优秀毕业论文哈尔滨龙悦大厦建筑给水排水工程设计.docx
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优秀毕业论文哈尔滨龙悦大厦建筑给水排水工程设计
哈尔滨龙悦大厦建筑给水排水工程设计
市政环境工程学院：
莫延明指导教师：
高金良
摘要：
本设计的题目是“哈尔滨龙悦大厦建筑给水排水工程设计”。
该设计任务是完成哈尔滨龙悦大厦建筑给水排水工程设计问题，内容主要包括以下五个部分：
1.室内给水系统设计；2.室内消防系统设计；3.室内热水系统设计；4.室内排水系统设计；5.室外消防系统设计。
本设计主要依据《建筑给水排水设计规范》、《建筑给水排水设计手册》，并参照了《建筑给水排水工程》、《高层建筑给水排水工程》等书本进行的，在大量专业计算的基础上撰写了设计说明书，并绘制了相关的设计图纸。
同时在设计当中，还参考了一些国内高层建筑的设计实例，为本设计提供了一些设计经验和部分常用的基本参数。
关键词：
建筑给水排水工程；给水系统；排水系统；消防系统
Abstract：
Thisdesign’stopicis‘WaterSupplyandDrainageDesignofHarbinLongyuemansion’.ThedutyofthedesignistosolvethewatersupplyanddrainageproblemofHarbinLongyuemansion.Itincludefivepartsfollowed:
1.Indoorwatersupplyengineering;2.Indoorfireprotectionengineering;3.Indoorhot-watersupplyengineering;4.Indoordrainageengineering;5.Outdoorfireprotectionengineering;Thisdesignmainlyon‘CriterionOfArchitectureWater-SupplyingAndDrainageDesign’,‘ReferencebookofWaterSupplyandDrainage’,andIalsolookedinto‘WaterSupplyandDrainageEngineering’,‘High-riseBuildingWaterSupplyandDrainageEngineering’.Basedonthegeneralitycalcnlation,Iwrotethedescriptionofthedesignanddrewsomeblueprints.DuringthecourseofthedesignIlookedintosomeinternalhigh-risebuildingexamples,thisofferingmerealobjectreferencesandsomeparametersforthedesign.
Keywords：
architecturewater-supplyinganddrainagedesignwatersupplysystemdrainagesystem
1绪论
1.1建筑概况
龙悦大厦位于哈尔滨市，本建筑以高级住宅为主，下层主要是购物商场，属于综合性建筑。
本大厦结构与基础类型为框架剪力钢砼，高72.3米。
其中地下1层，层高为4.5米，地上共22层，总高度为72.3米。
其中地上一层和二层为裙房，每层层高为4.2米，三层至二十二层为住宅，每层层高3.15米。
该建筑防火等级分类为一类。
地下一层设有配电间，泵房，发电机房，掩蔽室和库房等。
地上一和二层主要为购物商场，每层均设有公共卫生间，三层到二十二层部分为住宅，顶层设备层有电梯机房、消防水箱间、消火栓系统和喷淋系统加压设备。
1.2设计原始资料
