建筑消防课程设计.doc

《建筑消防技术》课程设计

摘要
本次设计为长春市服装加工厂建筑消防工程设计及计算。工程地点为吉林省长春市。工程概况：占地面积约为1250m2。有地下室，地上部分共有5层，层高为4.2m，建筑高度为21m。室内外高差为0.45m.地下室内有水泵房。该建筑防火等级属于中危险级Ⅰ级，设计内容包括消火栓系统，自动喷洒系统。
室内消火栓系统由水枪、水龙带、消火栓、消防管道等组成。在火灾发生时能及时有效的灭火。本设计中消火栓给水管网呈环状布置，各消火栓箱内设消防水泵启动电钮，能直接启动消防泵。室外设地下式水泵结合器，保证消防安全可靠。并进行消火栓系统的水力计算及水泵的选型。
自动喷水灭火系统，是在火灾发生的情况下，能自动开启喷头喷水灭火，以保障人身和财产安全的一种灭火系统。本设计中每层楼设闭式自动喷水系统。自动喷水灭火系统的管道成枝状管网布置。自动喷水灭火系统由水源、加压贮水设备、喷头、管网、报警装置等组成。并进行自动喷水系统的水力计算及水泵的选型。

关键词：建筑消防 消火栓 自动喷水 设计

目录
第一章 工程概况 3
第二章 消火栓系统设计 4
2.1 消火栓系统方案设计 4
2.1.1 消火栓的选用 4
2.1.2 管材的选择 4
2.1.3 消火栓系统的布置 4
2.1.4 消火栓的保护半径 4
2.2 消火栓系统水力计算及水泵选用 5
2.2.1 水力计算 5
2.2.2 水泵选用 7
2.3 消火栓系统水泵接合器选用 8
第三章 自动喷水灭火系统设计 9
3.1 自动喷水灭火系统的选择 9
3.2 管道的布置 9
3.3 喷头的选择与布置 9
3.4 自动喷水灭火系统的水利计算及水泵的选用 10
3.4.1 水力计算 10
3.4.2 水泵的选用 13
3.3 自动喷水灭火系统水泵接合器选用 13
第四章 消防水箱、稳压泵的设计 14
4.1 消防水池水量计算 14
4.2 消防水箱的选择 14
4.3 消火栓系统稳压泵的计算 14
4.3 自动喷水灭火系统稳压泵的计算 15
4.4 消火栓系统及自动喷水灭火系统气压水罐计算 15
参考文献 16

第一章 工程概况
本次设计为长春市服装加工厂建筑消防工程设计及计算。工程地点为吉林省长春市。夏季最高温度为38℃，冬季冻土厚度为1.7m。本工程占地面积约为1250m2。有地下室，地上部分共有5层，层高为4.2m，建筑高度为21m，室内外高差为0.45m。地下室内有水泵房。该建筑防火等级属于中危险级Ⅰ级，设计内容包括消火栓系统，自动喷洒系统。
城市给水管网管径为200 mm，管顶埋深-1.800 m，城市可靠供水压力50Kpa。电源、城市可提供一路独立电源。
室内消火栓给水系统一般由水源、室内消火栓给水管网、室内消火栓、系统附件、屋顶水箱及稳压设备组成。
自动喷水灭火系统是指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置等组件以及管道、供水设施组成的自动灭火系统。自动喷水灭火系统是一种在火灾发生时，能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火灾信号的消防灭火设施，系统在火灾发生后能通过各种方式自动启动，并能同时通过加压设备将水送入管网维持喷头洒水灭火一定时间。

