减压供水；３区为９～１５层，由低区变频泵减压供水；４区为１６～２２层，由低区变频泵直接供水；５区为２３～２８层，由中区变频泵减压供水；６区为２９～３４层，由中区变频泵直接供水；７区为３５～４１层，由高区生活水箱减压供水；８区为４２～４８层，由高区生活水箱直接供水。２２层设中间水箱，供中区泵及高区泵取水。 选择此种供水方式是考虑了以下几个因素：

（１）办公建筑一般生活用水量较小，如果采用泵组过多，则前期投入过大，后期运行管理费用较高，不经济。本工程２区、３区、５区均采用变频泵组减压供水。

（２）超过１００ｍ的楼层如果均由地下室泵房供水，管材、设备的耐压等级比普通楼层提高，可靠性降低，势必增加造价。在避难层设设备间将供水系统分为上、下两个区可解决此问题。 （３）２２层中间水箱作为中区及高区水泵的取水水箱，已经担负了上区的调节和转输双重功能。因此，１６～２２层没有采用高位水箱供水，而是采用变频供水的方式。 １.２消防系统 1.2.1消火栓系统

超高层建筑的消火栓系统在绝大多数情况下只能采取临时高压给水系统的供水方式。“高规”第７．４．６．５条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于１．０ｍｐａ，当大于１．０ｍｐａ时，应采取分区给水系统。”超高层建筑消火栓系统分区均以此条为原则，一般采用水泵、减压阀或减压水箱进行分区。

直接用水泵来分区是指每个分区有各自专用的消防泵，即并联系统。从经济性上考虑，现在这种方式应用越来越少。随着产品质量的逐步提高以及产品功能的不断创新，减压阀在系统分区中的作用日益扩大。美国ｎｆｐａ１４－２００７《standard for the instal lation ofstandpipe,private hydrant,and hose systems》中规定系统任何一点的压力在任何时间不能超过２．４１ｍｐａ。国内业界也认同此观点，即原则上消防水泵的压力不应大于２．４ｍｐａ。压力在２．４ｍｐａ以下时，竖向可以采用减压阀来分区。实际上，民用专用消防泵的扬程一般都小于２．０ｍｐａ。

还是以４２层住宅楼为例，消火栓系统分区如下：１～２０层为低区，由地下室的消火栓泵减压供水；２１～４２层为高区，由消火栓泵直接供水。这样分区的优点在于管路和控制系统简单，所占管井较少，不需要占用设备层，但对减压阀的质量要求较高。减压阀需备用。

对于高度接近或超过２００ｍ的超高层，由于几何高差接近一般常用的管材设备的压力极限，消火栓系统分区不能单纯以减压阀来分区。

以上述４８层办公楼为例，消火栓系统分区如下：－３～７层为１区，由低区消火栓泵经减压阀减压后供水；８～２２层为２区，由低区消火栓泵直接供水；２３～３４层为３区，由高区消火栓泵经减压阀减压后供水；３５～４８层为４区，由高区消火栓泵直接供水。（为叙述方便，１区、２区合称低区，３区、４区合称高区）中间消防水箱和高区消火栓泵设于２２层。这样分区的优点在于消火栓泵扬程不至于过大，管道及设备的耐压等级也不会过高。它的不利因素是对控制系统的可靠性要求较高，需设中间设备层，设备分散，管理不便。

1.2.2自动喷水灭火系统

根据“高规”，高度超过１００ｍ的建筑均应设自动喷水灭火系统。《自动喷水灭火系统设计规范》（ｇｂ５０００８４—２００１，２００５年版，以下简称“喷规”）第８．０．１条规定：“配水管

道的工作压力不应大于１．２ｍｐａ”。

设计应以每个报警阀所负担的楼层进行分区，并尽量使分区与生活给水系统及消火栓给水系统相适应，以避免横管过于分散。“喷规”第６．２．３．１条规定：“湿式系统及预作用系统一个报警阀组所控制的喷头数不宜超过８００个，干式报警阀组所控制的喷头数不宜超过５００个。”第６．２．４条规定：“每个报警阀组供水的最高与最低位置的喷头高差不大于５０ｍ。”则报警阀所负担的层数应当根据上述条文确定。

对于超高层建筑，按上述条件所确定竖向分区最少也需要３个，有的可能达到十几个分区之多。由于每个报警阀后都需要单独的立管，这就会在设计上给管路的排列和管井的布置带来很大限制。结合“喷规”对多个报警阀前管道成环以及配水管最大工作压力的要求，将喷淋水泵和报警阀前的供水管道竖向成环可以较好地解决以上问题。

仍以４２层住宅楼为例，自动喷水灭火系统分区如下：１～１０层为１区，１１～２０层为２区，２１～３０层为３区，３１～４２层为４区。１～３区自动喷水灭火系统分别由管井内成环状的双主立管上引出，各区分别经减压阀减压后供水，４区由自动喷水灭火主立管直接供水。 ２管材及设备选型