1.2.1图纸资料
1.建筑所在街区总平面图1：
100
2.地下一层平面图1：
100
3.地上一层平面图1：
100
4.地上二层平面图1：
100
5.地上三层到七层平面图1：
100
6.地上八层到二十层平面图1：
100
7.地上二十一层平面图1：
100
8.地上二十二层平面图1：
100
9.顶层平面图1：
100
1.2.2文字资料
1.城市给水管径200mm，管底埋深-2.50m，城市可靠供水压力190kpa；
2.城市排水管网直径300mm，管底埋深-2.80m；
3.城市冰冻线深度-1.80m；
4.地下水埋深-9m；
5.蒸汽压力400kpa（绝对压力）。
2设计方案拟定
2.1给水系统
室内给水系统地给水方式和供水方案，根据建筑的高度，室外管网所提供的水压和工作状况各种卫生器具所需的压力及用水点的分布情况加以选择，最终取决于室内给水系统所需的总水压和室外管网所能提供的资用水头的关系。
1.给水系统的竖向分区
本建筑由地下一层到顶层总高度76.8m,应考虑如果分区过小将增加给水设备，管道及相应的土建投资和维修管理费用，造成经济浪费，如果分区过大会导致当配水龙头开启时，水压过大，下部用水点造成喷溅以及阀门关闭时容易产生水锤，不但会引起噪音，影响室内安静还会损坏管道及附件，造成漏水，同时龙头、阀门等给水配件容易受到磨损，缩短使用寿命，增加维修工作量。
参考我国已建成的高层建筑中，给水系统的最大静水压力数值，大都在35—45m水柱左右。
结合我国目前水暖产品的情况，一般最底卫生器具给水配件的静水压力值控制在以下范围内：
住宅、旅馆、医院等居住性建筑一般为300—350KPa；其他建筑一般为350—450KPa。
考虑到市政管网压力可以满足裙房区的要求，因此利用市政管网压力向裙房区供水。
鉴于此生活给水系统分四区：
裙房区：
1层和2层；
低区：
3层—7层；
中区：
8层—15层；
高区：
16层—22层。
2.供水方式的拟定
从供水方式和供水设备上来看，给水系统有三种基本方式：
高位水箱给水方式、气压罐给水系统和无水箱给水系统。
方案比较可以从设备的功率，水箱设备费用，占地面积，动力费用，管理方便和可靠程度等几个方面来比较。
由于龙悦大厦为商住楼，生活住宅日用水量变化较大，用变频调速水泵供水从长远方面考虑可最大限度减少能耗而且供水水质和水量都有安全和保证。
3.管网布置方式的确定
高层建筑给水管网布置和管网敷设的最基本原则是优质迅速，安全供水。
综合各种形式的优缺点以及其适用的系统类型，本设计低区、中区和高区均布置成下行上给式。
2.2消防系统
根据规范，高度为10层及10层以上的建筑和高度24米以上的其他民用和工业建筑，称为高层建筑，消火栓静水压力不应大于80mH2O。
本设计建筑高度72.3米，超过50米，属于一类高层建筑，按一类建筑防火要求设计，同时建筑下部的消火栓由于压力过高而必须设减压孔板，因而采用分区给水消防系统。
防火等级为一级。
本大厦消防系统包括：
室内、室外消火栓给水系统、自动喷淋灭火系统。
消火栓给水系统和自动喷淋灭火系统系统单独设置，自成体系，由专门水泵抽水供给。
室内消火栓系统灭火时间为3小时，流量为40L/s；自动喷淋灭火系统灭火时间为1小时，流量为20L/s；室外消火栓系统灭火时间为3小时，流量为30L/s。
2.1.1室内消火栓系统
1.室内消火栓给水系统设计方案拟定
依据建筑给水排水设计规范和本设计建筑高度，将消防系统分为两个区：
低区为地下一层到十一层，高区为十二层到二十二层。
两个消防分区共用水泵，水泵扬程按满足高区最不利消化栓出水压力计，高、低区之间设有减压阀，以保证低区消火栓口压力不至过大，影响其正常使用。
前十分钟消防水量全部来自高位水箱，同时设气压罐和稳压泵，以满足高区最不利消火栓出水压力要求。
方案分析：
