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1超高層建筑的特點

對給排水設計而言，超高層建筑具有高度高，業態多樣復雜，人員密集，火災危險性大，疏散及火災撲救困難，建設周期長、難度大，生活及消防給水系統豎向分區多，設備運行及管道系統承壓要求高以及各系統管理維護難度大等特點。超高層建筑的給排水系統應根據建筑高度、用途、衛生安全、使用要求、材料設備性能、維護管理、經濟節能等因素確定。

2生活給水系統

《民用建筑設計通則》（GB50352-2005）第3.1.2條對超高層建筑的定義做了明確規定：“建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。”對生活給水系統而言，100m的建筑高度并非劃分系統的一個界限。高度接近100m的高層建筑與高度150m以內的超高層建筑在給排水系統設計上是類似的。而100m左右的超高層與200m或以上的超高層在給排水設計上則可能有很大不同?！陡邔用裼媒ㄖO計防火規范》（GB50045-952005年版）第1.0.5條規定：“當高層建筑的建筑高度超過250m時，建筑設計采取的特殊防火措施，應提交國家消防主管部門組織專題研究論證。超高層建筑可能是功能單一的住宅樓、辦公樓，也可能是含有多種功能的帶裙房的綜合建筑群。根據不同的場所，我國的生活用水大致分為居民用水、行政事業用水、經營服務用水、特種行業用水等。設計應根據當地供水部門按不同的用水分類制定的收費標準，設置不同的給水系統，同時確定各個給水系統的供水方式?！督ㄖo水排水設計規范》GB50015-2003（2009年版）（以下簡稱“建規）第3.3.6條：“建筑高度超過100m的建筑，宜采用垂直串聯供水方式”。對不同功能或多功能組合的超高層建筑，應視具體情況具體分析，選擇最合理的供水方式。建筑生活給水系統應按不同性質的用水區域分別設置。例一：某公寓樓共61層，8層及以下為汽車庫及商業用途的裙房，建筑高度209m。生活給水分區如下：1區為－3～2層，由市政給水管網供水；2區為3～13層，由地下二層生活水箱+2區變頻泵供水；3區為9～14層，由地下二層生活水箱+3區變頻泵供水；4區為15～22層，由設在29層的中間水箱供水；5區為23～38層，由設在29層的中間水箱+5區變頻泵供水；6區為39～51層，由設在29層的中間水箱+6區變頻泵供水；7區為52～61層，由設在29層的中間水箱+7區變頻泵供水。“建規”第3.3.4條規定：“衛生器具給水配件所承受的最大工作壓力不得大于0.6MPa”；“建規”第3.3.5A條規定：“居住建筑入戶管給水壓力不應大于0.35MPa”。據此，給水壓力大于0.45MPa的裙樓衛生間給水管，給水壓力大于0.35MPa的塔樓入戶管均設減壓閥減壓供水。本案所選供水方式主要考慮以下幾點：⑴3～7區系統均為垂直串聯供水方式；設在29層的中間水箱既作為4區的供水調節水箱，又作為5～7區水泵的取水水箱，擔負了調節和轉輸雙重功能。⑵向3～7區供水的中間水箱和變頻泵則集中設置在28、29層，這樣，既便于集中管理，又節省供水設備占用的空間。⑶各給水分區的管道及設備運行工作壓力均小于1.6MPa，生活給水系統所選用的管材及設備的耐壓等級與100m以下的高層建筑沒有區別，供水可靠性高。例二：某住宅小區工程一期含4棟45層超高層純住宅樓，層高為3.4m（1#、2#樓）及3.5m（3#、4#樓），建筑高度157m（1#、2#樓）及163m（3#、4#樓）。豎向設四個給水分區：1區負責地下二層及地上一層，2區負責二～十八層，3區負責十九～三十三層，4區負責三十四～四十五層。1區由市政管網經基地環狀管供水；2～4區由生活水箱+變頻供水設備聯合供水。2～4每個給水分區設一組變頻供水設備。各給水分區配水點水壓如超出0.35MPa，則設減壓閥減壓供水。選擇此種供水方式是考慮了以下因素：⑴變頻供水較屋頂水箱的供水方式衛生條件好。⑵變頻供水設備設在地下二層，對住戶影響小。⑶供水泵組所負擔的住宅層數受給水器具的承壓能力的限制?！敖ㄒ帯钡?.3.4條規定：“衛生器具給水配件所承受的最大工作壓力不得大于0.6MPa”。⑷由于本工程無設備層，因此不具備串聯給水方式實施條件。事實上超高層住宅項目，考慮設備層需占用一定建筑空間以及設備運行產生的噪音及震動對住戶的影響，一般都不設。如何在沒有設備層的超高層建筑中采用串聯給水方式是一個尚待研究的課題。