超高层建筑由于管路系统内压力较大，管材及设备也有其特殊要求。如果忽视了这一点，可能会留有事故隐患，故需引起设计重

视。 ２.１管材

工作压力超过１．０ｍｐａ的给水管应该采用有足够强度的金属管，一般不建议用塑料管，尽管塑料管也有压力等级达到１．６ｍｐａ甚至２．５ｍｐａ的管材。足够强度的金属管包括厚壁镀锌钢管、无缝钢管、不锈钢管等。用于生活系统上的管材还应考虑卫生的需要，例如可选用衬塑、涂塑钢管等。在管材的连接方式上，焊接、法兰、沟槽等连接方式可以达到或超过管材本身的抗压强度，是高压管道连接优先考虑的方式。螺纹连接一般用于ｄｎ１００以下较小的管道，其承压能力略小。塑料管热熔连接点是整个管道系统的薄弱环节，在高压管道系统中应避免使用。超高层建筑的排水管有多种选择。使用较多的有ｐｖｃ－ｕ排水管，ｈｄｐｅ排水管，球墨铸铁排水管等。但ｐｖｃ－ｕ排水管因其本身强度稍差，特别是以成品胶粘接的，容易脱落，一般不建议采用。 ２.２阀门

给水系统的阀门，尤其是系统下部的阀门，其公称压力等级应当根据系统工作压力、试验压力来确定。如果系统未设安全泄流装置，则还应当考虑水锤的因素。 ２.３水泵接合器

“高规”第７．４．５条规定室内消火栓系统及自动喷水灭火系统应设消防水泵接合器，如果系统有分区的，在消防车供水压力范围内，应分别设消防水泵接合器。现行国家标准图９９ｓ２０３

《消防水泵接合器安装》仅适用于室内消防系统工作压力不大于１．６ｍｐａ的场所。若室内消防系统工作压力大于１．６ｍｐａ而又在消防车供水压力范围内，则消防水泵接合器需特别定制。 ３减压措施

超高层建筑的室内给排水系统相对于一般建筑是处于高压状态，不稳定因素较多。为防止意外事故的发生以及检修的需要，系统应当有减压稳压组件及相关技术措施。 ３.１给水系统

给水系统上的防超压措施主要有减压阀、减压稳压消火栓、安全阀、泄压阀、减压孔板及节流管等。给水系统经常用减压阀进行分区。用来分区的减压阀有比例式和可调式的。可调式减压阀的压力调整范围一般不大于０．７ｍｐａ。对生活给水系统而言，可调式减压阀的阀前与阀后压力差不宜大于０．４ｍｐａ，要求环境安静的场所不应大于０．３ｍｐａ。一个给水分区内有可能存在超压的管段，也可以通过可调式减压阀来减去过剩压力。管径大于ｄｎ５０的管段一般采用先导式可调减压阀，小于等于ｄｎ５０的管段一般采用直接式可调减压阀。消防给水系统与生活给水系统一样，也常用减压阀进行分区。不同点在于消防给水系统减压阀要求成组设置，即设置备用（单个报警阀例外）。

生活给水系统上的减压阀可成组设置，即备用设置，也可不设备用。当不设备用减压阀时，要保证减压阀失效时管道的压力不超过卫生器具的最大可承受压力。“建规”规定卫生器具的最大可承

受压力不得大于０．６ｍｐａ。消火栓给水系统常常在超压管网上采用减压稳压消火栓。

安全阀及泄压阀一般用于系统压力最大处，如水泵出口、减压阀组附近等，闭式热水系统的压力容器也用到安全阀。超高层建筑的水泵接合器应安装安全阀。减压孔板及节流管可起到减压限流作用。一般用于管网末端减压，如水龙头。由于对流量有影响，配水管上较少采用。消火栓给水系统中，减压孔板及节流管一般设于消火栓口或水流指示器前。在自动喷水灭火系统中，减压孔板孔径不应小于管道直径的３０％，且不小于２０ｍｍ。 ３.２排水系统

为避免高速下落水流冲击损坏排水管，超高层建筑的室内排水系统应有消能措施。消能措施一般采用乙字弯、管道偏置等，采用苏维托系统及螺旋消音排水管也有消能效果。另外，在立管转折处做好支架或支墩对防止水流冲击损害管道也可起预防作用。 结语

超高层建筑的给排水设计应根据其区别于其他建筑的最显著特点--高度来进行。确定系统所考虑的因素包括建筑高度、建筑功能、建筑材料及设备、节能性、可靠性、安全性、施工的可能性、可维护性等。超高层给排水设计要求设计者熟悉相关建筑材料及设备特点，最大程度地发挥其性能优势。

超高层建筑应该在各个方面都是和谐统一的。给排水设计也应以安全、简洁、高效为继续努力的方向。

参考文献

【1】ｇｂ50352-2005民用建筑设计通则 【2】ｇｂ50015-2003建筑给水排水设计规范

【3】ｇｂ50045-95高层民用建筑防火规范，2005年版 【4】ｇｂ50084-2001自动喷水灭火系统设计规范，2005年版 【5】中国建筑标准设计研究院．全国民用建筑工程设计技术措施－给水排水，2009