超高层建筑给排水设计中几个问题的思考

胡永红

近年来，我国超高层建筑发展欣欣向荣，但随之而来的关于超高层建筑给排水设计的诸多问题有待解决，笔者在此结合个人工作经验，对超高层建筑给排水设计的系统竖向分区、转输水箱、减压措施、管材等几个方面进行分析探讨，并提出相应解决措施。

关键词：超高层；建筑给排水；分区；转输；减压

1. 前言

我国自上世纪80年代以来至今，业已建成多座世界级高楼。作为衡量技术实力和综合能力的象征，超高层建筑也是设计单位和设计师不断追求突破的动力。因此我们设计人员必须重视超高层建筑给排水设计中的安全、可靠及经济性等等诸多问题，并不断探索创新，力争做到最好。

2. 系统竖向分区

由于超高层建筑的高度太高，在设计给水系统时，首要考虑的便是竖向分区问题。若不分区，由于建筑底层的配水点受到过大压力会造成很多问题：如开启水龙头时，易发生水流喷溅并有水锤产生，易使给水道管及配件受损并伴有噪声等等。还有需合理选择分区压力值，过高仍会有以上问题出现；过低则会增加分区数量，增大了给水设备及管道的工程造价和维修管理工作的难度等等。因此，必须根据规定要求对超高层建筑给水系统进行合理地竖向分区。需严格遵守《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003中给出的建筑物内生活给水系统的竖向分区原则，并考虑以下几点：首先要在室内生活给水系统进行不同性质的用水区域的划分，分别进行给水加压系统的设置。超高层建筑功能不一，要根据不同功能的用水区域，设置独立的给水系统。并对其给水系统的供水方式进行确定。供水方式的原则性规定是 “建筑高度超过100m 的建筑，宜采用垂直串联供水方式。”，但对不同功能或多功能组合的超高层建筑要结合实际情况进行分析，确保最终选择最为合理的供水方式或组合供水方式。而消火栓系统和自动喷淋系统的分区除了要达到所规定静压要求之外，通常还应以设备层或避难层为界进行分区，因为大多转设备房和输水箱都设置在设备层或避难层，所以在设备层或避难层敷设消火栓和自动喷淋的横干管，防止了某一标准层敷设管线过多。消火栓或自动喷淋系统的分区通常采用水泵、减压阀或减压水箱来进行。直接用水泵来分区指的是每个分区有各自专用的消防泵，即并联系统。考虑到经济因素，如今很少采用这种方法。随着产品质量不断提升和产品功能的日益创新，减压阀在系统分区中，减压阀的作用愈加重要。若压力小于2.4Mpa 则竖向分区可以选择减压阀来进行。

3. 转输水箱

超高层建筑大多采用的是垂直串联供水方式，因此必须在中间避难层或设备层进行传输水箱的设置。设计转输水箱设计时要确定以下几点：

1）、水箱容积：转输水箱兼备低位贮水箱和高位供水箱的特点，但计算水箱容积时却存在着区别：（1）消防中间转输水箱容积：根据规定采取水泵转输串联时，中间转输水箱不但起着上区输水泵的吸水池作用还起着本区消防给水屋顶水箱的作用，其储水容积按15～30min 的消防设计水量经计算确定，且不小于60m3。（2）生活转输水箱容积：当采取串联供水，水箱不但供本区用水，也供上区提升泵抽水用时：水箱容为水箱服务区域内最大小时用水量的50%+（3～5min）上区提升泵的流量；若为中途转输专用时，水箱调节容积宜取5～10min 转输水泵的流量。要使水泵每小时启功不大于6 次，并起泵水位需高于最低水位0.2m 以上，则转输水箱容易宜>10min 转输泵流量。对于转输泵流量：本区提升泵流量为本区所负担供水对象的最大小时用水量，转输泵流量与上区提升泵流量相同。

