超高層建筑給排水設(shè)計(jì)問題淺析
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摘要:為了提高超高層建筑給排水設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，指出了超高層建筑給排水工程特點(diǎn)及給水方式、消防系統(tǒng)、污水系統(tǒng)常見的設(shè)計(jì)問題。介紹了超高層工程中生活供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括給水系統(tǒng)、排水體系、污水系統(tǒng)、熱媒系統(tǒng)等。提出了供水方式的選擇和中間轉(zhuǎn)輸水箱的計(jì)算方法，應(yīng)根據(jù)給排水工程特點(diǎn)，按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性為設(shè)計(jì)原則，進(jìn)一步完善超高層建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提升建筑屋的舒適度。
關(guān)鍵詞:超高層建筑;給排水;設(shè)計(jì);問題
超高層建筑的排水設(shè)計(jì)直接影響著建筑物的整體質(zhì)量，應(yīng)做好給排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其更加科學(xué)、合理、安全。
1超高層建筑給排水工程特點(diǎn)
與普通的多層建筑相比，高層建筑的給排水處理具有以下特點(diǎn):在排水系統(tǒng)中，必須對(duì)下層管道進(jìn)行壓縮，水的瞬時(shí)波動(dòng)較大，設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)供水系統(tǒng)時(shí)，必須嚴(yán)格控制排水管道材料的選擇，根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求選擇合適的管道，有效保證管道壓力的可靠性，保證給排水系統(tǒng)的容量。在供水系統(tǒng)中，供水設(shè)備的選擇非常重要，應(yīng)根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)調(diào)整供水系統(tǒng)參數(shù)，如果水頭過高，容易失去多余的壓力;水頭較低時(shí)，在較高區(qū)域容易降低壓力。超高層建筑存在一定的安全問題，為了確保人身財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)重視超高層建筑的消防系統(tǒng)，確保其安全性和可靠性。
2超高層建筑給排水系統(tǒng)中的常見問題
2．1給水方式的設(shè)計(jì)
在超高層建筑中，給水方式的正確選擇是保證用戶用水安全性的前提。對(duì)于建筑高度大于100m小于150m的高層建筑來說，低層部分通常是市政水壓直接給水，而高層部分則采取變頻供水設(shè)備供水，即垂直分區(qū)并聯(lián)供水。一般市場上的變頻供水設(shè)備可滿足用戶要求，如某項(xiàng)目建筑高度150m，采用的是并聯(lián)供水形式。如果規(guī)劃用地范圍較大，水泵揚(yáng)程無法滿足計(jì)算需要，則應(yīng)采用串聯(lián)供水方式?？蛇x擇設(shè)置一個(gè)高位水箱來達(dá)到供水目的，這種方式須得一次性把水加壓到水箱中，增加建筑物荷載。對(duì)于高于150m的超55高層建筑，由于供水設(shè)備的流量和揚(yáng)程無法滿足用戶需求，應(yīng)考慮串聯(lián)供水。這種供水方式是將轉(zhuǎn)輸水箱設(shè)置在中間樓層，達(dá)到供水目的。但是轉(zhuǎn)輸水箱的設(shè)置會(huì)增加二次污染的可能性，需要為給水管網(wǎng)設(shè)置配套的消毒設(shè)施。
2．2消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
超高層建筑消防設(shè)計(jì)中，消防水量與多高層建筑基本無差別，按現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即可，但要注意轉(zhuǎn)輸水箱容積的計(jì)算。消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴水系統(tǒng)要在避難層等合適的樓層預(yù)留水泵接合器接力泵進(jìn)出水的接駁口。無論是轉(zhuǎn)輸水箱還是接力泵或轉(zhuǎn)輸水泵，均應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)，盡量設(shè)在專用房間內(nèi)，要有排水措施。如果避難層下方是住宅，需要設(shè)置安靜的房間，不能設(shè)在其正上方。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，系統(tǒng)工作壓力大于2.4MPa或消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa時(shí)，消防系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水。超高層建筑的消防系統(tǒng)分區(qū)方式有以下兩種:連續(xù)供水。串聯(lián)進(jìn)水是將水泵水箱設(shè)置在保護(hù)層或相應(yīng)的設(shè)備層。泵箱的有效容積不得小于60m3，泵頭通常位于較低區(qū)域。如果使用多臺(tái)消防泵直接供電，則必須先啟動(dòng)較低的消防泵，再啟動(dòng)較高的消防泵，傳輸間隔必須在20s內(nèi)。重力供水。消防水箱和消防泵安裝在屋頂上，用于儲(chǔ)存消防用水。除上層消防泵的加壓水外，其他樓層使用屋頂水箱的重力供水。地面重力供水可采用減壓閥段或消火栓，也可采用真空孔減壓措施。重力供水是可靠的，但由于水體建在屋頂上，對(duì)結(jié)構(gòu)荷載影響較大，經(jīng)濟(jì)性較差。
