超高層建筑給排水設(shè)計中的幾個問題

劉俊巧

(河南省建筑設(shè)計研究院有限公司，鄭州 450000)

超高層建筑的排水設(shè)計直接影響著建筑物的整體質(zhì)量，應(yīng)做好給排水結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其更加科學(xué)、合理、安全。

1 超高層建筑給排水工程特點

與普通的多層建筑相比，高層建筑的給排水處理具有以下特點：在排水系統(tǒng)中，必須對下層管道進行壓縮，水的瞬時波動較大，設(shè)計上部結(jié)構(gòu)供水系統(tǒng)時，必須嚴格控制排水管道材料的選擇，根據(jù)實際技術(shù)要求選擇合適的管道，有效保證管道壓力的可靠性，保證給排水系統(tǒng)的容量。在供水系統(tǒng)中，供水設(shè)備的選擇非常重要，應(yīng)根據(jù)計算數(shù)據(jù)調(diào)整供水系統(tǒng)參數(shù)，如果水頭過高，容易失去多余的壓力；水頭較低時，在較高區(qū)域容易降低壓力。超高層建筑存在一定的安全問題，為了確保人身財產(chǎn)安全，應(yīng)重視超高層建筑的消防系統(tǒng)，確保其安全性和可靠性。

2 超高層建筑給排水系統(tǒng)中的常見問題

2.1 給水方式的設(shè)計

在超高層建筑中，給水方式的正確選擇是保證用戶用水安全性的前提。對于建筑高度大于100 m小于150 m的高層建筑來說，低層部分通常是市政水壓直接給水，而高層部分則采取變頻供水設(shè)備供水，即垂直分區(qū)并聯(lián)供水。一般市場上的變頻供水設(shè)備可滿足用戶要求，如某項目建筑高度150 m，采用的是并聯(lián)供水形式。如果規(guī)劃用地范圍較大，水泵揚程無法滿足計算需要，則應(yīng)采用串聯(lián)供水方式?？蛇x擇設(shè)置一個高位水箱來達到供水目的，這種方式須得一次性把水加壓到水箱中，增加建筑物荷載。對于高于150 m的超高層建筑，由于供水設(shè)備的流量和揚程無法滿足用戶需求，應(yīng)考慮串聯(lián)供水。這種供水方式是將轉(zhuǎn)輸水箱設(shè)置在中間樓層，達到供水目的。但是轉(zhuǎn)輸水箱的設(shè)置會增加二次污染的可能性，需要為給水管網(wǎng)設(shè)置配套的消毒設(shè)施。

2.2 消防系統(tǒng)的設(shè)計

超高層建筑消防設(shè)計中，消防水量與多高層建筑基本無差別，按現(xiàn)行設(shè)計標準即可，但要注意轉(zhuǎn)輸水箱容積的計算。消火栓系統(tǒng)和自動噴水系統(tǒng)要在避難層等合適的樓層預(yù)留水泵接合器接力泵進出水的接駁口。無論是轉(zhuǎn)輸水箱還是接力泵或轉(zhuǎn)輸水泵，均應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)，盡量設(shè)在專用房間內(nèi)，要有排水措施。如果避難層下方是住宅，需要設(shè)置安靜的房間，不能設(shè)在其正上方。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標準規(guī)定，系統(tǒng)工作壓力大于2.4 MPa或消火栓栓口處靜壓大于1.0 MPa時，消防系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水。超高層建筑的消防系統(tǒng)分區(qū)方式有以下兩種：

連續(xù)供水。串聯(lián)進水是將水泵水箱設(shè)置在保護層或相應(yīng)的設(shè)備層。泵箱的有效容積不得小于60 m3，泵頭通常位于較低區(qū)域。如果使用多臺消防泵直接供電，則必須先啟動較低的消防泵，再啟動較高的消防泵，傳輸間隔必須在20 s內(nèi)。

重力供水。消防水箱和消防泵安裝在屋頂上，用于儲存消防用水。除上層消防泵的加壓水外，其他樓層使用屋頂水箱的重力供水。地面重力供水可采用減壓閥段或消火栓，也可采用真空孔減壓措施。重力供水是可靠的，但由于水體建在屋頂上，對結(jié)構(gòu)荷載影響較大，經(jīng)濟性較差。

2.3 污水系統(tǒng)的設(shè)計

塔高廢水濃度和雨水排放不得過高。在規(guī)劃超高層建筑給排水系統(tǒng)、雨水排水站和塔式房屋的污水排水站時，屋頂頂部管道如果同一干線上有兩個或兩個以上的雨水池和污水管塔，其濃度會較高，所以廢水和雨水處理應(yīng)在單戶住宅中進行，避免破壞集水區(qū)，影響污水系統(tǒng)運行。