依据本建筑性质和规模，按照规定，在同一时间内只可能一处着火，故没必要分设高区、低区消防泵，设置减压阀即可，而且这样设计可以减少泵的数量，维护管理方便，节约投资，充分利用了水箱的高度。
由于水箱设置高度的限制，前十分钟水量无法满足高区最不利消火栓的出水压力要求，故必须设置增压设备，将加压设备设于顶层，可减少加压设备所需压力，并且具有占地面积小、能耗低、投资省、运行可靠等优点。
2.室内消火栓给水系统的布置
（1）根据《高层民用建筑防火设计规范》规定，室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置。
室内消防给水管道应布置成环状，并有两根引入管，以确保供水的可靠性。
据此，本设计使各消防立管上下成环，中间设联络管，增压泵单独设置。
（2）消火栓的位置，应分散设在各楼层走道、楼梯、大厅出入口附近等明显易于取用的地方，消火栓栓口装设距地面1.1米；栓口出水方向宜向下或与设置消火栓的墙面垂直。
以便于操作，而且水头损失小消防电梯前应设置室内消火栓，建筑物的顶部或屋顶设置检查用消火栓。
（3）水枪口径采用φ19mm水枪，φ65mm麻制水龙带，长度25m，同时配置消防卷盘，消防卷盘是装在消防竖管上带小水枪及消防胶管卷盘的灭火设备。
当发生火灾时，消防队员未到达前，由非专职消防人员用水枪灭火，以防止火灾蔓延。
消防箱内有手动报警器，击碎玻璃后，有声光信号报警至消防控制中心，并启动该区消防水泵。
（4）减压设备：
消火栓口压力大于50m水柱时，在消火栓支管处设置减压设备，本设计采用减压孔板，以降低动压力。
2.1.2室外消火栓系统
室外消火栓给水系统围绕大厦环形布置,因市政给水管网压力充足,由市政给水管网供水。
消火栓的布置，根据规定，消火栓位置距路边不宜大于2米，距建筑物外墙不宜小于5米，但不宜大于40米。
水泵接合器距建筑物外墙不宜小于5米，其15米到40米范围内应设室外消火栓，以便配合使用。
流量按一类建筑要求为30L/s,供水时间为3小时。
每个室外消火栓用水量按10—15L/s计算。
2.1.3自动喷淋灭火系统
1.自动喷水灭火系统的设计方案拟定
由《自动喷淋灭火系统设计规范》可知，该建筑属于中危险级，常年温度不低于4℃且不高于70℃，并结合适用条件和工程实际，故采用湿式喷水灭火系统。
2.自动喷水灭火系统的布置
根据有关规定本设计要求消防用水量为20L/s，设计喷水强度6.0L/（min*㎡）,作用面积160㎡，喷头压力为100kpa。
喷头采用吊顶型，喷头布置尽量横竖成行，均匀布置。
自动喷水灭火系统和消火栓系统共用高位水箱。
每一层喷淋系统基本上按建筑防火分区布置。
喷淋管系各自独立，原则上不跨越防火分区。
在立管和横管相接处设置水流指示器，立管与环管相接处设置报警阀。
当建筑内发生火灾时喷头动作，湿式报警阀系统由水力铃报警，同时水流指示器动作，报警信号传到消防控制中心，启动喷淋消防泵。
2.3热水系统
2.3.1热水供应系统方案的确定
本设计建筑物热水用水点为普通住宅，结构紧凑，采用集中热水供应系统，并采用机械全循环方式。
同时为满足高层建筑对热水供应系统的技术要求,在系统设计上,热水供应系统也进行分区,而且分区和给水系统一致，以使两个系统的任一用水点的冷热水压力平衡，热水只供应高区、中区和低区的普通住宅的用水，商场和地下室不设热水系统。
管道布置为各区上行下给式，主供水立管走管道井。
各区热水循环管网自成独立系统，采用机械循环，其加热设备集中置于地下一层加热设备间。
加热器选用容积式加热器，热媒为蒸汽。
2.3.2热水供应系统管道布置
上行下给的热水管网，为便于排气和泄水，热水横管均应有与水流相反的坡度，其值一般为大于或等于0.003，并在管网的最低处设泄水阀门，以便检修时泄空管网存水。
回水采用循环水泵进行循环。
