1 引言
随着社会的不断发展和进步,人们对高层建筑的需求日益增多,所以越来愈多的人从事高层建筑设计。因此想在毕业后可以尽快适应建筑给排水行业的发展,并将自己在大学中所学的给水排水专业知识应用到实际中去,所以我在毕设阶段选择了高层住宅建筑给排水系统设计。
在高层建筑和一般多层建筑和低层建筑给排水设计中，基本理论依据和计算方法相同，但由于高层建筑的某些特点如建筑层数多、建筑高度大、建筑功能广、建筑结构复杂，和它所受的外界条件的影响等，高层建筑给排水设备同一时间使用的人数多，所以瞬时的给水量和排水量较大，因此对给排水设备的要求较高，在技术深度和广度上，高层建筑给排水设计要求都远远超过了低层建筑物的给排水的设计要求。要结合实际情况选择经济合理的给水排水系统形式，同时要考虑排气管道的通气问题，要满足排水顺畅、管理维护方便、供水可靠安全。高层建筑给排水设计主要有如下的特点：
（1）高层建筑相比低层建筑而言、高度较大。在给排水设备的日常使用中会在给水系统和热水系统中产生很大的静水压力，所以为了使给水管道及配件不被损坏，需要对给水系统和热水系统进行合理的竖向分区，可以的话加上减压设备和水箱，使系统良好运行。
（2）高层建筑的功能复杂，发生火灾的可能性大，火灾后蔓延迅速，人员疏散及扑救较为困难。因此，必须选择安全可靠的室内消防给水系统，满足各类消防的要求。此外，应该保证消防初期的水源充足，争取在火灾初期消灭危险，防止发生更大的火灾。
（3）高层建筑中，由于室内设备和管道种类多、管线长，噪声源和震源也多，所以给防噪声和防震带来了很大难度，必须考虑管道的防噪声、防沉降、防震、防水锤、防管道伸缩变位、防压力过高等技术措施。除此之外还应该保证管道不漏水，管道铺设不能损坏建筑结构及装饰，使系统安全运行。
2 工程概况
2.1 工程概况
本建筑为某高层住宅楼工程，地上19层，地下一层，建筑物总高度55.10m，为二类高层建筑，耐火等级为二级。具体详见各层建筑图。建筑物每层（除地下层）均设有卫生间，卫生间内有坐便器、淋浴器、洗脸盆、洗衣机、厨房成品洗菜池等。本设计主要包括室内给水系统、排水系统、消火栓系统等系统的设计。
2.2 设计依据
1）《 建筑给水排水设计规范 》GB50015-2003-2009；
2）《 建筑设计防火规范 》GB50016-2014；
3）《 建筑给水聚丙烯管道工程技术规范 》GB/T50349-2005； 4）《 住 宅设计规范 》GB50096-1999-2003；
5）《 消防给水及消火栓系统规范 》GB50964-2014；
9）《 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 》GB50242-2002； 10）《 建筑灭火器配置设计规范 》GB50130-2005；
11）《 建筑给水钢塑复合管道工程技术规程 》CECS124-2001； 12）《 建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程 》CJJ/T29-98；
13）本项目建筑、结构、暖通、电气等专业提供的作业条件图和有关设计资料。 14）河北省及华北某市相关职能部门的相关文件。
2.3 原始资料
2.3.1 市政管道概况
本工程水源为城市供水，供水压力为0.20Mpa，由建筑南侧引一根DN150引入管，在建筑红线内，分别设置三座水表井(商业，消防，住宅)后，与本建筑用水管网相连接。市政管管顶埋深1.5m。 2.3.2 建筑条件图
1) 地下一层平面图 1:100 2) 一层平面图 1:100 3) 偶数层给排水平面图 1:100 4) 奇数层给排水平面图 1:100 5) 19层给排水平面图 1:100 6) 顶层给排水平面图 1:100 3 工程设计说明
3.1 建筑给水系统
3.1.1 给水方案比选
