1、消火栓计算题消火栓计算题某高级酒店，地下一层，地上 16 层，层高 3.1 米，建筑总高度为 50.7 米，总建筑面积为 31500 平方米。市政外网管径为 DN300，有两根引入管，管径为DN100，市政水压力为，假定室外管网可满足室外消防用水量。试计算室内消火栓给水系统。室内消火栓系统图见图 1，平面布置见图 2。图 1 消火栓系统图1图 2 消火栓平面布置图解：1.消火栓间距确实定（1消火栓充实水柱长度确定消火栓充实水柱按下面三种方法计算：1根据公式计算SkH层高 -11si n a式中 Sk 水枪的充实水柱长度， m；H 层高 为保护建筑物的层高， m； 水枪倾角，取 450。该酒店层
2、高为 3m，代入 1式计算得， k 13.1 13m。Ssin 4502按标准确定根据?建筑设计防火标准? GB 500162006下文简称?低规?第条规定，水枪的充实水柱应经计算确定，甲、乙类厂房、层数超过 6 层的公共建筑和层数超过 4 层的厂房仓库，不应小于 10m；故本建筑的充实水柱长度不应小于 10m，即 Sk 0 10m。3根据水枪出水量确定2 根据标准规定的充实水柱确定采用同种规格的消火栓，充实水柱长度 Sk 0 =10m,水枪喷口直径 df=19mm,水带长度 Ld=25m，采用直径 d=65mm 衬胶水带。 水枪喷嘴处出水压力按下式计算：H q10f Sk21f Sk式中f
3、实验系数，与充实水柱长度有关，fK )4 ； 实验系数，与水枪喷嘴口径有关；Sk 水枪充实水柱长度， m；H q 水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力，kPa；查表得f，代入 2式中得：H q10f SK10mH2O1f SK1.2 10水枪出水量按下式计算：qxhBH q(3)式中 qxh 水枪射流量， L/s；B 水枪水流特性系数，与水枪喷嘴口径有关， df=19mm 时，取；H q 同 2式， mH2 O。将 H q =13.58 mH2O， 代入 3式得：qxh BH q 4.6L / s标准规定每支水枪最小流量为 qx =5L/s，所以当 Sk0 =10m 时，水枪出水量不满足
4、标准要求。 根据水枪最小出流量反算消火栓充实水柱长度根据下式计算：3qxh 2H q 4B式中 H q 同 2式；qxh 每支水枪最小出流量， L/s；B同 3式。取 qx =5L/s， 代入 4式中得：qxh2522O 158.5kP aH qB根据水枪喷口处压力计算 SK2：将 2式变形得：SK2H q 5(10H q )f式中f 、 、 H q、 Sk2同 2式。将上述数据代入 5式中可得：SK2H q=114.5kPa=11.45 mH2O(10fH q )所以， Sk设max Sk0， Sk1， Sk 2max 10，=11.45 mH2O，取 12 mH2O根据 Sk设 =12 m
5、H2O 可再计算水枪的实际出流量：fk设 )41.19 80412此时的水枪喷嘴处压力：H q161Sk设f式中 H q 、f 、 Sk设 同 2式， Sk 设 =12 mH2O，代入 6可得：H q1112O1Sk设f4水枪口实际出水流量为：qxh BH q 本设 计选 用 65mm 衬胶 水带， 水带长 度 25m，查表得水 带阻力系数Ad ，计算水带水头损失；H d Ad Ld q2xh 7式中 H d 水带水头损失， kPa；Ad 水带阻力系数；Ld 水带长度， m；qxh 同 3式。将 Ad ， Ld =25m， qxh 代入 7得：H d Ad Ld q2xh 0.00172 25
6、 2 =1.16 mH2O消火栓局部水头损失为 H k =2 mH2O；根据下式计算最不利消火栓口压力：H xhH q hd H k 8式中 H xh 消火栓口水压， kPa；H q 水枪喷嘴处的压力， kPa；hd 水带的水头损失， kPa；H k 消火栓栓口水头损失， kPa。HxhHqhdH2k =169+11.6+20=200.6kPa=20.06 mHO。（2消火栓保护半径确实定消火栓保护半径按下式计算：R Ld Ls 9式中 R 消火栓保护半径， m；L d 水带有效长度，考虑水带的转弯，取折减系数为 ；5Ls 水枪充实长度在平面上的投影长度，倾角取 45。代入数据得， R Ld