缺少技術(shù)夾層對上部結(jié)構(gòu)排水效率的影響。一般來說,超高層結(jié)構(gòu)過渡層的梁寬和梁高均高于標準層，連接梁會對污水管道和衛(wèi)生設(shè)施的布置產(chǎn)生影響。設(shè)計衛(wèi)生設(shè)施時，應(yīng)避免開關(guān)梁和排水管之間發(fā)生沖突，一些位于標準樓層下的污水管應(yīng)彎曲，確保變壓器地板上的管道排水分開。

在選擇管道時，上部結(jié)構(gòu)必須考慮環(huán)境、壓力、安裝、溫度、美觀等因素。如果污水系統(tǒng)堵塞，后果將非常嚴重。超高層建筑排水系統(tǒng)的管道一般以UPVC管為主，具有安裝方便、重量輕、內(nèi)壁美觀光滑、不易堵塞、比鑄鐵管小等優(yōu)點。當(dāng)污水管旋轉(zhuǎn)時，應(yīng)使用鑄鐵供水管作為管道，以防分流，在設(shè)計塔式排水系統(tǒng)時，UPVC系統(tǒng)不能安裝在室內(nèi)。設(shè)計流量為重力流，應(yīng)考慮排水壓力；在購買雨水系統(tǒng)管道時，應(yīng)考慮施工高度產(chǎn)生的靜壓，在普通鋼管的壓力范圍內(nèi)選擇普通鋼管，對于一些高負荷、超高施工的管道，可選擇無縫鋼管，保證雨水排水系統(tǒng)的安全性。

3 超高層工程中生活供水系統(tǒng)設(shè)計標準

3.1 給水系統(tǒng)

供水標準分為家庭用水和消防用水，冷水可以在同一房間內(nèi)串聯(lián)或并聯(lián)供應(yīng)。應(yīng)選擇合理的生活供水方式，城市供水以分段設(shè)計為主，通常是在地板上增加一個特殊的壓力裝置，為高層居民的日常供水提供壓力。應(yīng)建造水泵和水箱，設(shè)置從上到下的游泳池水箱。泵房分布在下部區(qū)域的水箱內(nèi)，泵送至上部區(qū)域供水。該方法操作簡單、設(shè)備簡單、能耗低，無須建造水泵或高壓管道，但供水系統(tǒng)配置相對分散，管理煩瑣，泵容量大，容易使結(jié)構(gòu)負荷增加，投資成本較大。當(dāng)建筑物高度達到100 m時，應(yīng)設(shè)置可供居住和疏散的避難所，水泵一般位于避難所內(nèi)，可在相鄰樓層之間設(shè)置水轉(zhuǎn)換器，增加給水壓力。此外，每個帶真空閥的區(qū)域應(yīng)分為兩個較小的工作區(qū)域，泵在頻率范圍內(nèi)采用工作泵控制液位。中間泵箱只能設(shè)計在一層和三層，以有效減少廠房面積。摩天大樓需要穩(wěn)定高效的水壓，可采用屋頂水箱設(shè)計，通過重力供水提高經(jīng)濟性和合理性。

3.2 排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)是將污染物和廢物直接排到戶外，主要由排水管道、通氣管道、清通設(shè)施和抽升裝置等組成。超高層工程中的生活給排水系統(tǒng)通常采用雨、污水分流方式，但由于部分地下室中的污染物無法使用重力流的方式直接排出戶外，所以主要采用淺污泵進行抽升，便于污水排放。在消防電梯的基坑處可使用深排水泵進行抽出，在廚房或食堂可使用單獨的地排方式進行排放。建筑物排水是在地下建造污水處理水池，而建筑物的樓層排水通常是由糞、污水立管和專門的通氣管共同完成排放。衛(wèi)生間應(yīng)建造特殊的通氣管裝置，提升給排水品質(zhì)，減少噪聲。超高層建筑物排水系統(tǒng)應(yīng)預(yù)先進行處理，再排放污染物和垃圾。

3.3 雨水系統(tǒng)

在超高層建筑屋面雨水系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的是內(nèi)排水設(shè)計模式。家庭屋頂采用虹吸和水壓流，雨水通過重力從主樓屋頂排出。雨水可以回收和再利用，雨水收集裝置可安裝在建筑物內(nèi)，可設(shè)置景觀水環(huán)境，建立循環(huán)冷卻系統(tǒng)。室內(nèi)雨水管道的設(shè)計有一定的標準，主要采用柔性和抗震管道、鑄管、打結(jié)密封，采用高壓氣流中的高密度聚乙烯材料作為排水管，采用熱熔法粘接。以U-PVC建筑材料作為雨水管道，應(yīng)選擇符合國家標準的管道，在購買管道時，必須仔細檢查管道標簽，選擇外觀好、干凈、均勻、無氣泡、色差大等的管道，管壁厚度均勻。一般情況下，熱水管道應(yīng)選擇S2系列，通常外徑為25，壁厚為4.2 mm及以上，或外徑為20，壁厚為3.4 mm及以上。所選管道必須具有良好的剛度，尤其是水平排水管，按壓手指后必須保持穩(wěn)定。