给水方案比选的主要目的是通过比较选择，来找出对于本工程最经济适用的给水方案。从而达到降低供水的成本。所以对于一个工程来说，给水方式的选择非常重要。在这里列举出几种常用的比选办法：1）净现值率法 2）现值比较法包括净现值法3）差额内部收益率法4）经常采用费用现值比较法。在给水工程中，常采用的方法是费用现值比较法。这种比较方式是采用对工程计算期内费用用现值和年费用现值进行比较，这两个中，哪一个的值小就采用哪一个。
高层建筑给水方式主要三种：1）减压水箱供水方式2）减压阀供水方式3）变频泵
供水方式。减压水箱供水方式和减压阀供水方式都是采用上行下给的方式，即将全部用水提升倒屋顶水箱里再通过水箱向下供水。变频泵供水方式采用下行上给的方式，即各竖向分区分别由各自变频设备分区供水。各方案优缺点详述如下：
1)减压水箱供水方式
特点：这种给水方式将中高区的全部用水量由水泵提升到屋顶的水葙，其中高区采用屋顶水葙直接供水，中区设立减压水箱减压后再分送至中区各用水点，低区采用市政直接供水。该给水方式优点：设水泵数量最少，成本低，管理维护简单，设备布置相对集中，水泵房面积较小；缺点：提升水至屋顶的成本太高，屋顶水箱占地太大，对建筑结构的要求较高；供水可靠性不稳定。
优点：水泵投资较小，维护较简单，投资省。
缺点：减压水箱容易损坏，维修部方便且容易引起二次污染。 2)减压阀供水方式
特点：这种给水方式将中高区的全部用水量由水泵提升到屋顶的水葙，其中高区采用屋顶水葙直接供水，中区设立减压水箱减压后再分送至中区各用水点，低区采用市政直接供水。该给水方式优点：设水泵数量最少，成本低，管理维护简单，设备布置相对集中，水泵房面积较小；缺点：提升水至屋顶的成本太高，屋顶水箱占地太大，对建筑结构的要求较高；供水比较可靠。
优点：能有效的避免水箱的二次污染。设备费用少，管理维护简单，不用设置减压水箱,占用场地小,性价比好。
缺点：水泵提升用水费用较高，能源消耗大，减压阀的设置问题。 3)变频泵供水方式
变频泵供水方式的特点：高区由高区变频泵组供水，低区由低区变频泵组供水，这种方法比较经济，不用再设置高位水箱。该供水方式的优点有：
高效节能。节能效果很明显，一般节能率能达到百分之二十到百分之五十，采用了节能控制软件，可以使水泵用最少的电干最多的活，经济效益好。
恒压供水。可以在保证流量的情况下根据用户的用水量调整工作频率，用水量小的时候就采用低频率，用水量大的时候，采用高频率。可以做到用电量最少，但是压力充足。可以保证不会出现在用水高峰期用户正常用水。
联网功能：变频泵采用了联网软件，可以实时的检测每一个站点，如电机的电压，工作频率，除此之外还可以统计每一个站点的用电量，这样我们就可以清楚的知道电量的使用情况，可以打印出来，方便做统计分析。
自动运行、管理简便。该方式拥有过流电、过流压、欠压电、断相、短路保，停电保护，过载，低液位保护，主泵定时轮换控制和密码设定等功能，因此，变频泵可以做到自动运行，解放的人力，所以只需设置好参数，便可自动运行，只需定期派人来检查
即可。
变频泵供水方式缺点：水泵型号、数量较多，投资较高，对电源要求高，且变频控制装置比较昂贵。
经过经济技术比较，及综合节能等因素考虑，再根据本建筑的一些具体实际情况，确定采用变频泵供水方式。 3.1.2 系统分区设计
根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003-2009规定，给水入户压力不宜大于0.35Mpa，且不宜小于0.1MPa，以此为依据，对给水系统采用竖向分区。（间距）
本工程水源为城市供水，供水压力为0.35Mpa，由建筑东、西侧各引一根DN150入户管，在建筑红线内，分别设置二座水表井(消防，住宅)后，与本建筑用水管网相连接。
本工程住宅生活用水均由给水变频机组分区加压供水，给水系统竖向分二个区： (1)一层至五层为市政直接供给，供水压力为0.35MPa； (2)五至十九层为高区，供水压力为0.80MPa；