热水管网与冷水管平行，热水系统中的换热设备、管道、管配件等均应保温，以减少热损失。
2.4排水系统
本设计建筑为商住楼，上层部分为普通住宅，裙房部分主要为商场，排水主要为卫生间和厨房。
从生活废水比重较大、尽量减少化粪池容积和配合以后有可能中水回用等因素考虑，本设计采用分流制，且在满足设计要求的前提下，通气方式为仅采用伸顶通气。
2.5雨水系统
结合本设计建筑的实际情况，拟定雨水排水系统为二十二、二十一层顶面积较小直接采用散水排水，将雨水排到二十层顶，二十层顶设雨水斗和天沟，采用内排水系统，雨水立管位于管道井内，到地下一层出户。
二层顶设雨水斗，采用外排水系统，水排至地面后进雨水口。
3设计计算
3.1给水系统
3.1.1用水标准、时变化系数确定和用水量计算
表3-1建筑用水量标准
序号
用水类别
用水量标准
使用时间
时变化系数
1
住宅
220L/人·d
24
2.5
3
商场
7L/㎡·d
12
1.3
用水人数计算标准：
普通住宅每套按4人计。
用水量计算公式：
Qd=m×qd（3-1）
式中Qd:
最高日用水量（L/d）
m:
用水单位数
qd:
单位用水定额（L/人·d等）
Qh=Kh·Qd/T（3-2）
式中Qh:
最大时用水量（m3/h）
Kh:
时变化系数
T:
每日用水时间（h）
✧高区最高日用水量：
Qd1=43.12m3/d高区最大时用水量：
Qh1=4.49m3/h
✧中区最高日用水量：
Qd2=49.28m3/d中区最大时用水量：
Qh2=5.13m3/h
✧低区最高日用水量：
Qd3=26.4m3/d低区最大时用水量:
Qh3=2.75m3/h
✧裙房区最高日用水量：
Qd４=11.48m3/d裙房区最大时用水量:
Qh４=1.24m3/h
未预见水量按总用水量的10%计，则本建筑的最高日总用水量为：
Q=143.3m3/d
3.1.2储水池容积计算
生活水池和消防水池分开建造，生活水池位于地上一层，消防水池位于地下。
在本设计中由于缺乏资料，生活贮水池有效容积按高区、中区和低区最高日用水量的25%。
Vy=143.3×25%=35.85m3
设计尺寸为:
L×B×H=4000mm×3500mm×3000mm。
其中水面上超高为300mm，所以有效容积为V=4.0×3.5×2.7=37.8m3﹥35.85m3，满足要求。
3.1.3管道水力计算
1.设计计算公式的采用
（1）概率法计算设计秒流量
根据《建筑给水排水设计规范》，设计秒流量计算公式为：
最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：
（3-3）
U0：
生活给水配水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（%）；
q0：
最高用水日的用水定额（L/cap.d）；
m：
用水人数（人）；
Kh：
变化系数；
Ng：
设置的卫生器具给水当量数；
T:
用水小时数（h）。
根据计算管段上的卫生器具的给水当量总数，得出该管段的卫生器具给水当量的同时出流概率：
（3-4）
U：
计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率（％）；
ac：
对应于不同U0的系数，查表得；
Ng：
计算管段得卫生器具给水当量总数。
根据算得的U，得出计算管段的设计秒流量：
（3-5）
qg：
计算管段的设计秒流量（L/s）。
表3-2卫生器具给水额定流量、当量、支管管径和流出水头
序号
卫生器具名称
额定流量（l/s）
当量
支管管径（mm）
流出水头（m）
1
厨房洗涤盆水龙头
0.14
0.75
15
1.5
2
洗脸盆
0.16
0.75
15
1.5
3
浴盆
0.20
1.0
15
1.5
4
大便器
0.10
0.5
15
2.0