7、Ls 25+12cos45o ，即保护半径为。（3消火栓间距及立管根数确实定室内按一排消火栓布置，且应保证两支水枪充实水柱同时到达室内任何部位，消火栓间距按下式计算：SR2b2(10)式中 S 两股水柱时的消火栓间距， m；R 消火栓保护半径， m；b 消火栓最大保护高度，取 。代入数据得：SR2b222 =26.9 m即消火栓的间距为 27m。立管数量计算：nL 1 11S式中 n立管数量；L建筑长度， m；S 两股水柱时的消火栓间距， m。立管数量为： n L 1 4S2.消火栓管网水力计算该建筑属于公共建筑一类，火灾危险级别为中危险级，据?高规? 条规定，该建筑室内消火栓用水量为 40L
8、/s，按每个消火栓最小流量为 5L/s，相邻 3 根立管分配流量：最不利立管、次不利立管，同时动作 3 支水枪；第 3 根立管同时作用 2 个水枪。将水平环状管网断开， 按枝状管网计算。 消火栓计算简图见图 3。6图 3 消火栓计算简图 1 消火栓管网水力计算1 最不利点 0 点消火栓压力和出水量前面已计算出最不利点消火栓压力和水枪实际出流量分别为：H xh 0 20.06mH 2O ， qxh设 5.2L / s2 0-1 管段计算该管段只供应一个消火栓，管径取消火栓的出口管径 DN70。管中流速根据下式计算：74Q12V2D式中： V 管道流速， m/s；Q 管段流量， L/s；D 管道的
9、计算内径， m。消火栓给水管道流速一般 1.8 m/s,不宜大于。代入数据得：V0 14Q4=1.35 m/sD 22根据下式计算单位水头损失：0.00107V 2(13)i1. 3D式中： i 每米管道的水头损失， m H20/m；V 管道流速， m/s；D 管道的计算内径， m。代入数据得：02122i0 1D011 .3=0.06 mH O/m根据下式计算沿程水头损失 ：h i l(14)式中： h 沿程水头损失， mH2OL 管段长度， m；i 每米管道的水头损失， m H2O/m代入数据得：h0 1 i 0 1 l 0 1 mH2O1点消火栓压力为：H xh1 H xh0 H 0 1
10、 h0 1 20.06 3.1 0.19 mH2O3 管段 1-2 的计算：节点 1 压力下消火栓 1 点的出流量计算：8H xh (n 1)H k15qxh( n 1)1/ BLd式中 qxh (n 1) 次不利点 n-1处的流量， L/s；H xh( n 1) 次不利点 n-1处的压力， mH2O；H k 消火栓局部水头损失，取 2mH2O。Ld 水带长度， m； 水带阻力系数，取值 ；B 水枪水流特性系数，与水枪喷嘴口径有关， df=19mm 时，取。代入数据得：H xh1H k2qxh1Ld1/ B25=5.6 L/s管段 1-2 的流量为消火栓0 和 1 的流量之和：即 q1 2 =
11、5.2+5.6=10. 8 L/sV124Q41.38m / sD 22i121222= 0.04 mH2O/mD12h12i12 l123.1 mH2OH xh 2H xh1H 12h1 20.12 =26.57 mH2O4 管段 2-3 的计算：qxh 2H xh2H k2Ld1/ B0.00172 25管段 2-3 的流量为消火栓0、1 和 2 的流量之和：即q23 =5.2+5.6+6.0=16. 8 L/sV2 34Q42.14m / sD 229i22232mH2O/m3D23h23i 2 3l 2342.2 mH2OH xh 3H xh 2H 2 3h2 34.22 =72.99