3消防給水系統

3.1室內消火栓系統

對于不設設備層或避難層的超高層建筑而言，基于《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95（2005年)（以下簡稱“高規”）第7.4.6.5條“消火栓栓口的靜水壓力不應大于1.00MPa，當大于1.00MPa時，應采取分區給水系統”的規定，其消火栓系統大多采用臨時高壓給水系統的供水方式。超高層建筑消火栓系統，一般采用水泵、減壓水箱及減壓閥進行分區。用水泵分區是指每個分區分別設置消防泵，即并聯系統。出于經濟及減壓閥產品功能質量不斷提高的因素考慮，減壓閥用于消火栓系統分區越來越廣泛。民用專用消防泵的揚程一般都不大于2.0MPa。以61層的公寓樓為例，消火栓系統分區：-2～8層為1區，9～31層為2區，32～45層為3區，46～61層為4區。1區和2區分別由設在18層和38層的消防減壓水箱供水；3區由屋頂消防水箱供水；4區由屋頂的消防水箱+固定消防水泵供水。屋頂2座342m3消防水箱由29層的中間水箱+7區變頻泵供水；18層和38層的消防減壓水箱由屋頂消防水箱供水。1、2、3區均屬常高壓給水系統，4區屬臨時高壓給水系統。這樣分區的優點在于：火災發生時，1、2、3區由屋頂消防水箱直接或通過減壓水箱供水，不需啟動水泵，對控制系統要求不高；此外，消火栓泵揚程不至于過大，管道及設備的耐壓等級也不會過高。它的不利因素是，需設中間設備層，設備分散，管理不便，設備運行產生的震動及噪音可能讓生活和工作在建筑里的人感覺不適。以45層住宅樓為例，消火栓系統分區：地下層及1～19層為低區，由低區消火栓泵供水；20～45層為高區，由高區消火栓泵供水。其中高區的20～35層經減壓閥減壓供水。這樣分區的優點在于管路和控制系統簡單，所占管井較少，不需要占用設備層，但對減壓閥的質量要求較高，減壓閥需備用；此外，由于高區系統的幾何高差接近170m（自地下二層底板面計），下部管道及設備的工作壓力超過2.00MPa，對管材及設備的承壓要求高，影響系統的可靠性。本案的消火栓系統均為臨時高壓給水系統供水方式。

3.2自動噴水滅火系統

“高規”第7.6.1條規定，建筑高度超過100m的建筑均應設自動噴水滅火系統?！皣娨帯钡?.2.3.1條規定：“濕式系統及預作用系統一個報警閥組所控制的噴頭數不宜超過800個，干式報警閥組所控制的噴頭數不宜超過500個”，第6.2.4條規定：“每個報警閥組供水的最高與最低位置的噴頭高差不大于50m”。自動噴水滅火系統的給水分區，除應考慮各系統配水管道工作壓力符合《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084-2001(2005年版)(以下簡稱“噴規”）第8.0.1條規定的“配水管道的工作壓力不應大于1.20MPa”外，還要考慮在滿足噴頭需要工作壓力的前提下，配水管入口的工作壓力又不宜超過0.40MPa，以及每個報警閥所負擔的樓層，并考慮使分區與生活給水系統及消火栓給水系統相適應，以避免橫管過于分散。對于超高層建筑，按上述條件所確定的豎向分區最少也需要3個。由于報警閥的工作壓力一般都不大于1.60MPa，且每個報警閥后都需要單獨的立管，這就會在設計上給管路的排列及報警閥的設置帶來限制。在無設備層的超高層居住建筑中應考慮報警閥的位置。以61層的公寓樓為例，自動噴水滅火系統分區如下：-3～8層為1區，9～21層為2區，22～41層為3區，42～61層為4區。由1區和2區分別由設在18層和38層的消防減壓水箱供水；3區由屋頂消防水箱供水；4區由屋頂的消防水箱+固定消防水泵供水。18層和38層的消防減壓水箱及屋頂消防水箱，與消火栓系統合用。這樣分區的優點在于：火災發生時，1、2、3區由屋頂消防水箱直接或通過減壓水箱供水，不須啟動水泵，控制系統簡單。在以上4個分區系統中，對工作壓力大于1.20MPa的配水管道及工作壓力超過0.40MPa的配水管，采用用減壓閥減壓。以45層住宅樓為例，自動噴水滅火系統分區如下：-2～10層為1區，11～22層為2區，23～34層為3區，35～45層為4區。1、2區及3、4區分別合用一組固定式消防水泵，1、3區系統經水泵加壓供水并經減壓閥減壓后供水。在大于0.40MPa的各區配水管入口均設減壓孔板減壓。這樣分區的主要優點是，不需要在上部樓層中設設備層；缺點是3、4區系統對管道及設備的承壓要求高，影響系統的可靠性。

