陕西咸阳新知图书馆建筑给排水水力计算书.docx
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陕西咸阳新知图书馆建筑给排水水力计算书
学号
建筑给排水课程设计
水力计算说明书
题目:
陕西咸阳新知图书馆建筑给排水设计
指导教师:
指导学生:
建筑工程学院
2014年6月23日
目录
1设计工程概况及资料1
1.1工程概况1
1.2设计条件1
2设计任务书2
2.1设计任务及要求2
2.2课程设计图纸及说明要求2
3生活给水系统设计3
3.1水源及系统设计方案3
3.1.1水源3
3.1.2给水设计方案3
3.2室内给水系统的计算3
3.2.1给水用水定额及小时变化系数3
3.2.2最高日用水量3
3.2.3最高日最大时用水量3
3.2.4设计秒流量4
3.2.5管网水力计算4
4消防系统设计7
4.1消防给水系统选择7
4.2消防系统计算7
4.2.1水枪充实水柱8
4.2.2消火栓间距确定8
4.3消防管道系统计算9
4.3.1消火栓及水枪水带的选择9
4.3.2水枪流量及栓口压力计算9
4.3.3消火栓环管计算9
4.3.4校核水箱安装高度11
4.3.5消火栓系统水泵结合器计算11
5自动喷淋系统计算12
5.1设计基本数据12
5.2划分作用面积12
5.3水力计算13
5.3.1喷头的流量计算公式13
5.3.2作用面积计算法作系统计算13
5.3.4减压孔板的设置与计算15
5.3.5屋面消防水箱计算15
6生活排水系统设计16
6.1排水方式选择16
6.2室内排水系统的计算16
6.2.1废水系统的计算16
6.2.2污水系统的计算18
7雨水系统设计21
7.1雨水系统选择21
7.2雨水量计算21
7.2.1设计暴雨强度q21
7.2.2汇水面积F21
7.2.3雨水量计算22
8设计说明书23
8.1室内给水系统23
8.1.1系统选择23
8.1.2系统组成23
8.2室内消防工程23
8.3室内排水工程24
8.4管道及设备安装24
8.4.1给水管道及设备安装要求24
8.4.2消防管道及设备安装要求24
8.5其他25
结束语26
参考文献26
1设计工程概况及资料
1.1工程概况
该建筑位于陕西咸阳,公用建筑类图书馆,3层,总建筑高度18.50米,其中一层层高为4.2米,二、三层层高均为3.6米。
根据建筑的性质和用途,室内设有完善的给水排水卫生设备。
该建筑消防安全可靠,设置独立的消火栓给水系统及自动喷淋系统。
1.2设计条件
(1)给水水源
该建筑以城市给水管网为水源,市政给水管道距主体建筑北面15m,接管点埋深1.4m,管径为DN200mm,管材为球墨铸铁管,常年提供的资用水头为0.30MPa。
(2)排水条件
建筑粪便污水需经化粪池处理后方可排入城市下水道,室外排水管道位于主体建筑东面,埋深2.0m。
管径300mm,管材为U-PVC塑料管。
(3)卫生设施
一至三层每层每层设有一个卫生间;每个卫生间内设蹲式大便器六个,洗脸盆两个;一层和三层分别设小便器三个,拖布盆一个;二层设小便器四个,一层设有拖布盆两个。
2设计任务书
2.1设计任务及要求
根据建筑的性质、用途和建设单位的要求,该**楼设有较为完善的给水排水卫生设备
1、内容:
(1)方案设计:
根据所给出的设计条件,以及有关设计规范的要求,合理确定建筑内部给水系统、排水系统的设计方案。
(2)管道系统布置:
根据所选择的给水方式、排水方式,综合考虑技术、经济、安全、可靠等方面的因素,合理地选择和布置卫生器具,合理地布置管道系统。
(3)设计计算:
根据设计规范,确定给水、排水的设计指标,进行建筑内部给水、排水、消防系统的设计计算,编制设计计算书。
(4)绘制工程设计图。
2、要求
(1)要求学生认真分析课程设计的题目以及所给出的设计条件、设计数据,根据所学理论知识,通过分析、比较确定设计方案,并在设计书中说明选择给水、排水设计方案的依据。
(2)要求学生了解有关的设计资料、参考资料,以及有关的设计手册、国家建设部颁布的有关设计规范等,并在课程设计过程中熟悉、并正确使用上述资料。
(3)学生可分组讨论、分析设计方案,但应独立完成管道布置、设计计算,并独立完成设计计算书、设计说明书以及工程设计图。
(4)学生应完成设计成果。
2.2课程设计图纸及说明要求
1.图纸
首层给水系统、排水系统、消防系统平面布置图;
标准层给水系统、排水系统、消防系统平面布置图;
给水系统图;
排水系统图;
消防系统图(如无须设消防,则不必绘制);
图纸绘制应符合国家制图标准,表达准确,图面整洁。
2.设计说明书
课程设计说明书包括原始条件,设计计算公式和有关数据,文字说明及附图。
应字迹工整,计算准确,简明扼要。
3生活给水系统设计
3.1水源及系统设计方案
3.1.1水源
给水水源为城市给水管网,位于建筑物的北侧,距离外墙为15米,接管点埋深1.4米,管径DN200mm,管材为球墨铸铁管,常年提供的资用水头为0.30MPa。
3.1.2给水设计方案
我国《建筑给水排水设计规范》GBJ50015-2003规定:
应利用室外给水管网的水压直接供水。
当室外给水管网的水压和(或)水量不足时,应根据卫生安全、经济节能的原则选用贮水调节和加压供水方案;