（2）各管段的水头损失
管网水力计算的目的是求定各管段设计秒流量后，正确求定各管段的管径、水头损失，决定室内给水所需的水压，进而将给水方式确定下来，而且通过设计秒流量计算出管路的水头损失，用于选择给水泵和复核高位水箱的高度是否满足要求。
沿程水头损失沿程水头损失的计算公式：
hy=iL（3-6）
一般情况下，室内给水管道中局部阻力损失不进行计算，而是按沿程损失的百分数取：
生活给水管网的局部水头损失为25%—30%。
1.裙房区生活给水系统经水力计算可得裙房区生活给水系统所需压力
H=H1+H2+H3+H4=15.45m<19m
因此市政管网压力满足1到2层的供水要求。
2.低区生活给水系统的计算
据供水管网设计秒流量确定变频泵的流量Q=2.02L/s，静水压力Hy=21+1=22m
由水力计算表可知,供水到最不利点沿程水头损失为1.93m
局部损失取沿程损失的25%,所以总水头损失为:
Hl=1.93×1.25=2.375m
最不利配水点流出水头Hc=5m
分户水表选用LXS-15C型旋翼湿式水表，其公称流量为1.5m3/h，最大流量为3m3/h，水头损失为H3=（0.41×3.6）2/0.09=24.21kPa=2.4m
吸水管选DN=100㎜V=0.95m/si=0.183kPa/m,吸水管长1m，故吸水管沿程水头损失为：
hl1=0.183×1=0.183kPa=0.018m
计算水泵扬程:
Hb>Hy+Hl+H3+H3+hl1=22+2.375+5+2.4+0.018=31.79m
根据Hb>31.79m选定40MSL×4-2.2型多级离心泵,其参数:
Q=2.33L/s，H=34.8m；配套电机N=2.2kW。
水泵一用一备,水泵的变频由电子器件自动控制，控制柜的设计由其它专业完成。
3.中区、高区生活给水系统的计算同低区
略。
3.2热水系统
3.2.1热水标准及耗热量计算
1.热水的最低供应温度：
本建筑设计热水不低于57°C；
2.热水的最高供应温度：
本建筑设计加热器出水不低于65°C；
3.冷水计算温度：
哈尔滨的冷水水温取4°C。
本设计中热水供应住宅区的卫生间和厨房，分三个区，分区方式与给水系统大致相同。
各区系统有各自的加热设备，需分别计算，加热设备统一设于地下一层的加热设备间，属集中式加热。
1.高区热水第一系统计算
（1）计算热水用水量
Qr=Khqrm/T=4.13×80×196/24=2698L/h
（2）耗热量计算
Q=Khqrm/T×（tr-tL）·c=2698×（65-4）×4.19=689581.82KJ/h
（3）热媒耗量计算
Gms=1.1×Q/rh=355.288KJ/h
（4）热水换热设备的计算
①热媒与被加热水的计算温度差
△tj=（tmc+tmz）/2－（tc+tz）/2=109.1（°C）
②容积式换热器传热面积F的计算
F=CrQ/εK△tj=3.3㎡
③换热设备容积计算
设计选择有导流装置的容积式水加热器，其储热量按不小于30min设计小时耗热量定。
因此，高区有导流装置的容积式水加热器最小储水容积：
V=0.5×Qr=0.5×2698=1.35m3
④选择水加热器
根据加热器容量和换热面积，选择加热器为卧式双盘管容积式水加热器，F=3.3㎡,V=1.35m3。
2.中区、低区热水第一系统计算同高区
略。
3.2.2热水配水管网计算
1.高区的最不利热水用水点到水加热器的沿程水头损失为：
2.43m
局部水头损失为沿程水头损失的30%则总水头损失为2.43×1.3=3.16m
最高用水点至水加热器的高差为71.4+4.2+1.0=76.6m
最不利点的出水水头本设计中H4=15kp=1.5m
水表的水头损失计算HB=QB2/KB=2.44m
所有的水头损失为76.6+2.43+3.16+2.44+1.5=86.13m