4污廢水系統

“建規”第4.4.11條：表4.4.11注：排水層數在15層以上時，排水能力宜乘以0.9；“建規”第4.6.2條：建筑標準要求高的公共建筑、10層及10層以上高層建筑應設置通氣立管，或設置特殊配件單立管排水系統?；诟纳婆潘畻l件，提高排水能力方面考慮，應采用雙立管排水系統，或采用設置特殊配件的單立管排水系統，對標準高的或環境要求安靜的建筑及部位，宜設置環形通氣管或器具通氣管。

5屋面雨水系統

建規”第4.5.5條：重要公共建筑屋面雨水排水設計重現期不宜小于10年；“建規”4.9.9條：重要公共建筑、高層建筑的屋面雨水排水工程與溢流設施的總排水能力不應小于50年重現期的雨水量。設計重現期：雨水系統如果設計不當，會留下安全隱患。因此，超高層建筑屋面雨水設計重現期的取值應慎重。屋面溢流設施：基于安全及美觀要求考慮，超高層建筑不宜設置溢流口。如屋面雨水的設計重現期取50年，則屋面無需設置溢流設施。雨篷：雨篷是建筑專業的門面，雨篷面積雖然不大，但其所截留的雨水還包括上方側墻的面積，雖然側墻面積按一半計算，但仍遠大于雨篷自身的面積，也可能大于屋面的面積。因此，雨篷的雨水排水量可能比屋面的排水量大。雨篷如果設置過多的雨水斗及立管，會受到建筑專業的諸多限制，而雨篷下方往往是人員的出入口，安全性十分重要，因此，在設計時一定要妥善處理。首先要做到安全可靠，其次考慮美觀因素。雨水立管排出管：室內雨水立管排出管管徑宜放大1～2號，第一個檢查井宜選用消能井，以防止由于排出管壓力過高引起噴濺事故。

6中間轉輸水箱

6.1生活中間轉輸水箱容積計算

《全國民用建筑工程設計技術措施給水排水》(2009年)（以下簡稱“技術措施”）要求，生活給水系統采用串聯供水方式時，如中間轉輸水箱除供本區用水外，還供上區提升泵抽水用時，該水箱的有效容積為本區最大小時用水量的50%加上上區提升泵3~5min設計流量。若為中途轉輸專用時，“建規”第3.7.8條規定，生活用水中途轉輸水箱的轉輸調節容積宜取轉輸水泵5～10min的流量。

