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超高层建筑给排水设计探索

2020/03/27 阅读:

如今,城市中的超高层建筑数量越来越多,人们生活水平的提高对高层建筑使用功能的要求越来越高,尤其是给排水方面,而且不仅要满足基本的使用要求,还要实现节能环保目标。对此,在实际的给排水设计工作中,需要充分注意以下几个要点:

1选择适宜的供水方式

从节能性角度来说,重力供水与变供水,目前在学术界还没有权威资料能够证明哪一种对节能更有利,采取哪一种供水方式应结合建筑的性质、使用者的需求以及经济指标等因素进行综合考虑。但根据以往实践经验,对于办公楼,以变频供水方式为宜。首先,在超高层建筑中,会按照一定楼层数进行设备层的布置,对此可在这一层中设置水箱,将两个设备层之间的楼层作为一个分区,设置一组变频泵进行加压供水,同时各分区通过减压阀的设置再分成两个小的分区,上部设备层水箱通过工频泵转输来自下部设备层水箱的水。假如某超高层建筑共设3个设备层,则只需在首个设备层与第三个设备层(从下往上计数)安装水箱,能减少大量占地面积。另外,采用以上系统,设备和管材的承压是首层与第三层设备层(从下往上计数)总高度的一半,通常在2MPa以内,现有的设备与技术在这种压力条件下可保证安全。此外,因办公楼实际用水量相对较少,选择变频加压水泵时,可以在一个大泵基础上,配置一个小泵,并设置气压水罐,其中,大泵应有备用,大泵的流量分配取100%,小泵的流量分配取50%,气压水罐的流量分配取100%。水泵实际出水量能与系统用水量保持高度吻合,并且由于转输水泵为工频泵,所以能确保所有水泵都在高效区内稳定运行,实现预期的节能目标,同时减少对设备层面积的占用,防止造成二次污染[1]。对酒店而言,因它对压力稳定性有着极高的要求,所以为防止采用变频加压供水方式后用水忽热忽冷等问题,应采用重力供水的方式。但重力供水存在屋顶水箱容易产生二次污染等实际问题,所以酒店应加强物业管理,并设置两个以上的水箱,进行定期冲洗,同时酒店要24h供水,储水能实现及时更新,防止二次污染问题的发生。另外,酒店用水有很大的变化,若采用变频供水方式,则水泵的配置难以和用水曲线保持吻合,所以水泵无法始终在高效区进行运行,导致效率降低,造成水资源浪费。由此可见,对酒店高层建筑而言,宜采用重力供水的方式。

2消除排水系统势能

建筑高度会使排水系统产生势能,当水流在管道中从高空向下落时,会对管系造成很大破坏,尤其是对于较低楼层水封的破坏。对此,为保证排水安全性,需要从水流状态分析角度入手有效解决上述问题。在排水立管中,水流并非连续的,而是断续和不均匀的,并携带空气。立管中的水流在管道中下落的过程里,实际上是水和空气的混合流,水流量很不稳定。对管系有较大影响,容易造成破坏的是柱塞流。若立管中水流处于柱塞流状态,同时气流无法破环水塞,则将形成一定的有压冲击流,其运动前端是比大气压大的正压,而后端是比大气压小的负压,伴随水塞不断下落,立管气压剧烈变化,会产生正压喷溅或者是负压抽吸的现象,严重影响水封层自身稳定性,最终使排水系统无法正常运行[2]。为了使排水管系的运行安全可靠,首先要避免水流在立管中产生柱塞流。为此,要通过严格的计算,对立管设计流量进行控制。除此之外,还应采取有效消能措施,降低水流速度,防止管系受到太大的水流冲击。经试验可知,在立管上按照一定间隔设置“乙”字形弯能减少近一半的水流速度,实际工程中通常从顶层开始按照6层楼的间隔安装效能装置。另外一个能避免管系被破坏的措施为加装通气立管,使立管和大气直接相同,使管系内正压通过通气立管释放,并补给空气消除负压,确保立管中的气压和大气压力尽可能接近,保证立管中的空气保持流通,不断排除有害气体,为水封提高安全保护,经试验可知,采用通气立管的方法,能提高至少一倍排水功能。上述措施的应用都能消除由于建筑高度较大在排水系统中产生的势能,从而使排水系统稳定、安全、高效运行。

