消火栓计算题

1消火栓计算题某高级酒店，地下一层，地上16层，层高3.1米，建筑总高度为50.7米，总建筑面积为31500平方米。市政外网管径为DN300，有两根引入管，管径为DN100，市政水压力为0.3MPa，假定室外管网可满足室外消防用水量。试计算室内消火栓给水系统。室内消火栓系统图见图1，平面布置见图2。图1消火栓系统图2图2消火栓平面布置图解：1.消火栓间距的确定（1）消火栓充实水柱长度确定消火栓充实水柱按下面三种方法计算：1）根据公式计算inaHSks1-层高（1）式中kS——水枪的充实水柱长度，m；层高H——为保护建筑物的层高，m；——水枪倾角，取450。该酒店层高为3m，代入（1）式计算得，01k45sin11.3S≈3m。2）按规范确定根据《建筑设计防火规范》GB50016—2006（下文简称《低规》）第8.4.3条规定，水枪的充实水柱应经计算确定，甲、乙类厂房、层数超过6层的公共建筑和层数超过4层的厂房（仓库），不应小于10m；故本建筑的充实水柱长度不应小于10m，即0kS≥10m。3）根据水枪出水量确定3①根据规范规定的充实水柱确定采用同种规格的消火栓，充实水柱长度0kS=10m,水枪喷口直径df=19mm,水带长度Ld=25m，采用直径d=65mm衬胶水带。水枪喷嘴处出水压力按下式计算：kfkfqHS1S10（2）式中f——实验系数，与充实水柱长度有关，4)01.0(8019.1KfS；——实验系数，与水枪喷嘴口径有关；kS——水枪充实水柱长度，m；qH——水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力，kPa；查表得f=1.30，=0.0097，代入（2）式中得：58.138.135102.10097.01102.110110kPaSSHKfKfqmH2O水枪出水量按下式计算：qxhBHq(3)式中xhq——水枪射流量，L/s；B——水枪水流特性系数，与水枪喷嘴口径有关，df=19mm时，取1.577；qH——同（2）式，mH2O。将qH=13.58mH2O，B=1.577代入（3）式得：sLBHqqxh/6.48.51377.51规范规定每支水枪最小流量为xq=5L/s，所以当0kS=10m时，水枪出水量不满足规范要求。②根据水枪最小出流量反算消火栓充实水柱长度根据下式计算：4BqHxhq2（4）式中qH——同（2）式；xhq——每支水枪最小出流量，L/s；B——同（3）式。取xq=5L/s，B=1.577代入（4）式中得：aOmHBqHxhq.5kP15885.15577.15222根据水枪喷口处压力计算K2S：将（2）式变形得：)10(SK2qfqHH（5）式中2SHkqf、、、同（2）式。将上述数据代入（5）式中可得：)10(SK2qfqHH=114.5kPa=11.45mH2O所以，5.41,1310maxSmaxS210k，，，设kkkSS=11.45mH2O，取12mH2O根据设kS=12mH2O可再计算水枪的实际出流量：1.21121.00809.11)01.0(8019.144）（设kfS此时的水枪喷嘴处压力：fkqSH设11（6）式中qH、f、、设kS同（2）式，设kS=12mH2O，代入（6）可得：OmHkPaSHfkq29.161690097.021.1121111设5水枪口实际出水流量为：sBHqqxh.2L/5.91677.51本设计选用65mm衬胶水带，水带长度25m，查表得水带阻力系数dA=0.00172，计算水带水头损失；2xhdddqLAH（7）式中dH——水带水头损失，kPa；dA——水带阻力系数；dL——水带长度，m；xhq——同（3）式。将dA=0.00172，dL=25m，xhq=5.2L/s代入（7）得：22.25250172.00xhdddqLAH=1.16mH2O消火栓局部水头损失为kH=2mH2O；根据下式计算最不利消火栓口压力：kdqxhHhHH（8）式中xhH——消火栓口水压，kPa；qH——水枪喷嘴处的压力，kPa；dh——水带的水头损失，kPa；kH——消火栓栓口水头损失，kPa。kdqxhHhHH=169+11.6+20=200.6kPa=20.06mH2O。（2）消火栓保护半径的确定消火栓保护半径按下式计算：dsRLL（9）式中R——消火栓保护半径，m；Ld——水带有效长度，考虑水带的转弯，取折减系数为0.8；6Ls——水枪充实长度在平面上的投影长度，倾角取45°。代入数据得，dsRLL=0.8×25+12×cos45o=28.5m，即保护半径为28.5m。（3）消火栓间距及立管根数的确定室内按一排消火栓布置，且应保证两支水枪充实水柱同时到达室内任何部位，消火栓间距按下式计算：22SRb(10)式中S——两股水柱时的消火栓间距，m；R——消火栓保护半径，m；b——消火栓最大保护高度，取9.4m。代入数据得：22SRb=22.49.528=26.9m即消火栓的间距为27m。立管数量计算：1SLn（11）式中n——立管数量；L——建筑长度，m；S——两股水柱时的消火栓间距，m。立管数量为：49.3126.978.31SLn2.消火栓管网水力计算该建筑属于公共建筑一类，火灾危险级别为中危险Ⅰ级，据《高规》）7.2.2条规定，该建筑室内消火栓用水量为40L/s，按每个消火栓最小流量为5L/s，相邻3根立管分配流量：最不利立管、次不利立管，同时动作3支水枪；第3根立管同时作用2个水枪。将水平环状管网断开，按枝状管网计算。消火栓计算简图见图3。7图3消火栓计算简图（1）消火栓管网水力计算1）最不利点（0点）消火栓压力和出水量前面已计算出最不利点消火栓压力和水枪实际出流量分别为：OmHHxh2006.20，sLqxh/2.5设2）0-1管段计算该管段只供给一个消火栓，管径取消火栓的出口管径DN70。