第三章
工程概况
消火栓系统设计
XX工程为某校教学楼，平面图形状为条形，长为60.4m，宽为16.8m，共十一个教室，每层的建筑面积大于1000mm2。建筑高度为18.6m，层数为6，层高为3.1m，该建筑线条明凇，造型大方，符合当代建筑要求。该工程为独立及条形基础，结构为砖混结构，设计使用年限为70年，耐火等级为二级
3.1室外消火栓系统设计
在低压消防给水系统中，室外消火栓是供消防车取水进行灭火的供水设备；在高压和临时高压消防给水系统中，室外消火栓是直接接出水带、水枪进行灭火的设备。
3.1.1室外消火栓的类型
1．按设置条件，室外消火栓分为地上式和地下式消火栓（1）地上式消火栓
地上式消火栓大部分露出地面，具有目标明显、易于寻找、出水操作方便等特点，适用于气温较高地区。但地上消火栓容易冻结、易损坏，在有些场合妨碍交通，容易影响市容。在我国南方地区宜采用地上消火栓。地上消火栓是由本体、进水弯管、阀塞、出水口和排水口组成。目前地上消火栓有两种型号，一种是SS100，另一种是SS150。
3.1.2室外消火栓的布置
设置室外消火栓的主要目的就是为了在火灾时接消防车取水进行灭火，所以室外消火栓将采用低压消火栓系统。
1．室外消火栓的数量
根据《高规》第7.2.2条，高层建筑室内、外消火栓的用水量不应小于表3-1的规定。
3-1消火栓给水系统的用水量
消火栓
建筑
高层建筑类别
高度（m）
用水量（L/s）室外
普通住宅
>50
1.高级住宅
2.建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1000m2的商业楼、展览楼、综合楼、财贸金融楼、电信楼
3.建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1500m2的商住楼4.中央和省级广播电视楼5.网局级和省级电力调度楼6.省级邮政楼、防灾指挥调度楼7.藏书超过100万册的图书馆、书库8.重要的办公楼、科研楼、档案楼9.建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等
>50
30
40
15
5
≤50
30
30
15
5
15
20
10
5
≤50
15
室内10
10
5
每根竖管最小流量
每支枪最小流量
（L/s）（L/s）
该设计建筑每层建筑面积超过1000m2办公楼，所以本建筑的室外消火栓的用水量为30L/s。根据《高规》第7.3.6条的规定：室外消火栓的数量应按本规范第7.2.2条规定的室外消火栓用水量经计算确定，每个消火栓的用水量应为10～15L/s，根据下面的公式可计算出室外消火栓的数量。
Ｎ＝Ｑ／（10～15）
式中：N——建筑室外消火栓数量，个；
q——建筑室外消火栓用水量，见表3-2规定的用水量，L/s；10~15——每个室外消火栓的计算流量，L/s。重要建筑室外消火栓用水量q=30L/s，故
Ｎ＝Ｑ／（10～15）＝３０／（10～15）＝２－３个
根据计算结果将设置3个室外低压地上式消火栓。
3.2室内消火栓系统设计
3.2.1系统组成及主要设施
室内消火栓给水系统由水枪、水带、消火栓、消防水喉、消防管道、消防水池、水箱、增压设备、和水源等组成。当室外给水管网的水压不能满足室内消防要求时，应当设置消防水泵和水箱。
室内消火栓给水系统的主要设施：（1）室内消火栓设备
消火栓设备是由消火栓、水带、水枪和有玻璃门的消火栓箱组成。设置消防水泵的系统，其消火栓箱应设启动水泵的按钮。
水枪一般采用直流式，喷嘴口径有13、16、19mm。喷嘴口径13mm水枪配50mm水带，16mm水枪可配50mm或65mm水带，9mm水枪配65mm水带。水带有麻织、化纤之分，口径一般为直径50mm和65mm。水带长度有15、20、25或30m四种。长度确定根据水利计算后选定。重要建筑水带长度不应大于25m。
室内消火栓有单出口和双出口之分，均为内扣式接口的球形阀式龙头。单出口消火栓直径有50mm和65mm两种，双出口消火栓直径为65mm。每支水枪最小流量≮2.5L/s时可选用直径50mm消火栓，最小流量≮5L/s时，宜选用65mm消火栓。该建筑室内消火栓口径应选65mm。
（２）水泵接合器
水泵接合器一端由室内消火栓给水管网底层引至室外，另一端进口可供消防车或移动水泵加压向室内管网供水。当室内消防泵发生故障或室内消防用水量不足时，消防车从室外消火栓、消防水池或天然水池取水，通过水泵接合器将水送至室内管网，供室内火场灭火。这种设备适用于消火栓系统和自动喷水灭火系统。水泵接合器有地上式、地下式和墙壁式3种。其接口为双接口，每个接口直径为65mm及80mm两种，它与室内管网的连接管直径不应小于100mm，并应设有阀门、止回阀和安全阀。