2．3污水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
塔高廢水濃度和雨水排放不得過高。在規(guī)劃超高層建筑給排水系統(tǒng)、雨水排水站和塔式房屋的污水排水站時(shí)，屋頂頂部管道如果同一干線上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的雨水池和污水管塔，其濃度會(huì)較高，所以廢水和雨水處理應(yīng)在單戶住宅中進(jìn)行，避免破壞集水區(qū)，影響污水系統(tǒng)運(yùn)行。缺少技術(shù)夾層對(duì)上部結(jié)構(gòu)排水效率的影響。一般來說，超高層結(jié)構(gòu)過渡層的梁寬和梁高均高于標(biāo)準(zhǔn)層，連接梁會(huì)對(duì)污水管道和衛(wèi)生設(shè)施的布置產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)衛(wèi)生設(shè)施時(shí)，應(yīng)避免開關(guān)梁和排水管之間發(fā)生沖突，一些位于標(biāo)準(zhǔn)樓層下的污水管應(yīng)彎曲，確保變壓器地板上的管道排水分開。在選擇管道時(shí)，上部結(jié)構(gòu)必須考慮環(huán)境、壓力、安裝、溫度、美觀等因素。如果污水系統(tǒng)堵塞，后果將非常嚴(yán)重。超高層建筑排水系統(tǒng)的管道一般以UPVC管為主，具有安裝方便、重量輕、內(nèi)壁美觀光滑、不易堵塞、比鑄鐵管小等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)污水管旋轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)使用鑄鐵供水管作為管道，以防分流，在設(shè)計(jì)塔式排水系統(tǒng)時(shí)，UPVC系統(tǒng)不能安裝在室內(nèi)。設(shè)計(jì)流量為重力流，應(yīng)考慮排水壓力;在購買雨水系統(tǒng)管道時(shí)，應(yīng)考慮施工高度產(chǎn)生的靜壓，在普通鋼管的壓力范圍內(nèi)選擇普通鋼管，對(duì)于一些高負(fù)荷、超高施工的管道，可選擇無縫鋼管，保證雨水排水系統(tǒng)的安全性。
3超高層工程中生活供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
3．1給水系統(tǒng)
供水標(biāo)準(zhǔn)分為家庭用水和消防用水，冷水可以在同一房間內(nèi)串聯(lián)或并聯(lián)供應(yīng)。應(yīng)選擇合理的生活供水方式，城市供水以分段設(shè)計(jì)為主，通常是在地板上增加一個(gè)特殊的壓力裝置，為高層居民的日常供水提供壓力。應(yīng)建造水泵和水箱，設(shè)置從上到下的游泳池水箱。泵房分布在下部區(qū)域的水箱內(nèi)，泵送至上部區(qū)域供水。該方法操作簡單、設(shè)備簡單、能耗低，無須建造水泵或高壓管道，但供水系統(tǒng)配置相對(duì)分散，管理煩瑣，泵容量大，容易使結(jié)構(gòu)負(fù)荷增加，投資成本較大。當(dāng)建筑物高度達(dá)到100m時(shí)，應(yīng)設(shè)置可供居住和疏散的避難所，水泵一般位于避難所內(nèi)，可在相鄰樓層之間設(shè)置水轉(zhuǎn)換器，增加給水壓力。此外，每個(gè)帶真空閥的區(qū)域應(yīng)分為兩個(gè)較小的工作區(qū)域，泵在頻率范圍內(nèi)采用工作泵控制液位。中間泵箱只能設(shè)計(jì)在一層和三層，以有效減少廠房面積。摩天大樓需要穩(wěn)定高效的水壓，可采用屋頂水箱設(shè)計(jì)，通過重力供水提高經(jīng)濟(jì)性和合理性。
3．2排水系統(tǒng)
排水系統(tǒng)是將污染物和廢物直接排到戶外，主要由排水管道、通氣管道、清通設(shè)施和抽升裝置等組成。超高層工程中的生活給排水系統(tǒng)通常采用雨、污水分流方式，但由于部分地下室中的污染物無法使用重力流的方式直接排出戶外，所以主要采用淺污泵進(jìn)行抽升，便于污水排放。在消防電梯的基坑處可使用深排水泵進(jìn)行抽出，在廚房或食堂可使用單獨(dú)的地排方式進(jìn)行排放。建筑物排水是在地下建造污水處理水池，而建筑物的樓層排水通常是由糞、污水立管和專門的通氣管共同完成排放。衛(wèi)生間應(yīng)建造特殊的通氣管裝置，提升給排水品質(zhì)，減少噪聲。超高層建筑物排水系統(tǒng)應(yīng)預(yù)先進(jìn)行處理，再排放污染物和垃圾。
3．3雨水系統(tǒng)