第二章 消火栓系统设计
2.1 消火栓系统方案设计
2.1.1 消火栓的选用
消火栓系统由消火栓给水泵、消火栓、消防管道、水泵接合器组成。
室内消火栓给水管网布置为环状，与临时高压给水系统相连。当其中一条进水管发生故障时，另一条仍能供给系统所需用水量。该厂房火灾危险性为丙类，且体积大于5000m3。根据《消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014》，室内消火栓消防用水量为20L/s，每根竖管最小流量为15L/s，同时使用消防水枪数为4支。
室内消火栓水枪的充实水柱不应小于10m，取10m。消火栓口径应为65m，水枪口径应为19m。消防水龙带长度为25m，为衬胶水带，直径65 mm，长25 m。室内消火栓应设在明显易于取用的地点，栓口离地面高度宜为1.1m，其出水方向宜与设置消火栓的墙面相垂直。
2.1.2 管材的选择
消火栓管道安装要求与生活给水管基本相同，管材采用热镀锌钢管。连接方式为沟槽连接。消火栓立管管径为DN125mm，消火栓口径为DN65 mm。
2.1.3 消火栓系统的布置
室内消火栓给水管网布置为环状，与临时高压给水系统相连。每层设4套消火栓，地下一层设1套消火栓，顶层水箱间设1套试验用消火栓。底层换装管网与水泵接合器和给水泵相连，顶层换装管网与水箱相连。
2.1.4 消火栓的保护半径
消火栓保护半径按下式计算：
R=0.8L+Skcos45°=0.8×25+10×cos45°=27m
式中 L——水带长度，m，应乘以折减系数0.8，水带长度为25m；
Sk——水枪充实水柱长度，m，为10m。
在消火栓平面布置时，结合建筑平面图，建筑防火分区，分别以27m为消火栓保护半径，室内消火栓应设在明显易于取用的地点。
2.2 消火栓系统水力计算及水泵选用
2.2.1 水力计算
(1)水带阻力损失
本设计中，19mm的水枪配65mm的水带，衬胶水带阻力较小，室内消火栓水带多为衬胶的。本设计中亦选择衬胶水带。
水带水头损失为：
Hd=AdLdqxh2=0.00172×25×4.62=0.91mH2O
式中 ——消防水带阻力损失，mH2O
——水带阻力系数，查表得=0.00172
——水带有效长度，m
——水枪喷嘴出流量, L/s，查表得=4.6 L/s
(2)消火栓口所需水压
Hxh=Hd+Hq+Hsk=0.91+13.5+2=16.41mH2O
式中 ——消火栓口的水压，mH2O；
——水枪喷嘴处水压，mH2O，查表得=13.5 mH2O
——水带的水头损失，mH2O；
——消火栓栓口水头损失，mH2O，宜取2mH2O
(3)消火栓系统水力计算
消火栓水力计算管段划分如下图2-1所示。
1~2管段：
沿程水头损失：
h1=iL
i=0.0000107v2dj-1.3
式中 h1——沿程水头损失，MPa；
i——管道单位长度的水头损失，MPa/m；
L——管道长度，m，1~2段为4.2m；
dj——管道的计算内径，m，取值应按管内径减1mm确定，该段为124mm；
v——管内水的平均流速，m/s，该段为0.41m/s。
i=0.0000107v2dj-1.3
=0.0000107×0.412×0.124-1.3
=0.000028MPa/m
h1=iL=0.000028×4.2=0.00011633MPa=0.011633mH2O
局部水头损失：
局部水头损失为沿程水头损失的20%。
h2=20%×h1=20%×0.011633=0.002327mH2O
其余管段计算见下表2-1。
表2-1 消火栓系统水力计算
管段
流量Q/L/s
管长L/m
管径DN/mm
流速v/m/s
i
沿程水头损失h1/m
局部水头损失h2/m
水头损失h/m
1~2
5
4.2
125
0.41
0.000028
0.011633
0.002327
0.013960
2~3
10
4.2
125
0.83
0.000111
0.046533
0.009307
0.055839
3~4
15
7.4
125
1.24
0.000249
0.184469
0.036894
0.221363
4~5
15
20.7
125
1.24
0.000249
0.516015
0.103203
0.619218
5~6
20
77.8
125
1.66
0.000443
3.447856
0.689571
4.137427
6~7
20
9
125
1.66
0.000443
0.398852
0.079770
0.478623
8~9
20
2.7
200
0.64
0.000036
0.009753
0.001951
0.011704
9~10
41.28
10.8
200
1.33
0.000154
0.166198
0.033240
0.199438
合计

4.781310
0.956262
5.737572
消火栓系统总水头损失为：
H=h+Z+p0
=5.74+16.2+16.41=38mH2O
式中 h——管道沿程和局部的水头损失累计值，mH2O；
Z——高差，m,为16.2m；
P0——最不利点出灭火设备的工作压力，mH2O。
图2-1 消火栓系统水力计算分段
2.2.2 水泵选用
水泵的安全系数取1.1。
水泵扬程为：
Hb=1.1×H
=1.1×38=42mH2O
水泵流量为：
Qb=1.1Q=1.1×20=22L/s
式中 Q——自动喷水灭火系统所需水量，L/s，为20L/s。
消防泵的选用见下表2-1.
表2-1 消防水泵的选择
型号
流量L/s
扬程m
转速r/min
轴功率kW
汽蚀余量m
100-65-200A
26
44
2980
16
3.9
2.3 消火栓系统水泵接合器选用
消火栓系统水泵接合器采用地下式水泵接合器。消火栓系统水量为20L/s，故水泵接合器水量选10L/s，型号为SQX-100-A。采用水泵接合器2套。地下管道应采取防腐措施。