入户压力大于0.35Mpa时采用在给水支管上设比例式减压阀组的措施进行减压，使每层用水点处供水压力均控制在0.1～0.35Mpa之间。生活水箱采用深度氧化处理仪，对生活清水池进行二次消毒处理。 3.1.3 给水系统组成
本建筑的给水系统包括引入管、给水管道、水表节点、给水附件等。 3.1.4 给水管管材
采用PSP钢塑复合管，采用G型、扩口连接。
下面介绍常见的管材和它们的施工工艺及各自的优缺点。
常见的给水管材有很多种，例如：PP-R（三型聚丙烯或无规共聚聚丙烯）管、UPVC（聚氯乙烯）管、铝塑复合管、焊接钢管、不锈钢管、PE管、热镀锌管、铜管、球墨铸铁管等。 （ 段落间，间距，段前0.段后0）
在这些管材中，他们的价格顺序为金属类>衬塑管>塑料管。但是如果从安全性来考虑的话和他们的价格成正比。
下面介绍几种管材的特点和各自的优缺点。
镀锌管。镀锌管有冷镀管和热镀管两种。其中，冷镀锌钢管容易生锈，因为冷镀锌钢管采用外镀里不镀的方法，现在这种管材已被建设部禁用，相比而言，热镀锌管不容易生锈，而且比较耐用，现在主要用于消防，喷淋管道。在采用热镀锌管管时当管道公称直径大于等于DN100时，应该采用沟槽连接及法兰连接，当管道公称小于DN100时采
用螺纹连接即丝接，这种管材严禁使用焊接。
铜水管。它的优点有：卫生，健康、经久耐用，安全可靠、绿色环保。
铜管能为人体提供微量元素，人机体蛋白质和酶的合成都要用到铜。同时铜对大肠杆菌的生长有抑制的作用，大肠杆菌在铜管道中的生长将受到抑制。实验表明：在铜管道中，99%以上的水中细菌5个小时后将会死亡，这样将有效的保持了铜管道中的饮用水的清洁。在通管道中，油脂，细菌，和病菌都不能穿过通管道进入饮用水中，从而保证了水质安全。
铜管相对于其他的管子有一个很大的优势就是它的内壁永远都是光滑的，而且不结水垢，多以采用铜管的话，管径可以相对选择小管径，这样可以减少管道占地面积，初次之外，铜管的使用寿命是镀锌钢管的3到4倍，铜管还可以百分百的回收，可以无限制的循环使用，可以称之为‘绿色’的管材，寿命很长，在铜管的再生过程中不会产生有毒有害气体，也不会产生其他的废物。
铜的性能很稳定，而且具有很强的耐腐蚀性，它在元素表中的中序位很低。在金属中，铜可以说是韧性很好，容易弯曲，不容易出现裂缝，不容易发生折断。而且它的适应能力很强，可以在-196度到205度中存在且保持原有的特性，这使得它具有很好的耐热性和耐火性。
以上介绍了铜管的许多优点，但是铜管也存在缺点。一个很大的缺陷就是比普通塑料管贵价格要贵很多，这是的在初期的投资很大。铜环的焊接技术要求比较高。当铜与自来水中用于消毒的氯结合时会发生反应，产生环苯，环苯是引发老年痴呆症的因素之一（已列入欧洲标准，
图5—1 消火栓给水水力计算草图 表5—1 消火栓给水配管计算表
计算管段 1—2 2—3 3—4 4—5 设计秒流量q(L/s) 5.2 11.09 11.09 22.2
管长L(m) DN(mm) v(m/s) I(kpa/m) il(kpa) 2.9 72.5 5.1 95.72
100 100 100 150
0.6 1.28 1.28 1.33
0.0804 0.329 0.329 0.228
0.233 23.85 0.42 21.82
沿程水头损失为：hy=0.233+23.85+0.42+21.82 =46.32kpa=4.632mH2O 局部水头损失为沿程水头损失的百分之十,则总水头损失为:
h1.1il=1.1×4.632=5.1mH2O 消防水泵所需扬程按下式计算：
Hb1.10(h9.8Zp0)+2 =1.10（51+80.159.8+21.769.8）=1099.10Kpa=109.9mH2O 选用2台离心泵，型号为100DL-100-20型立式多级分段式，一用一备（Q=27.8L/s、H=140.0m、n=1450r/min、轴功率为53.00kW,电及功率为75kW、η=72%）
进水管按1.0m/s查管径；出水管按1.5m/s查管径，出水管属于有压水管，必须用镀锌钢管。根据Q=22.2L/s查设计手册可得：进水管管径为DN150，流速为v=1.12m/s，1000i=15.3；出水管管径为DN125，流速为v=1.59m/s，1000i=38.1。