在超高層建筑屋面雨水系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的是內(nèi)排水設(shè)計(jì)模式。家庭屋頂采用虹吸和水壓流，雨水通過重力從主樓屋頂排出。雨水可以回收和再利用，雨水收集裝置可安裝在建筑物內(nèi)，可設(shè)置景觀水環(huán)境，建立循環(huán)冷卻系統(tǒng)。室內(nèi)雨水管道的設(shè)計(jì)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，主要采用柔性和抗震管道、鑄管、打結(jié)密封，采用高壓氣流中的高密度聚乙烯材料作為排水管，采用熱熔法粘接。以U－PVC建筑材料作為雨水管道，應(yīng)選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的管道，在購買管道時(shí)，必須仔細(xì)檢查管道標(biāo)簽，選擇外觀好、干凈、均勻、無氣泡、色差大等的管道，管壁厚度均勻。一般情況下，熱水管道應(yīng)選擇S2系列，通常外徑為25，壁厚為4.2mm及以上，或外徑為20，壁厚為3.4mm及以上。所選管道必須具有良好的剛度，尤其是水平排水管，按壓手指后必須保持穩(wěn)定。
3．4熱媒系統(tǒng)
通用冷卻系統(tǒng)由三部分組成，包括熱源、換熱器和冷卻網(wǎng)絡(luò)?；鹆Πl(fā)電廠產(chǎn)生的冷卻液(蒸汽或熱水)可通過冷水換熱器直接加熱，冷卻液在封閉管道中循環(huán)供應(yīng)熱水，為確保超高熱水的順利供應(yīng)，必須對(duì)所有施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。當(dāng)水被加熱到設(shè)定的水溫時(shí)，熱水來自熱交換器并通過分配網(wǎng)絡(luò)分配到每個(gè)用水點(diǎn)，流經(jīng)熱交換器的冷水來自高層水泵或管道網(wǎng)絡(luò)。
4供水方式的選擇和中間轉(zhuǎn)輸水箱的計(jì)算
辦公室通常使用變頻供水系統(tǒng)，15層及以上的高層建筑需配備防護(hù)設(shè)備，可以使用初級(jí)保護(hù)，兩層之間設(shè)置避難所，每個(gè)區(qū)域使用一臺(tái)帶水轉(zhuǎn)換器的泵組?？芍貜?fù)使用的減壓閥分為兩個(gè)區(qū)域，泵用于液位控制和停機(jī)，將泵的中間水箱安裝在一樓或三樓。上述系統(tǒng)的液壓設(shè)備和管道最大載荷為1～3層保護(hù)層的平均高度，系統(tǒng)工作壓力不超過2MPa。建筑物臨時(shí)偏差率為1×5，采用帶小泵和增壓室的大泵，單臺(tái)大泵備用。使用工頻泵可以保證泵在有效范圍內(nèi)高效運(yùn)行變頻，減少二次污染的可能性。對(duì)于酒店來說，應(yīng)合理使用重力水箱屋頂，屋頂上一般安裝有兩個(gè)間歇式?jīng)_洗水箱，水箱定期更新，以保證酒店24h供水，避免二次污染。酒店大樓的水位相對(duì)較高，建議酒店的超高層建筑使用油罐頂部的重力水。高層中間抽油罐包括燃油抽油罐和家用抽油罐。2003年，《中間消防抽水箱給水系統(tǒng)規(guī)定》中間水泵水箱應(yīng)同時(shí)起到水泵的上水泵和區(qū)域內(nèi)消防用水上水箱的泵送功能，消防構(gòu)筑物中的蓄水池為15.30m3。如果建筑物的超高水流為40L/s，自動(dòng)注水為30L/s，則不得小于60m，中間運(yùn)輸容器的體積=(40，30)С10С60+(40，30)С5С6063000(L)，其中該區(qū)域消防箱頂部的水為10m，上部泵的水為5m，如果有其他滅火系統(tǒng)，則滅火系統(tǒng)的水應(yīng)匯總為取水容器的平均體積，可以在火災(zāi)中同時(shí)啟動(dòng)?！渡С窒到y(tǒng)建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50015)200337指出，泵送水箱中使用經(jīng)濟(jì)用水，泵送期間的水量設(shè)置為5/10m。水泵水箱作為生命支持系統(tǒng)的功能主要有兩部分:上部區(qū)域高壓泵的泵井，這部分水是泵在上部3.5m內(nèi)的輸出水。下部區(qū)域的可調(diào)節(jié)泵流量，即地層，確保原水泵的啟動(dòng)次數(shù)不超過6次/h，這部分水來自8L泵范圍內(nèi)的5.10m泵，泵為8L/s。如果系統(tǒng)是重力供水系統(tǒng)，中間泵水箱不僅是頂泵，還應(yīng)控制該區(qū)域的供水。這部分水量調(diào)節(jié)為油箱重力供水范圍內(nèi)最大用水量的50%，兩部分合并為重力供水系統(tǒng)中間泵水箱的水量。
5結(jié)語
在設(shè)計(jì)超高層建筑給排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑物的實(shí)際情況，為人們提供良好的居住體驗(yàn)，保證給排水系統(tǒng)的可靠性、合理性、安全性。根據(jù)給排水工程特點(diǎn)，按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性為設(shè)計(jì)原則，進(jìn)一步完善超高層建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提升建筑物的舒適度。
作者:劉俊巧 單位:河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司