高区给水泵的扬程为86.13m,因此高区变频调速泵扬程调整为86.13m。
2.中区、低区热水计算同高区
略。
3.2.3热水循环管网计算
1.高区热水循环管网水力计算
配水管网中各管段的热损失qs=πDLK（1-η）【（tc+tz）/2-tj】（3-7）
管段循环流量qx=qs/（CB△T）（3-8）
循环流量通过下式计算：
qn＋1=qnΣqs（n＋1）÷【Σqs（n＋1）-qsn】（3-9）
温降和终点水温t1=t0+M0~1△T/ΣM（3-10）
设计水加热器出口水温t1=65℃，最不利用户配水点水温t1=57℃故△T=t1–t2=8℃
依据以上各公式进行高低热水管网热损失计算。
高区总循环流量：
qx=∑W/（CB△T）=0.86L/s。
局部水头损失按沿程水头损失的30%计，Hp=（1+30%）×1530.5=1989.7Pa
回水管水头损失：
Hx=（1+30%）×3509.2=4562.0Pa
循环附加流量取最大小时热水用量的15%，
循环水泵流量和扬程
流量：
Qb=0.86×3600+2329.74=5425.74L/h
扬程：
Hb=10672.54Pa=10.67Kpa
根据扬程、流量选泵。
选择IS50-32-125型离心泵，最大流量Q=6.3L/s，最大扬程H=5m，转速n=1450r/min，轴功率0.16kw，电机功率0.55kw。
2.中区、低区热水计算同高区
略。
3.3消防系统
3.3.1消防水池和水箱容积确定
本设计室内、外消火栓，喷淋系统用水量都取自消防水池，总的消防水量为：
Vx=qxhTx/1000=（40×3×3600+30×3×3600+20×1×3600）÷1000=828m3
消防水池进水管DN=100mm，取流速约为1.06m/s，则火灾延续时间内连续补充水量为：
29.95×3×2=180m3。
故消防水池容积V=828-180=648m3〉500m3
按规定消防水池应分设成两个，则每个池子有效容积为325m3。
每个消防水池尺寸：
L×B×H=9500mm×7000mm×5000mm
消防水箱储水量按储存10分钟的室内消防用水量计算：
Vx=qxhTx60/1000（3-11）
根据《高规》7.4.7.1条规定：
高位消防水箱的消防储水量，一类建筑不应小于18m3。
经计算水箱消防储水量超过18m3，仍可采用18m3。
因此本设计采用Vx=18m3。
水箱尺寸：
L×B×H=3000㎜×3000㎜×2300㎜。
3.3.2室内消火栓系统
1.消火栓的选择
高层建筑每股消防水量不应小于5L/s，选用消火栓栓口直径为65mm,水龙带长25m,水龙带直径为65mm,水枪喷嘴直径为19mm.充实水柱为13mH2O。
2.消火栓的布置
Rf=0.8×水龙带长+0.7×充实水柱
=0.8×25＋0.7×10=27m
消火栓箱嵌于墙体内，箱内外侧与墙面齐平，并于箱门上喷上消火栓等字样。
所有消火栓都为单出口消火栓。
3.消火栓及管网的设计
底层消火栓所承受的静水压力比较大，因此该消火栓系统分为两个区，地下一层到十一层为低区，十二层到二十二层为高区。
两个区共用消防泵，消防泵扬程按高区要求设置，在接入低区管网的管路上设置减压阀，使低区消火栓系统能正常工作，减压阀型号为YJ425，调压范围为0.1～1.6MPa。
消火栓栓口所需压力计算公式：
Hxh=Hq+Hd=18.61+3.13=21.74m
依据消防管道流速小于2.5m/s，以及消防水量46.14L/s，8支水枪同时作用，按40l/s确定，故选用的管径DN=150mm，v=1.47m/s，1000i=16.9mm
消防立管的计算流量为17.44L/s，据此确定消防立管管径DN=100mm，v=
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