5.7 水泵接合器的选定
根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95和《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005版的规定：一台水泵结合器的流量为10～15L/s，本建筑室内消防设计水量为22.20L/s，所以每区分别设置2个水泵结合器，型号为SQB150。
水泵接合器的设置应该满足1）距离消防水池的距离为15～40m。2）水泵接合器的设置地点应该便于消防车的使用。
5.8 消防水箱
根据《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974-2014版)和《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005版的规定：高位消防水箱的消防贮水量应该可以满足10min的建筑室内消防用水的总量，其中，一类公共建筑不应小于18m3。
本楼属于一类高层住宅建筑,故消防水箱的有效容积取为18m3。 水箱的尺寸取为：长×宽×高=4000mm×3000mm×2500mm。 消防水箱补水方式为生活给水系统补水，水箱采用不锈钢材质。
5.9 校核
水箱工况最不利消火栓可不考虑屋顶试验消火栓，消防贮水高位水箱设置最低水位高程为59.6m，最不利点消火栓栓口高程为52.2+1.1=53.3m，则最不利点消火栓口的静水压为59.6-53.3=6.3mH2O
5.10 消防水池
消防水池有效容积的计算，即消防流量和火灾延续时间的乘积。消防灭火延续时间取2h。
vf3.6(QfQL)Tx
=3.6 X 20 X 2 + 3.6 X 15 X 2 =252m3,取260m3
按照流速为1m/s，消防泵同时工作时的流量计算，即：消防水池的出水管流量为：20+15=35L/s，查设计手册可知：出水管管径为DN=150mm，流速为v=0.94m/s，1000i=5.17。
5.11 室内消火栓的减压计算
当消火栓栓口的静水压力大于500KPa时应该采取措施，其中当消火栓栓口的出水压力大于500KPa且小于1.0MPa时，消火栓处应设减压装置。当消火栓栓口的静水压力大于1.0MPa时应采取分区给水系统。
从消火栓给水管网水力计算草图知，消防用水从5点入口时，19层双立管消火栓是最不利点，该处的压力计算为：
q2xh5.222HxhAdLdqxh0.043255.2200.2kpa
B0.1582流量为5.2L/s，26层电梯前室的消火栓压力应为Hxh+（层高2.9m）+（每层的消防竖管的水头损失）。DN100钢管，当q=5.2L/s时，查表水力坡降i=0.0804，则H2=20.02+2.9+0.0804×1.1=23.01mH2O。
同理，计算出从19层到11层的消火栓栓口动水压力。各消火栓的剩余压力即动水压力减去保证消火栓流量为5.2L/s时消火栓口的水压20.02mH2O。到第16层时，H16=（20.02+2.911+0.08041.1）9.8=509.68Kpa，因此16层及以下楼层有必要采用减压稳压消火栓。
6 灭火器的配置
6.1 火灾种类
灭火器配置场所的火灾种类可划分为以下五类： A类火灾：固体物质火灾。
B类火灾：液体火灾或可熔化固体物质火灾。 C类火灾：气体火灾。 D类火灾：金属火灾。
E类火灾(带电火灾)：物体带电燃烧的火灾
本建筑为住宅楼，现场为A类火灾现场。
6.2 危险等级
民用建筑灭火器配置场所的危险等级，应根据其使用性质，人员密集程度，用电用火情况，可燃物数量，火灾蔓延速度，扑救难易程度等因素，划分为以下三级： （1）严重危险级：使用性质重要，人员密集，用电用火多，可燃物多，起火后蔓延迅速，扑救困难，容易造成重大财产损失或人员群死群伤的场所；