（4）消防管道
建筑物内消防管道是否与其他给水系统合并或独立设置，该根据建筑物的性质和使用要求经技术、经济比较后确定。
（5）消防水池
消防水池用于无室外消防水源情况下，贮存火灾持续时间内的室内消防用水量。消防水池可设于室外地下或地面上，也可设在室内地下室，或与室内游泳池、水景水池兼用。消防水池应设有水位控制阀的进水管和溢水管、通气管、泄水管、出水管及水位指示器等附属装置。根据各种用水系统的供水水质要求是否一致。可将消防水池与生活或生产贮水池合用，也可单独设置。
（6）消防水箱
消防水箱对扑救初期火灾起着很重要的作用，水箱应设置在建筑物一定的高度位置，采用重力流向管网供水，经常保持消防给水管网中有一定的压力。重要建筑和高度超过50m的高层建筑，宜设置两个水箱（并联），以备检修或清时仍能保证火灾初期消防用水。
当室内消防用水量超过25L/s，经计算水箱的消防贮水量超过18m3时，仍可采用18m3。高层建筑的消防水箱的消防贮水量，一类建筑（除住宅）不应小于18m3，二类建筑（除住宅）和一类建筑的住宅不应小于12m3，二类建筑的住宅不应小于6m3。
消防水箱设置在低层和多层建筑的最高部位；建筑高度不超过100nn的高层建筑，水箱高度保证建筑物最不利消火栓静水压力不小于0.07MPa。
（7）消防水泵
在临时高压给水系统中，灭火时消防水泵保证建筑消防给水系统内所需水压
和水量。消防水泵宜与其他用途的水泵一起布置在同一个水泵房内，水泵房一般设置在建筑物的底层。水泵房应有直通安全出口或直通室外的通道，与消防控制室应有直接的通讯设备。设有两台或多台消防泵的泵站，应有两条以上的消防泵出水管与室内管网连接。
3.3设计计算
1．消火栓的布置间距（1）消火栓保护半径：
R=cLd+h=25×0.9+3=25.5m
式中
c——水带展开时的弯曲折减系数，一般取0.8～0.9；
Ld——水带长度；
h——水枪充实水柱倾斜45°时的水平投影长度，对一般建筑（层高3～
3.5m）由于净高的限制，一般按h=3m计算；对于层高大于3.5m的建筑，（Hm：水枪充实水柱长度，m）。h=Hmsin45�；
（2
）消火栓布置间距：
S==2×（25.52-232）1/2=22m
式中
S——消火栓间距，m；
R——消火栓最大保护半径，m；
b——消火栓最大保护宽度？，m
因为建筑总长为60.4m，所以每层需要3个消防栓2．消火栓口所需水压Hxh由下式计算：
Hxh=Hq+hd=16.9+2.91=19.81mH2O
式中
Hxh——消火栓口压力，mH2O；
Hq——水枪喷嘴造成某充实水柱所需要的水压，mH2O；hd——水流通过水龙带的损失，mH2O。（1）消火栓水枪喷口所需水压
Hq=
式中
αfHm
=12×1.21/（1-12×1.21×0.0097）=16.9mH2O
1−αfϕHm
0.25
，其
df+(0.1df)3
ϕ——与水枪喷口直径df有关的系数，按实验得：ϕ=
值列入表3-2；
Hm——充实水柱高度，mH2O；
αf——实验系数，αf=1.19+80(0.01Hm)4，其值列入表3-3。
表3-2
系数ϕ值
160.0124
表3-3
系数αf值
101.20
121.21
161.24190.0097
dfϕ
130.0165
Hm/mH2Oαf
61.19
81.19
（2）消火栓水龙带水头损失
根据建筑消火栓给水系统要求（见表3-3）：该建筑的室内消火栓的消防水量不得小于30L/s，需3股射流，每股射流流量不小于10L/s，水枪射出的充实水柱长度Sk（Hm）≮10m，采用直径D=65mm、L=25m麻织水带。为满足设计要求由表3-7可得应选喷口直径为19mm水枪，充实水柱的长度为12m，水枪喷口直径Hq=16.9m，喷口射流量qxh=5.2L/s采用直径65mm的麻织水带，查表3-8得Az=0.00430，取qxh=5.2L/s
水带水头损失按下式计算：
hd=AzLdqxh2=0.00430×25×5.22mH2O=2.91mH2O
式中
hd——水带沿程水头损失，mH2O；Ld——水带长度，m；
Az——水带阻力系数，见表3-4。
表3-4水带阻力系数Az值
水带材质
50
麻织衬胶
（3）水枪喷口射流量
水枪喷口射出的流量与喷口压力之间的关系，可用下式计算：
0.015010.00677
水
带
直650.004300.00172
径/mm
800.001500.00075
qxh=
式中
=(1.557×16.9)1/2≈5.2L/s
qxh——水枪喷口的射流量，L/s；