管中流速根据下式计算：824DQV（12）式中：V——管道流速，m/s；Q——管段流量，L/s；D——管道的计算内径，m。消火栓给水管道流速一般1.4～1.8m/s,不宜大于2.5m/s。代入数据得：221007.014.32.544DQV=1.35m/s根据下式计算单位水头损失：3.1200107.0DVi(13)式中：i——每米管道的水头损失，mH20/m；V——管道流速，m/s；D——管道的计算内径，m。代入数据得：3.123.1102101007.035.100107.000107.0DVi=0.06mH2O/m根据下式计算沿程水头损失：lih(14)式中：h——沿程水头损失，mH2OL——管段长度，m；i——每米管道的水头损失，mH2O/m代入数据得：1.306.0101010lih=0.19mH2O1点消火栓压力为：19.01.306.20101001hHHHxhxh=23.35mH2O3）管段1-2的计算：节点1压力下消火栓1点的出流量计算：9BLHHqdknxhnxh/1)1()1(（15）式中)1(nxhq——次不利点（n-1）处的流量，L/s；)1(nxhH——次不利点（n-1）处的压力，mH2O；kH——消火栓局部水头损失，取2mH2O。dL——水带长度，m；——水带阻力系数，取值0.00172；B——水枪水流特性系数，与水枪喷嘴口径有关，df=19mm时，取1.577。代入数据得：/1.5771250172.0025.323/111BLHHqdkxhxh=5.6L/s管段1-2的流量为消火栓0和1的流量之和：即21q=5.2+5.6=10.8L/ssmDQV/38.11.014.38.104422213.123.121221211.038.100107.000107.0DVi=0.04mH2O/m1.304.0212121lih=0.12mH2O12.01.35.323212112hHHHxhxh=26.57mH2O4）管段2-3的计算：/1.5771250172.0027.526/122BLHHqdkxhxh=6.0L/s管段2-3的流量为消火栓0、1和2的流量之和：即32q=5.2+5.6+6.0=16.8L/ssmDQV/4.121.014.38.16442232103.123.132232321.04.1200107.000107.0DVi=0.10mH2O/m.24210.0323232lih=4.22mH2O2.24.24257.26323223hHHHxhxh=72.99mH2O5）管段3-4的计算：管道3-4只有动压损失，静压、流量均无变化，故而节点4的压力为：28025.009.9724334hHHxhxh=73.06mH2O；4点与3点压力差为：34xhxhHH=73.06-72.99=0.07mH2O%096.0%1009.9727.00%100334xhxhxhHHH因此可以忽略3-4管段之间的水损，认为3点和4点的压力近似相等，mH2O。所以次不利管（XL-2）计算结果与最不利立管相同，同理也可知第三根立管（XL-3）计算结果也与最不利管相同。计算结果详见表1。表1最不利消防立管水力计算表节点编号起点压力mH2O管道流量L/s管长m管径mm流速m/si水力坡降mH2O/m水头损失mH2O终点压力mH2O0-120.065.23.1701.350.060.1923.351-223.3510.83.11001.380.040.1226.572-326.5716.842.21002.140.104.2272.993-472.9916.8282000.950.00250.0773.064-573.0633.6282001.070.010.2873.345-673.3444.4282001.410.0170.5373.876-773.8744.432001.410.0170.0573.92假设7-水泵吸水管之间的水头损失为2m。3.消防水箱有效体积计算消防水箱应贮存10min的室内消防用水量，计算得：1000601010室内QV（16）式中10V——消防水箱10min的室内消防用水量，m3；11室内Q——室内消防用水量，L/s。计算得：10006010.4441000601010室内QV=27m3据《高规》7.4.7条规定，高位水箱的消防储水量，Ⅰ类公共建筑不应小于18m3，本建筑属于公共建筑Ⅰ类，故水箱有效体积为18m3。《高规》7.4.7条规定，高位水箱的设置高度应保证最不利点消火栓的出水压力，当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓出水压力不低于0.07MPa=7mH2O，该屋顶水箱底层高度为56.5m，最不利点消火栓高度为48.5m，高差为8mH2O，满足7mH2O的要求，故不设置加压设施。4.消防水池有效容积计算由前面计算知，该建筑室内消火栓用水量为44.4L/s，据《高规》规定，室内消火栓系统按火灾延续时间3小时计算。室外管网补水量的计算：由于外网引入管至消防水池之间的管径为DN100，利用孔口出流公式和经济流速分别计算，取二者较小者作为室外管网补水量：ghAQ2(17)式中μ——为孔口出流系数，为0.62；A——孔口断面面积，m2；h——为孔口压力，mH2O，即市政给水压力。220.620.253.140.129.830QAgh=0.0375m3/s=135m3/h查表，DN100的经济流速为1.2m/s，得流量：2.11.014.3414122VDQ=33.9m3/