3.4 熱媒系統(tǒng)

通用冷卻系統(tǒng)由三部分組成，包括熱源、換熱器和冷卻網(wǎng)絡(luò)?；鹆Πl(fā)電廠產(chǎn)生的冷卻液(蒸汽或熱水)可通過冷水換熱器直接加熱，冷卻液在封閉管道中循環(huán)供應(yīng)熱水，為確保超高熱水的順利供應(yīng)，必須對所有施工環(huán)節(jié)進行嚴格的質(zhì)量控制。當(dāng)水被加熱到設(shè)定的水溫時，熱水來自熱交換器并通過分配網(wǎng)絡(luò)分配到每個用水點，流經(jīng)熱交換器的冷水來自高層水泵或管道網(wǎng)絡(luò)。

4 供水方式的選擇和中間轉(zhuǎn)輸水箱的計算

辦公室通常使用變頻供水系統(tǒng)，15層及以上的高層建筑需配備防護設(shè)備，可以使用初級保護，兩層之間設(shè)置避難所，每個區(qū)域使用一臺帶水轉(zhuǎn)換器的泵組?？芍貜?fù)使用的減壓閥分為兩個區(qū)域，泵用于液位控制和停機，將泵的中間水箱安裝在一樓或三樓。上述系統(tǒng)的液壓設(shè)備和管道最大載荷為1～3層保護層的平均高度，系統(tǒng)工作壓力不超過2 MPa。建筑物臨時偏差率為1×5，采用帶小泵和增壓室的大泵，單臺大泵備用。使用工頻泵可以保證泵在有效范圍內(nèi)高效運行變頻，減少二次污染的可能性。對于酒店來說，應(yīng)合理使用重力水箱屋頂，屋頂上一般安裝有兩個間歇式?jīng)_洗水箱，水箱定期更新，以保證酒店24 h供水，避免二次污染。酒店大樓的水位相對較高，建議酒店的超高層建筑使用油罐頂部的重力水。

高層中間抽油罐包括燃油抽油罐和家用抽油罐。2003年，《中間消防抽水箱給水系統(tǒng)規(guī)定》中間水泵水箱應(yīng)同時起到水泵的上水泵和區(qū)域內(nèi)消防用水上水箱的泵送功能，消防構(gòu)筑物中的蓄水池為15.30 m3。如果建筑物的超高水流為40 L/s，自動注水為30 L/s，則不得小于60 m，中間運輸容器的體積=(40,30)С10С60+(40,30)С5С6063000(L)，其中該區(qū)域消防箱頂部的水為10 m，上部泵的水為5 m，如果有其他滅火系統(tǒng)，則滅火系統(tǒng)的水應(yīng)匯總為取水容器的平均體積，可以在火災(zāi)中同時啟動?！渡С窒到y(tǒng)建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(GB 50015)200337指出，泵送水箱中使用經(jīng)濟用水，泵送期間的水量設(shè)置為5/10 m。水泵水箱作為生命支持系統(tǒng)的功能主要有兩部分：上部區(qū)域高壓泵的泵井，這部分水是泵在上部3.5 m內(nèi)的輸出水。下部區(qū)域的可調(diào)節(jié)泵流量，即地層，確保原水泵的啟動次數(shù)不超過6次/h，這部分水來自8 L泵范圍內(nèi)的5.10 m泵，泵為8L/s。如果系統(tǒng)是重力供水系統(tǒng)，中間泵水箱不僅是頂泵，還應(yīng)控制該區(qū)域的供水。這部分水量調(diào)節(jié)為油箱重力供水范圍內(nèi)最大用水量的50%，兩部分合并為重力供水系統(tǒng)中間泵水箱的水量。

5 結(jié)語

在設(shè)計超高層建筑給排水系統(tǒng)時，應(yīng)結(jié)合建筑物的實際情況，為人們提供良好的居住體驗，保證給排水系統(tǒng)的可靠性、合理性、安全性。根據(jù)給排水工程特點，按照相關(guān)規(guī)范標準，以安全性、實用性、經(jīng)濟性、科學(xué)性為設(shè)計原則，進一步完善超高層建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計，提升建筑物的舒適度。