第三章 自动喷水灭火系统设计
3.1 自动喷水灭火系统的选择
自动喷水灭火系统特指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置等组件，以及管道、供水设施组成的自动灭火系统。自动喷水灭火系统是一种在发生火灾时，能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火警信号的消防灭火设施，系统在火灾发生后能通过各种方式自动启动，并能同时通过加压设备将水送入管网维持喷头洒水灭火一定时间。
设计中自动喷灭火系统选用标准喷头K=80，水流指示器采用ZSJZ型，信号阀采用AXD71-16型，报警装置采用ZSFZx100型湿式自动喷水报警阀成套安装。喷头安装高度与吊顶平齐，其工作压力0.1MPa。
3.2 管道的布置
自动喷水灭火系统报警阀后的管道布置成枝状管网，以减少管径节约投资，同时方便施工与维修。但每根配水支管或配水管的直径不宜小于25毫米。
管道均采用热镀锌钢管，直径小于等于50mm的管道采用丝接，直径大于50mm的管道采用沟槽连接。报警阀前采用内壁不防腐钢管时，可焊接连接。设置吊架和支架位置以不妨碍喷头喷水为原则，吊架距喷头的距离应大于0.3 m，距末端喷头的距离小于0.7 m。
配水管道的工作压力不大于1.2 MPa，并不设置其它用水设施。配水管入口处压力不大于0.4 MPa
3.3 喷头的选择与布置
本设计选用标准玻璃球喷头，其动作温度为68℃，公称直径为15mm， K=80。
该建筑的火灾危险等级为中危险I级，设计喷水强度为6L/(min·m2),设计作用面积为160 m2，最不利喷头工作压力为10mH2O。
喷头采用正方形布置，间距为3.0m。离墙的距离为1.5m和1.7m。满足AB≤12.5m2，2.4m≤A≤4m，0.6m≤l≤1.8m的要求，且布置均匀。
每个喷头的喷水量为：
q=K10P=80×10×0.1=1.33L/s
式中：——喷头出水流量，L/s；
——喷头工作压力，MPa,取0.1 MPa；
——喷头流量系数，标准喷头K=80。
作用面积内的流量为：
Q=nq=16×1.33=21.28L/s
式中：Q——系统设计流量，L/s；
——喷头出水流量，L/s；
——最不利点处作用面积内的喷头个数，为16个。
3.4 自动喷水灭火系统的水利计算及水泵的选用
3.4.1 水力计算
自动喷水灭火系统的管道分段如图3-1、图3-2所示。
1~2管段：
沿程水头损失：
h1=iL
i=0.0000107v2dj-1.3
式中 h1——沿程水头损失，MPa；
i——管道单位长度的水头损失，MPa/m；
L——管道长度，m，1~2段为3m；
dj——管道的计算内径，m，取值应按管内径减1mm确定，该段为24mm；
v——管内水的平均流速，m/s，该段为2.94m/s。
i=0.0000107v2dj-1.3
=0.0000107×2.942×0.024-1.3
=0.011809MPa/m
h1=iL=0.011809×3=0.035427MPa=3.542823mH2O
局部水头损失：
自动喷水灭火系统局部水头损失为沿程水头损失的30%。
h2=30%×h1=30%×3.542823=1.062847mH2O
表3-1 自动喷水灭火系统水力计算
管段
流量Q/L/s
管长L/m
管径DN/mm
流速v/m/s
i
沿程水头损失h1/m
局部水头损失h2/m
水头损失h/m
1~2
1.33
3
25
2.94
0.011809
3.542823
1.062847
4.605670
2~3
2.66
3
32
3.53
0.012167
3.650161
1.095048
4.745209
3~4
3.99
3
32
5.29
0.027376
8.212862
2.463859
10.676721
4~5
5.32
1.5
40
4.46
0.014415
2.162303
0.648691
2.810994
5~6
9.31
3
80
1.90
0.001047
0.314226
0.094268
0.408493
6~7
18.62
3
125
1.54
0.000384
0.115237
0.034571
0.149807
7~8
21.28
42
150
1.22
0.000190
0.796067
0.238820
1.034887
8~9
21.28
19.5
150
1.22
0.000190
0.369603
0.110881
0.480483
9~10
21.28
3.8
150
1.22
0.000190
0.072025
0.021608
0.093633
10~11
21.28
14.7
125
1.76
0.000502
0.737514
0.221254
0.958768
12~13
21.28
2.1
150
1.22
0.000190
0.039803
0.011941
0.051744
13~14
41.28
8.7
200
1.33
0.000154
0.133882
0.040165
0.174046
合计