6.2消防中間轉輸水箱

“技術措施”規定，當采用水泵轉輸串聯時，中間轉輸水箱同時起著上區輸水泵的吸水池和本區屋頂消防水箱的作用，其儲水有效容積按15~30min消防水量計算，并不宜小于60m3。計算舉例：消火栓用水量40L/s，自動噴水用水量30L/s，則中間轉輸水箱的容積=(40+30)1060+(40+30)560=63000(L)，其中10min水量為本區屋頂消防水箱的水量，5min為上區水泵吸水池的水量。如還有其他水消防系統，則應將火災發生時時同時啟動的消防系統的水量疊加計算，作為中間轉輸水箱容積。上海市地方標準《民用建筑水滅火系統設計規程》規定：當建筑高度大于120m時，消防給水豎向分區宜采用多臺消防泵直接串聯或設中間水箱轉輸的串聯消防泵給水系統。采用中間水箱轉輸的串聯消防泵給水系統，其消防轉輸泵應獨立設置，且不應少于2臺；室內消火栓給水系統和自動噴水滅火系統的消防轉輸泵應分別設置，但備用泵可以兼用；消防轉輸泵的供電應符合消防泵的供電要求。。轉輸給水管不應小于2條。上海市地方標準《民用建筑水滅火系統設計規程》規定：各區重力消防水箱的數量不應少于2個，且每個水箱的有效容積不應小于100m3。

7給排水系統噪聲控制

各類建筑物或場所的允許噪聲級，在《民用建筑隔聲設計規范》（GB50118-2010）中有詳細的規定。由于超高層建筑多為高級寫字樓及高標準的旅店和住宅，因此，其對允許噪聲級的要求更高。超高層建筑給排水系統主要包括生活、消防的給水系統、熱水系統、污水系統、雨水系統、水景等。這些系統產生的噪聲來源主要有：水泵機械性等綜合噪聲、管道及器具噪聲、水錘噪聲及氣蝕噪聲。超高層建筑給排水系統產生的噪聲控制，在設計上，應做到科學合理布局，措施到位，注重細節。以下是降低或減少建筑給排水系統噪聲的主要措施。

7.1水泵房：

①泵房選址應盡量遠離要求環境安靜的場所。

②選擇低噪音、低轉速的水泵；每臺水泵均設置獨立的基礎，水泵與基礎連接采用彈簧隔振器。

③水泵進出水管設可曲繞接頭，可隔絕泵組通過管道傳遞震動轉速。

④管道采用彈性支吊架；管道穿樓板、墻處用柔性材料填充孔洞與管道間空隙，可有效降低固體傳聲。

⑤泵房內墻體及天花采取隔音吸音處理。

⑥采用隔音效果好的門、窗，消除聲音傳播的途徑。

7.2管道及器具：

①流速過快會引起金屬管道震動產生噪聲，尤其是管道轉彎處因彎曲震動產生的噪聲非常明顯，故在管道轉彎處設置有效的固定支架和減震支架是十分重要的，同時適當放大管道管徑，以控制管道流速不致過大。

②排水管采用隔聲效果好的柔性接口鑄鐵排水管，并采用雙立管排水系統，在有條件的情況下，設置環形通氣管或器具通氣管，這樣可穩定排水管內氣壓，從而改善排水條件，降低排水噪聲。排水立管不宜布置在與臥室或要求安靜的房間相鄰的內墻。

③器具及閥門宜采用節水消音型產品，不宜采用快速啟閉的閥門、水嘴。

④高揚程水泵宜采用緩閉式消音止回閥、水錘消除器或安全泄壓閥，防止停泵產生水錘和噪聲。

⑤較大口徑的水箱水力液位控制閥，其隨水箱水位升降，時而開啟向水箱注水，時而關閉。在向水箱放水時，如壓力、流速過大，會產生較大的噪聲，設計可采取降水壓、減流速的措施，并對水箱進水管牢固固定，必要時水箱進水管采用淹沒出流進水。

7.3氣蝕噪聲的控制

管網中的液體與氣體，在一定壓力和溫度作用下形成氣蝕。氣蝕會對管道和設備造成水力沖擊，從而產生噪聲甚至損壞管道和設備。由于氣體積聚在管道或設備中的相對高點及管網末端，故應在這些部位設置自動排氣閥，水泵進水管異徑管采用偏心異徑管，以避免氣蝕發生。此外，可調式減壓閥的前后壓差過大時，也會發生氣蝕，并產生噪聲，損壞閥件?！敖ㄒ帯币幎?，可調式減壓閥的閥前與閥后的最大壓差不宜大于0.40MPa，要求安靜的場所不應大于0.30MPa。對于超高層建筑，無論是可調式還是比例式減壓閥，其前后壓差均應按不大于0.30MPa設計。