2）、水箱液位：生活转输水箱的液位一般有以下几种：（1）低位报警水位；（2）起泵水位：根据水泵一小时启动不大于6 次和宜高于最低水位不少于0.2m 来进行确定；（3）停泵水位：也即设计水位；（4）溢流报警水位：高出设计水位0.05m；（5）溢流水位：高出溢流报警水位0.05m。消防水箱液位一般有低位报警水位、设计水位（最高水位）、溢流报警水位和溢流水位。

3）水箱进水控制阀：生活转输水箱一般采取电动阀和液位来控制；消防转输水箱由消防转输泵供水，转输管上阀常开，有火灾时和被转输区消防泵联动启动，平时由所在区生活变频给水补水，可采取遥控浮球阀。当一组水泵供多个水箱进水时，宜在进水管进行电讯号控制阀的设置，由水位监控设备来实现自动控制。

4. 减压措施

超高层建筑的室内给排水系统有诸多不稳定因素，为避免发生意外和检修需要，系统应配有相应的减压稳压组件和技术措施。给水系统上的防超压措施主要包括减压阀、泄压阀、安全阀、减压稳压消火栓、减压孔板及节流管等。给水系统的分区通常采用减压阀来进行，分为可调式和比例式。对生活给水系统而言，可调式减压阀的阀前阀后压力差应小于0.4Mpa，而环境安静的场所要求小于0.3Mpa。所需较大减压值的通常可选取比例式减压阀和可调式减压阀先后串联，即用比例式减压阀以一定比例减压后，再用可调式减压阀减至所需阀后压力。一个给水分区内有可能存在超压的管段也可借由可调式减压阀将过剩压力减去。管径大于DN50的管段通常采取先导式可调减压阀，小于等于DN50的管段常采取直接式可调减压阀。消防给水系统分区也常采用减压阀，但其区别与生活给水系统的地方在于消防给水系统减压阀要求成组设置，即设置备用。生活给水系统上的减压阀既是否成组设置都无碍。当不设备用减压阀时，需保证减压阀失效时管道的压力不会大于卫生器具的最大可承受压力。消火栓给水系统一般在超压管上采取减压稳压消火栓。安全阀及泄压阀大多用于如水泵出口减压阀组附近等系统压力最大的地方，超高层建筑的水泵接合器需进行安全阀的安装。减压孔板和节流管能够减压限流，通常在管网末端减压与自喷系统水流指示器前处使用，鉴于其会影响到流量，因此较少在配水管上使用。

5. 管材

超高层建筑中给水管的工作压力若大于1.0Mpa 则应选用强度较高的金属管，而非塑料管。强度够高的金属管包含厚壁镀锌钢管、不锈钢管、无缝钢管等。用于生活系统上的管材考虑到卫生问题，可选择涂塑钢管等。在连接管材时可选择法兰、沟槽等方都能达到或超过管材本身的抗压强度，在高压管道連接中应优先考虑。螺纹连接通常用于DN100 以下的较小管道，其承压能力较上述两者略小。作为整个管道系统的薄弱点，塑料管热熔连接点应避免在高压管道系统中使用。超高层建筑水平晃动相对较大，普通的排水铸铁管会被影响而使承口发生开裂，因此要选取具有接口可曲挠、抗震、快速施工等特点的承插式柔性抗接口的排水管。其柔性接口在径、轴向震动、轴向拔出和角向位移时表现出良好的水密性。考虑到超高层雨水下落时的冲击力，选择承压金属管作为雨水管材。虹吸雨水排水管通常选取HDPE 管。PVC-U 排水管由于其本身强度稍差，尤其是以成品胶粘接的常易脱落，所以较少使用。

6. 结语：

在进行超高层建筑的给排水设计时，应结合其自身最大特点——高度来考虑包括建筑高度、功能、材料及设备、安全可靠性、节能性、施工的可能性、可维护性等在内的各类问题。不断实践探索，总结经验，力争设计出最为安全可靠、经济节能的超高层建筑。

参考文献：

[1] 王增长主编，《建筑给水排水工程》（第5 版）

[2] GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》，2005 年版

[3] GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》，2009 年版

[4] 中国建筑标准设计研究院《全国民用建筑工程设计技术措施——给水排水，2009》__