3雨水系统设计

降雨难以被人控制,建筑雨水系统设计如果不合理、不安全,将对建筑造成一定损害,尤其是超高层建筑,所以在设计中应对设计重现期予以高度重视。相关设计规范指出,对于重要公共建筑,其屋面排水设计对应的重现期应达到10年以上;且屋面排水工程和其它溢流设施具有的排水能力应满足50年重现期对应的雨水量。在超高层建筑中,考虑到底层行人的安全性,不宜设置溢流口,所以应按照50年的重现期进行屋面排水设计,并按照100年的重现期对系统排水能力予以校核[3]。除设计重现期之外,还需要考虑另一个问题:因超高层建筑的高度很大,传统雨水斗主要采用重力流,未对排水压力予以考虑。所以在管材的优选过程中,应充分考虑因建筑高度较大产生的静压力,对于雨水管材,需在普通金属管道压力范围内选择金属管道。对于承压相对较高的部位,可设置无缝钢管。虽然在屋面采用纯重力流方式进行排水较为经济安全,但其雨水斗研制现在还处在初级阶段,无成型产品,依然按照传统的雨水斗系统进行设计。另外,室内雨水所进入的首个检查井,建议采用消能井,否则会因为排出管压力较大而产生喷溅。在超高层建筑中,雨水系统的雨篷同样至关重要。它的面积虽然较小,重现期通常为5年,但它可以截留的总面积,远远超过自身面积,甚至大于屋面面积,所以它的实际排水量要比屋面大很多。虽然雨篷面积通常不大,但是有很多的立管与雨水斗。而且对建筑专业而言,雨篷是门面所在,所以建筑专业会对其立管及雨水斗等的布置提出很多要求,但雨篷的下面就是进出口,如果设计不安全,后果将不堪设想。基于此,在对这一部分进行设计的过程中,必须妥善处理,在保证可靠性与安全性的基础上,再考虑其它方面的因素[4]。

4水泵接合器

对于处在消防车有效供水范围外的建筑消防分区,不论采用何种消防系统,都需要进行水泵接合器的设置。对此,首先要确定水泵接合器具有的作用,即当建筑室内消防水泵无法使用,或火势较大,单靠室内消防无法满足要求时,可采用水泵接合器使水从室外进入室内。通常消防水泵都为一用一备或两用一备,其中备用泵采用电力泵,两台水泵在同一时间产生故障的几率很小,一般只有供电发生问题才会同时无法投入运行,所以应采用柴油泵来作为备用,防止在电力发生故障时导致加压泵无法运行。当备用泵更换成柴油泵时,相关设计人员会对燃料储存及日常维护比较重视。制造标准提出,柴油泵自带的油箱可以储存供泵机连续运行3h的柴油,所以无需额外储存柴油[5]。另外,柴油泵维护比电力泵简单得多,只需要对燃料是否足够和运行情况是否正常进行检查即可。目前常用的水泵接合器主要有三种,分别为地上式、地下式与墙壁式,具体要根据建筑实际情况,并综合考虑不同类型的水泵接合器具有的特点及适用条件来选择。正确安全水泵接合器是充分发挥其应有功能的关键,因此,在安装水泵接合器的过程中,需要注意下列几点要求:①水泵接合器具体安装位置与安装形式都要满足工程的设计要求,在确定安装位置与形式时,应进行综合分析;②在与水泵接合器相距15~40m的范围内,必须进行室外消火栓的设置,或这个范围内有消防水池;③墙壁式水泵接合器,是指安装在建筑外墙表面的水泵接合器,这一类水泵接合器需要和建筑的门窗及孔洞之间有适当间距,通常情况下这一间距应达到1m及以上;④对于地上式和地下式水泵接合器,需要设置明显的标志,尤其是地下式水泵接合器,要在地面上的适当位置设置永久性标志;⑤当水泵接合器和建筑外部管网相连时,应同时设置放水阀、单向阀及溢流阀,以此实现对水流的有效控制,使系统中的水流保持通常。

5结束语

综上所述,在超高层建筑设计中,给排水设计是一项很重要内容,对超高层建筑的使用有很大影响。在实际的设计工作中,需要注意供水方式选择、消除排水系统势能、雨水系统和水泵接合器等要点问题,采取合理有效的措施方法,保证设计质量。

参考文献

[1]刘丽娜,张鑫,杨嘉睿,等.BIM技术在某高层建筑给排水设计中的应用[J].低温建筑技术,2019,41(8):48-50.

[2]田桂珍,乙兴国.高层建筑给排水设计及施工技术要点探讨[J].城市建设理论研究:电子版,2019(6):176.

[3]秦建明,余平伟,胡迎伟.超高层建筑给排水设计问题探讨[J].中华建设,2018(8):102-103.

[4]曾国安.高层建筑消防给排水设计研究[J].城市建设理论研究:电子版,2018(7):149.

[5]李鹏飞.超高层建筑给排水系统设计的思考———以贵阳某大型综合体给排水设计为例[J].江西建材,2016(21):31,34.

作者:孙基凤 许杰 单位:中机国际工程设计研究院有限责任公司

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