Hq——水枪喷口造成某充实水柱所需要的压力，mH2O；df——水枪喷口直径，mm；µ——流量系数，采用µ=1.0；
B——水流特性系数，与水枪喷口直径有关，见表3-5。
表3-5
水枪喷口直径
/mm
130.346
160.793
191.557
222.836
特性系数B
B
为简化计算，可查得df=13、16、19mm时，不同充实水柱长度、水枪喷口处的压力及实际流量，从而方便计算。
表3-6
充实水柱长度/m6810121416
13
Hm—Hq—qxh技术数据水枪喷口直径
16
19
Hq/mH2O8.111.214.919.123.929.5
qxh/（L·s-1）1.72.02.32.62.93.2
Hq/mH2O7.810.714.117.721.826.5
qxh/（L·s-1）2.52.93.33.84.24.6
Hq/mH2O7.710.413.616.920.624.7
qxh/
（L·s-1）3.54.14.55.25.76.2
3．给水管网管径和水头损失计算（1）管径的确定
根据给水管道中设计流量，按下列公式计算可确定管径：
D=
式中
Q——管道设计流量，m3/s；
D——管道的管径，m；v——管道中的流速，m/s。
通过计算管段的流量，再确定流速可求得管径。消火栓给水管道中的流速宜采用1.4～1.8m/s，不宜大于2.5m/s。
取=1.8L/s，由公式确定消防立管的管径，
=105mm，根据消防竖管管径规格要求选择直径为D100mm的竖管，则实际流速为1.27m/s。
（2）沿程水头损失
表3-7局部阻力系数
部件名称阻力系数
阀门3.5
（A2/A1-1）
2
突阔管段突缩管段（1-A2/A1）×
0.5
R/d=1的90
弯管0.246
R/d=0.5的90
弯管1.0
三通0.9
消火栓给水系统水力计算草图如图3-1所示，按枝状管路计算。
47.60000
图3-1水泵供水消火栓水力计算草图
当v
v20.8670.03
i=0.0009121.3(1+djv
当v≥1.2时：
i=0.00107
v2d
1.3
j
式中
hy——管段的沿程水头损失，mH2O；
l——计算管段长度，m；
i——管道单位长度水头损失，mH2O/m，对给水钢管按下列公式计算：
v——管道内的平均流速，m/s；dj——管道计算内径，m。
管段1-2：L=1m，Q=5.2L/s，DN=70mm，v=
1.352
hy=il=0.00107××1=0.062mH2O1.3
0.07（3）局部水头损失
4Q
=1.35m/s，2
πD
v21.352
hj=∑ξ×0.1=(1.0+0.246×1)××0.1=0.011mH2O
2g20
式中
hj——管段局部水头损失总和，mH2O；（为何要*0.1？因为前面是MPa）按各种管件及附件构造情况有不同的数∑ξ——管段局部阻力系数之和，值；
v——沿水流方向局部零件下游的流速，m/s；
g——重力加速度，10m/s2。
2．水箱设置高度
如果由高位水箱重力流保证建筑物最不利消火栓灭火所需要的充实水柱长度，则高位水箱高度按下式计算：
H=Hq+hd+h=16.9+2.91+0.1=19.91mH2O
式中
H——水箱与最不利点消火栓之间的几何高差，mH2O；h——水箱至最不利点消火栓之间管网的水头损失，mH2O；Hq
——水枪喷嘴造成设计所需要的充实水柱长度时所需水压，mH2O，查
表3-7；
hd——消防水龙带的水头损失，mH2O。
水箱的体积V=30L/s×600s=18000L=18m3《高规》规定当室内消防用水量超过25L/s，经计算水箱的消防贮水量超过18m3时，仍可采用18m3。
3．消防水泵的扬程的计算
消防水泵的扬程可按下式计算：
Hb=Hq+hd+h+Hz=37.31+16.6=53.91mH2O
消防水泵扬程：H=(1.15~1.2)Hb=62~64.69mH2O
根据Ｑ＝5.2×4=20.8L/s，Ｈ=62~64.69mH2O
选择消火栓泵2台（1用1备），型号：65MS×7-11型离心泵两台，其参数为：流量Q=30L/s，扬程H泵=70m。电机功率为90kW。
式中Hb——消防水泵的扬程，mH2O；
Hq——水枪喷嘴造成设计所需充实水柱长度所需水压，mH2O；hd——消防水龙带的水头损失，mHO；2
h——管网的水头损失，mH2O；
Hz——消防水池最低水面与最不利消火栓之间的几何高差，m。（６）水泵接合器的设置
水泵结合器数量：Ｎ＝Ｑ／（10～15）＝20.8／（10～15）＝2个
由计算可知，应为室内消火栓系统设置2个水泵接合器，每个水泵接合器用DN175mm的镀锌钢管接至室内消火栓管网上。