20.146505
6.043952
26.190457
其余管段计算见下表3-1。
总阻力为：
H=H1+HZ+h+Hk
=10+18.6+26.19+4+2=61mH2O
式中 H1——最不利点处喷头的工作压力，mH2O，为10 mH2O；
h——管道沿程和局部的水头损失累计值，mH2O；
HZ——高差，m,为18.6m；
Hk——湿式报警阀的压力损失及水流指示器的压力损失，mH2O，湿式报警阀取4 mH2O，水流指示器取2 mH2O。

图3-1 自动喷水灭火系统管段划分

图3-2 自动喷水灭火系统管段划分
3.4.2 水泵的选用
水泵的安全系数取1.1。
水泵的扬程为：
Hb=1.1×H
=1.1×61=67mH2O
水泵流量为:
Qb=1.1Q=1.1×21.28=24L/s
式中 Q——自动喷水灭火系统所需水量，L/s，为21.28L/s。
消防泵的选用见下表3-2。
表3-2 水泵的选择
型号
流量L/s
扬程m
转速r/min
轴功率kW
汽蚀余量m
100-65-250A
26
70
2980
27
3.6
3.3 自动喷水灭火系统水泵接合器选用
自动喷水灭火系统水泵接合器采用地下式水泵接合器。自动喷水灭火系统水量为21.28L/s，故水泵接合器水量选15L/s，型号为SQX-150-A。采用水泵接合器2套。地下管道应采取防腐措施。
第四章 消防水箱、稳压泵的设计
4.1 消防水池水量计算
消火栓的用水量为20 L/s，自动喷水灭火系统作用面积内的喷头数为16，每个喷头的流量为1.33 L/s，自动喷水灭火系统的用水量为21.28L/s。该建筑为丙类厂房，根据《消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014》，消火栓系统需要灭火的时间为3个小时；根据《自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2001》，自动喷水灭火系统需要灭火的时间是1个小时。
消防用水量为：
Q=20×3×3600+21.28×1×36001000=293m3
则消防水池的体积取300，尺寸为10×7.5×4。
4.2 消防水箱的选择
根据《消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014》，多层民用公共建筑水箱有效容积不应小于18m3。选择水箱尺寸为5×3×2 m3，容积为30 m3，满足要求。
4.3 消火栓系统稳压泵的计算
H1≥15-h2=11.4m
且
H1≥h1+h2+10=15.3m
式中 h1——出水管中心线到水箱水面的距离，m，为1.7m；
h2——出水管中心线到最不利点消火栓的距离，m，为3.6m；
故H1取15.3m。
H2=H10.8=15.30.8=19m
水泵的扬程为：
H=H1+H22=15+192=17mH2O
Hb=1.1H=1.1×17=18.7mH2O
根据《消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014》，稳压泵泵的流量宜按消防给水设计流量的1%~3%确定，且不小于1L/s。
Q消=3%×Q=3%×20=0.6L/s
故消火栓稳压泵流量为1L/s。
稳压泵的选用见下表4-1。
表4-1 水泵的选择
型号
流量L/s
扬程m
转速r/min
轴功率kW
汽蚀余量m
50-32J-250
2
20
1480
1.3
2
4.3 自动喷水灭火系统稳压泵的计算
自动喷水灭火系统稳压泵的流量为1L/s，扬程估算为25m，稳压泵的选用见下表4-2。
表4-2 水泵的选择
型号
流量L/s
扬程m
转速r/min
轴功率kW
汽蚀余量m
65-40J-315B
2
24
1480
1.7
2
4.4 消火栓系统及自动喷水灭火系统气压水罐计算
气压水罐的容积为：
V=βV调1-α=1.1×1501-0.75=660L
式中 V调——调节容积，L，取150L；
β——气压罐的容积系数，取1.1；
α——气压罐内最低工作压力和最高工作压力之比，取0.75。
消火栓系统和自动喷水灭火系统均选用容积为800L的气压水罐。

参考文献
[1] 《建筑设计防火规范》GB50016-2014［S］中国计划出版社.
[2] 《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014［S］中国计划出版社.
[3] 《2009全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》［S］中国建筑标准设计研究院.
[4] 王增长.《建筑给水排水》（第六版），中国建筑工业出版社.2010
[5] 《给水排水工程快速设计手册》,中国建筑工业出版社.1998
[6] 《自动喷水灭火设计规范》GB50084-2001，［S］中国计划出版社.2005年版.
[7] 《建筑给排水设计规范》，GB50015-2003. 上海市建设和管理委员会.2003
[8] 《全国通用给水排水标准图集》S1、S2、S3，中国建筑标准设计研究所.2002

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