8管材及設備選擇

因超高層建筑管路系統所承受壓力及運行可靠性要求較高，要求的建筑使用壽命更長，故對管材及設備的選擇要求更高。設計人員如果不重視，可能留下事故隱患。

8.1管材

①給水管給水管應優先使用具有足夠強度的金屬管，如厚壁鍍鋅鋼管、無縫鋼管、不銹鋼管、銅管等，還可選用襯塑或涂塑金屬管。塑料管因其強度不如金屬管，且線性膨脹系數比金屬的大很多，熱脹冷縮使其在軸向方向上的變形量大。此外，其接口的耐壓強度一般要比管材自身的強度低，因此，不建議使用塑料管，尤其在高壓管道系統中應避免使用。管材的連接方式：焊接、法蘭、溝槽等連接方式可以達到或超過管材本身的抗壓強度，是高壓管道連接優先考慮的方式。螺紋連接一般用于口徑100以下較小的管道，其承壓能力略低。

②排水管超高層建筑的排水管有多種選擇。使用較多的有機制鑄鐵排水管及HDPE排水管等。PVC-U排水管因其本身強度稍差，如接口為粘接劑粘接，則易脫落，不建議采用?！督ㄖo水排水及采暖工程施工質量驗收規范》GB50242-2002第5.3.1條規定：管道在做灌水試驗時，灌水高度必須到每根立管上部的雨水斗。因此，在選用雨水系統管材時應考慮雨水管道由于建筑高度引起的靜壓力。雨水立管一般選擇鍍鋅鋼管、承壓HDPE管，有條件或者明裝時可選用不銹鋼采用承壓管。承壓比較高的部分采用無縫鋼管。

8.2給水設備

超高層建筑，給水系統如采用水泵分區的并聯供水方式，上部給水系統的給水設備工作壓力，通常都大于1.60MPa，而國內廠家生產的給水設備工作壓力一般都不超過1.60MPa，因此，應在設計階段確定若干家合適的設備廠家，供業主選擇。如果系統沒有設安全泄流裝置，應采取防水錘措施。工作壓力大于1.60MPa的給水設備，其對產品品質，如設備材質及生產工藝，要比常壓給水設備要求更高。對此，應引起設計者的重視。

8.3閥門

超高層建筑給水系統采用的閥門，其材質，閥芯宜用全銅或不銹鋼，閥體宜用球墨鑄鐵、全銅、不銹鋼或鑄鋼，確保產品具有更高的可靠性。需要設計人員注意的是，有些種類的閥門，不是你想要的壓力等級，廠家都能提供的。以上述某住宅小區為例，自動噴水滅火系統的3區和4區的濕式報警閥原設計設在地下室，報警閥設計公稱壓力2.10MPa。在施工階段，施工單位反映，2.10MPa或更高壓力等級的濕式報警閥在市場上買不到。經了解，市場上只有公稱壓力1.20MPa及1.60MPa的產品，更高壓力等級的產品市場上無貨，也沒有一家廠家愿意接受定制。最終只得變更設計，將3區、4區的報警閥分別改設在23層和36層管井內，濕式報警閥改為采用1.20MPa壓力等級的。

8.4消防水泵接合器

室內消火栓系統及自動噴水滅火系統應設消防水泵接合器，消防給水系統豎向有分區的，在消防車供水壓力范圍內，應分別設消防水泵接合器。這是“高規”第7.4.5條的規定。其條文說明提出：只有采用串聯給水方式時，上區用水由下區水箱抽水供給，可僅在下區設水泵接合器，供全樓使用。無論是消火栓系統還是自動噴水滅火系統，“高規”均沒有要求在消防車供水范圍之外的消防分區設置消防水泵接合器。但“噴規”第10.4.2條規定：當水泵接合器的供水能力不能滿足最不利點處作用面積的流量和壓力要求時，應采取增壓措施。該規定無異于，對于自動噴水滅火系統，無論是否在消防車供水范圍的分區，都應設置消防水泵接合器。對于并聯消防給水系統，地方消防部門可能會要求在消防車供水范圍之外的分區也設消防水泵接合器，并設接力設施。南寧華潤中心幸福里一期工程，當地消防部門就要求，消防車供水范圍之外的消火栓系統及自動噴水滅火系統的消防分區，也應設置消防水泵接合器，在其后設消防接力泵。設計應注意，由于市場上一般只能提供公稱壓力1.60MPa的消防水泵接合器，如果消防給水系統工作壓力大于1.60MPa，而又在消防車供水壓力范圍內，則消防水泵接合器應當專門定制。