（2）中危险级：使用性质较重要，人员较密集，用电用火较多，可燃物较多，起火后蔓延较迅速，扑救较难的场所；
（3）轻危险级：使用性质一般，人员不密集，用电用火较少，可燃物较少，起火后蔓延较缓慢，扑救较易的场所。
本住宅建筑的危险等级为中危险级。
6.3 灭火器的选择
灭火器的选择应考虑下列因素：
（1）灭火器配置场所的火灾种类； （2）灭火器配置场所的危险等级； （3）灭火器的灭火效能和通用性； （4）灭火剂对保护物品的污损程度； （5）灭火器设置点的环境温度； （6）使用灭火器人员的体能。
在同一灭火器配置场所，宜选用相同类型和操作方法的灭火器。当同一灭火器配置场所存在不同火灾种类时，应选用通用型灭火器。在同一灭火器配置场所，当选用两种或两种以上类型灭火器时，应采用灭火剂相容的灭火器。
A类火灾场所应选择水型灭火器、磷酸铵盐干粉灭火器、泡沫灭火器或卤代烷灭火器。
B类火灾场所应选择泡沫灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、磷酸铵盐干粉灭火器、二氧化碳灭火器、灭B类火灾的水型灭火器或卤代烷灭火器。极性溶剂的B类火灾场所应选择灭B类火灾的抗溶性灭火器。
C类火灾场所应选择磷酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、二氧化碳灭火器或卤代烷灭火器。
D类火灾场所应选择扑灭金属火灾的专用灭火器。
E类火灾场所应选择磷酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、卤代烷灭火器或二氧化碳灭火器，但不得选用装有金属喇叭喷筒的二氧化碳灭火器。
本建筑采用ABC型灭火器。
6.4 设计计算
根据本住宅建筑为中危险级，现场为A类火灾现场，计算单元的最小需配灭火级别： Q=KS/U Q－计算单元的最小需配灭火级别（A或B） S－计算单元的保护面积（m2）
U－A类或B类火灾场所单位灭火级别最大保护面积（m2/A 或m2/B）75m2/A（查《建筑灭火器配置设计规范》表6.2.1）
K－修正系数，K=0.9（查《建筑灭火器配置设计规范》表7.3.2）
以标准层为例计算：
Q=0.9×937/75=11.2A，取12A 则计算单元内最少配置灭火器数量：
12A/2A=6具
灭火器应设置在位置明显和便于取用的地点，且不影响安全疏散。又因A类火灾场
所的灭火器最大保护距离为20米，一个计算单元内配置的灭火器数量不得少于2具，且每个灭火点的灭火器数量不宜多于5具。所以在一至四单元消火栓处各放置2具ABC型干粉灭火器。具体布置见各层给排水平面图。
7 排水系统设计计算 7.1 排水标准与设计秒流量
7.1.1 排水量标准
查《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009）得：
污水盆、洗涤盆（成品洗菜池）排水流量为0.33L/s，当量数为1.00； 洗脸盆排水流量为0.25L/s，当量数为0.75； 淋浴器排水流量为0.15L/s，当量数为0.45；
大便器采用低水箱冲落式，其排水流量为1.50L/s，当量数为4.50。 7.1.2 设计秒流量计算
本建筑性质为住宅楼，固采用设计秒流量公式为：
qp0.12NPqmax
式中，qp—计算管段排水设计秒流量，L/s NP—计算管段卫生器具排水当量总数；
—根据建筑用途而定的系数，住宅取1.5；
qmax—计算管段上排水量最大的一个卫生器具的排水流量，L/s； 如果计算的qp大于该管段上所有卫生器具排水流量的总和，应按该管段上所有卫生器具排水流量的累加值作为设计秒流量。
7.2 排水管网水力计算
排水系统共有37根立管，本设计选取其中8根有代表性的立管进行计算，分别是PL-1管，PL-2管，PL-3管，PL-6管，PL-12管，NL-1管，。其余立管计算与其相同或相似，管径选取参照之。