12、 mH O25 管段 3-4 的计算：管道 3-4 只有动压损失，静压、流量均无变化，故而节点4 的压力为：H xh 4H xh3 h3428=73.06 mH2O；4 点与 3 点压力差为： H xh4H xh3 =73.06-72.99=0.07 mH O2H xh4H xh 3100%100%0.096%H xh3因此可以忽略 3-4 管段之间的水损，认为 3 点和 4 点的压力近似相等， mH2。O所以次不利管 XL-2 计算结果与最不利立管相同，同理也可知第三根立管 XL-3 计算结果也与最不利管相同。计算结果详见表 1。表 1最不利消防立管水力计算表节点起点管道流量管长管径流速i
13、水力坡降水头损失终点压压力编号L/smmmm/smH 2O/mmH2O力 mH 2OmH 2O0-1701-21002-31003-4282004-5282005-6282006-73200假设 7-水泵吸水管之间的水头损失为2m。3.消防水箱有效体积计算消防水箱应贮存 10min 的室内消防用水量，计算得：V10Q室内 10 60161000式中 V10 消防水箱 10min 的室内消防用水量， m3；10Q室内 室内消防用水量， L/s。Q室内10 6044.4 10 60 =27 m3计算得： V1010001000据?高规?条规定，高位水箱的消防储水量，类公共建筑不应小于18m3，本建
14、筑属于公共建筑类，故水箱有效体积为18m3。?高规? 7.4.7 条规定，高位水箱的设置高度应保证最不利点消火栓的出水压力，当建筑高度不超过100m 时，高层建筑最不利点消火栓出水压力不低于0.07MPa=7 mH2O，该屋顶水箱底层高度为，最不利点消火栓高度为，高差为 8 mH2 ，满足2O的要求，故不设置加压设施。O7 mH4.消防水池有效容积计算由前面计算知，该建筑室内消火栓用水量为 ，据?高规?规定，室内消火栓系统按火灾延续时间 3 小时计算。室外管网补水量的计算：由于外网引入管至消防水池之间的管径为 DN100，利用孔口出流公式和经济流速分别计算，取二者较小者作为室外管网补水量：QA
15、 2gh(17)式中 为孔口出流系数，为 ；A 孔口断面面积， m2；h 为孔口压力， mH2O，即市政给水压力。QA 2gh23/s=135 m3/h查表， DN100 的经济流速为，得流量：Q1 D2V123/h44取二者较小者，即3/h，取3 。34 m /h根据下式计算消防水池有效体积：VcQxTx3600b b(18)-Q T1000式中 Vc 消防水池体积， m3；Qx 室内、外消火栓用水总量， L/s；11T x 火灾延续时间， h，取 3h；Qb 外网补水量， m3/h；Tb 火灾延续时间。因为室外管网可满足室外消防用水量，所以室外消防水量为 0，于是得到：VcQx Tx 36
16、00 QbTb044.4 3 3600 34 3 =377.5 m310001000所以消防水池的有效容积取380m3。由于消防水池小于 500 m3，故需建一个消防水池即可。Vc380补水时间为： t12342Q当有一根引入管检修时，此时最不利情况下，补水时间为：Vc380t2Q34满足标准中的小于 48h 的要求。5.消防水泵扬程及流量1消防水泵扬程 H b 为：H b H 1 H 2 H 3 H 4(19)式中 H b 水泵扬程， kPa；H 1 水池最低水位至最不利消火栓位置高度所要求的静水压，kPa；H 2 水泵吸水管和出水管至最不利配水点计算管路的总水头损失， kPa；H 3 水流
17、通过水表时的水头损失，为 0 kPa；H 4 最不利消火栓的栓口压力， kPa。设消防水池最低水位相对标高 ，最不利消火栓相对标高 ，H1 =52.500 m=525 kPa由表 1 计算知，沿程总水头损失为即节点 0 至节点 7 的水头损失之和为 12mH2O，取局部水头损失为沿程水头损失的 20%，即局部水头损失为 2O。假设 7-水泵吸水管之间的水头损失为 2m。H 2 =5.46+1.09+2=7.55 mH2O=75.5 kPaH b H 1 H 2 H 3 H 4 =525+75.5+0+200.6=801.1 kPa=80.1 mH2O水泵扬程取 81mH2O。 2 水泵流量Qb13