9系統減壓措施

9.1給水系統

給水系統上的減壓措施主要有減壓水箱、減壓閥、減壓孔板、節流管、減壓穩壓消火栓、安全閥、泄壓閥等。后三種主要起防超壓的作用。因減壓水箱需占用一定空間，一般較少采用，故采用減壓閥分區的給水系統最多。減壓閥有比例式和可調式的?？烧{式減壓閥的壓力調整范圍一般不大于0.70MPa。對生活給水系統而言，管徑大于DN50的管段一般采用先導式可調減壓閥或比例式減壓閥，小于等于DN50的管段一般采用直接式可調減壓閥。消防給水系統宜采用比例式減壓閥，并設置備用閥組（單個報警閥除外）。生活給水系統減壓閥可不設備用閥組。如果不設備用減壓閥，應保證減壓閥失效時管道的壓力不超過衛生器具的最大可承受壓力?！敖ㄒ帯币幎ㄐl生器具的最大可承受壓力不得大于0.60MPa。消火栓給水系統通常在動壓大于0.50MPa的部位采用減壓穩壓消火栓。

9.2排水系統

在以往的實際工程中，有不少超高層乃至高層建筑在排水立管上設置了消能裝置，即由下至上，從第6層起，每6層安裝一組由配件或成品組成的消能裝置，以達到消除排水立管中所謂由水流形成的過高的勢能的作用。實際效果如何呢，我們先來分析一下排水立管中水流的流態情況。實驗表明：排水立管中水流的流態大致分為以下幾種：

①流量較小時，水流沿著管壁做螺旋運動，隨著水量的增加，螺旋運動被破壞，當水量足夠覆蓋管壁時，螺旋流停止。水流附著管壁而作片狀下落的附壁流。

②當流量繼續增加到足夠大時，由于空氣的阻力和管壁的摩擦作用而形成水的隔膜運動，水膜運動開始后便以加速度下降，下降到一定的距離，當水流所受管壁摩擦力與其重力平衡時，便做勻速運動，水膜厚度不再變化。此時的速度即為水膜流的“終限流速”，自水流入口處至形成終限流速的距離稱為“終限長度”。對于一定的管徑,如果流量越大，其終限流速及終限長度也越大。

③當水量更大時,即水流充滿立管斷面的1/3以上時,水膜的形成更加頻繁，以至容易變為較穩定的水塞運動。水塞的形成會引起立管內氣壓激烈的波動,容易破壞排水水封。在水膜流終限流速狀態下計算出的流量為臨界流量。而我國規范規定的臨界流量值約為理論臨界流量值的一半,已考慮了實際污水中帶有大塊雜質、出流實際不穩定及立管負壓段對橫管出流的強烈抽吸而造成的短時高峰流量等因素。有資料表明，對應于流量9L/s其流速4m/s時的終限長度值約為3m，即水流從支管出口流入立管后，大約經過一層樓的高度,便保持水膜層厚度和流速不變。因此，在規范規定的立管排水能力范圍內設計時，立管水流在流經3m左右的距離處已達到終限流速狀態，流速不再增加，故排水立管沒有必要設置消能設施。但基于改善水力條件，提高立管排水能力，保護衛生器具的水封，同時保證立管內的空氣流通，排除管道中的有害氣體考慮，超高層建筑排水立管應設專用通氣立管。

10結語

超高層建筑的給排水設計，應根據其區別于其他建筑的最顯著特點——高度來進行。確定系統所考慮的因素包括建筑高度、建筑功能、建筑材料及設備、節能性、可靠性、安全性、施工的可能性、可維護性等。超高層給排水設計要求設計者熟悉相關建筑材料及設備特點，最大程度地發揮其性能優勢。超高層建筑應該在各個方面都是和諧統一的。給排水設計應以安全、簡潔、高效為繼續努力的方向。

作者：劉宗秋 黃修齊 劉家金 符恩 王陽 單位：廣西華藍設計（集團）有限公司