图7-1至7-9为各立管计算简图，每张简图后分别附有水力计算表。
图7—1 PL-1排出管及其相关的各个立管和各层横支管的计算草图
表7—1 排水计算表
卫生器具名称、数量、当量
顺序编号
自 1 2 3
2 3 至 3 10 管段编号 卫生器具 当量 n/N n/N n/N
洗脸盆 0.75 1/0.75 17/12.75 18/13.5
坐便器 4.50 1/4.5 17/76..5 18/81
浴盆 3 1/3 17/51 18/54
当量总数 ∑N 8.25 140.25 148.45
设计秒流量q(L/s) 2.02 3.63 3.69
110 160 160
0.026 0.026
De(mm)
坡度i 立管PL-1
表7—2 排水计算表
卫生器具名称、数量、当量
顺序编号
自 1 2 3
2 3 至 3 19 管段编号 卫生器具 当量 n/N n/N n/N
洗脸盆 0.75 1/0.75 18/0.75 18/19.50
坐便器 4.50 1/4.5 18/4.50 18/81
当量总数 ∑N 5.25 94.5 148.2
图7—2 PL-2排出管及其相关的各个立管和各层横支管的计算草图
设计秒流量q(L/s) 1.91 1.91 3.69
110 160 160
0.026 --- —
De(mm)
坡度i 立管PL-2
图7—3 PL-12 排出管及其相关的各个立管和各层横支管的计算草图
表7—3 排水计算表
管段编顺序编号
自 至 1 4 0 1 号 卫生器具名称、数量、当量 卫生器具 当量 n/N n/N
洗衣机 1.5 1/1.5 18/27
当量总数 ∑N 1.5 27
设计秒流量q(L/s) 0.72 1.43
50 110
0.026 —
De(mm)
坡度i 立管PL-12
其他立管计算与安装如下：
PL-X\'对称PL-X，PL-14同PL-1，PL-13对称PL-7，PL-8对称PL-1，PL-10同PL-4， PL-16对称PL-10，PL-17参照PL-5，PL-12对称PL-6，PL-18同PL-6，PL-19参照PL-16 PL-22对称PL-19\'，PL-5对称PL-1，PL-7参照PL-4
7.3 通气立管设置
专用通气立管与生活污水立管相连接，生活污水立管管径为De160mm，该建筑19层，层高2.9m，查规范通气立管应为De110mm。需要设主通气立管的排水立管为与PL-
3、PL-6相同或相似的立管，其余排水立管设伸顶通气。
7.4 地下室的排水计算
地下室的排水先统一排到集水坑中，然后由潜污泵抽出。 7.4.1 潜污泵的计算
当地下室无卫生间和厨房等时，潜污泵的设计秒流量按2个消火栓考虑，即：设计秒流量为Q=10L/s。潜污泵扬程根据排水提升高度、管道水头损失和自由水头计算决定。自由水头一般为3～5米水柱，取4米。采用DN110PVC无压水管，v=0.93m/s，1000i=7.28，L=11.19m。水头损失为0.00728×11.19=0.08m。故潜污泵的扬程为：
H=4.55+0.08+4=8.63m。
选用型号为80WQ的潜污泵(Q=6～10.83L/s、H=12.7～10.7m、n=1445r/min、泵轴功率N=3.07～3.34kW、电机功率为5.5kW、η=34%)2台，一用一备。 7.4.2 潜污泵进水管和出水管的计算
进水管按1.0m/s查管；出水管按1.5m/s查管径，出水管属于有压水管，必须用镀锌钢管。根据Q=10L/s查设计手册可得：进水管管径为DN100，流速为v=1.15m/s，1000i=26.9；出水管管径为DN100，流速为v=1.15m/s，1000i=26.9。
7.4.3 集水坑有效容积的计算
根据在水泵自动开关时，集水池的容积不得小于最大一台水泵5min的出水量，且水泵一小时内启动次数不得超过6次。
V1101031360053m360 16m36
V21010313600取有效容积为6m3，长×宽×高=2m×2m×1.5m