根据规范的要求,并结合该建筑层数、功能及室外供水压力,该建筑利用城市给水管网供水压力直接供水。
3.2室内给水系统的计算
室内给水系采用由室外给水管网直接供水的方式。
3.2.1给水用水定额及小时变化系数
查《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)表3.1.10,图书馆最高日生活用水定额为5~10L/(人·次),用水小时变化系数Kh为1.5~1.2,使用时间为8~10h。
根据本建筑是室内卫生设备之完善程度,选用最高日生活用水定额qd=7.5L/(人·次),取每人每天使用卫生间次数为4次,用水小时变化系数取Kh=1.35,使用时间取9h,人数为130人,选用PP-R管,查《建筑给水排水工程》(第六版)表2-12选取给水管道流速为0.7m/s。
3.2.2最高日用水量
Qd=m×qd=130×4×7.5/1000=3.9m3/d(3-1)
3.2.3最高日最大时用水量
Qh=Qd×Kh/T=3.9×1.35/9=0.585m3/h(3-2)
3.2.4设计秒流量
设计秒流量按公式
qg=0.2
(3-3)
由《建筑给水排水工程》(第六版)公式2-9查得。
式中α---根据建筑物用途确定的系数,查《建筑给水排水工程》表2-7知图书馆α值取1.6
Ng——设置的卫生器具给水当量总数;
本设计服务于每层一个卫生间的图书馆,每个卫生间的卫生器具
及当量为洗脸盆2只(N=0.75),蹲式大便器6个(N=0.5),小便器3个(N=0.5),拖布盆1个(N=1.5);二层小便器4个,一层设有拖布盆2个(N=1.5)。
用水定额为7.5L/(人·次),人数为130人。
卫生器具给水当量总数:
Ng=(0.75×2+0.5×6+0.5×3+1.5)×3+0.5+1.5=24.5(3-4)
计算管段上设计秒流量:
qg=0.2
(3-5)
3.2.5管网水力计算
根据计算用图,得管网水力计算成果见表3-1所示。
图3-1给水管网水力计算简图
表3-1管网水力计算表
计算管段编号
当量总数Ng
设计秒流量qg/(L/s)
管径DN/mm
流速v/(m/s)
每米管长沿程水头损失i/(kPa/m)
管段长度L/m
管段沿程水头损失/kPa
管段沿程水头损失累计Σhy/kPa
0~1
0.5
0.23
20
0.70
0.36
0.81
0.2879
0.2879
1~2
1
0.32
25
0.65
0.24
0.75
0.1830
0.4709
2~3
1.5
0.39
25
0.80
0.36
5
1.7753
2.2462
3~4
7.5
0.88
40
0.70
0.16
6.1
0.9730
3.2192
4~5
15.5
1.26
50
0.64
0.11
3.6
0.3791
3.5983
5~6
24.5
1.58
50
0.81
0.16
17
2.7342
6.3324
查《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)给水管道的沿程水头损失可按下式计算:
i=105Ch-1.85×dj-4.87×qg1.85
式中:
i——管道单位长度水头损失(kPa/m);
dj——管道计算内径(m);
qg——给水设计流量(m3/s);
Ch——海澄-威廉系数。
塑料管Ch=140;
本建筑为市政管网直接供水,所需室外给水管网水压为
H=H1+H2+H3+H4+H5[1](3-6)
H——建筑内给水系统所需要的水压,mH2O;
H1——引入管起点至最不利点的标高差,mH2O;
H2——计算管路的沿程水头损失和局部水头损失之和,mH2O;
H3——水表的水头损失,mH2O;
H4——管网最不利点所需的流出水头,mH2O;
H5——富裕水头,mH2O。
计算局部水头损失∑hj,即:
hj=30%∑hi=0.3×6.3324=1.8997kPa
所以,计算管路的水头损失为H2=∑(hi+hj)=6.3324+1.8997=8.23kPa
计算水表的水头损失:
因建筑为图书馆且用水不均匀,所以只需安装总水表,总水表选用旋翼干式远传水表,安装在5~6管段上,q5-6=1.58L/s=5.588m3/h。
查表,选公称直径32㎜口径的水表,其过载流量为12m3/h>q4-5。
所以,水表的水头损失为hd=qg²/Kb=qg²/(Qmax²/100)=21.68kPa。
hd小于水表水头损失允许值24.5kPa。
图书馆用水不均匀,因此水表口径可按设计秒流量不大于水表过载流量确定,选口径25㎜的总水表即可,但经计算,其水头损失大于水表水头损失允许值,故选用口径32㎜的总水表。
管网最不利点所需的流出水头查《建筑给水排水工程》(第六版)表2-1知H4=0.05kPa。
计算给水系统所需压力H为
H=H1+H2+H3+H4+H5=(104+8.23+21.68+50)kPa=183.91kPa<300kPa
满足要求。
4消防系统设计
4.1消防给水系统选择
建筑消防系统根据使用灭火剂的种类和灭火方式可分为下列3种灭火系统。
1、消火栓给水系统;
2、自动喷水灭火系统;
3、其他使用非水灭火剂的固定灭火系统,如二氧化碳灭火系统、干粉灭火系统、卤代烷灭火系统等。
水是不燃液体,在与燃烧物接触后会通过物理、化学反应从燃烧物中摄取热量,对燃烧物起到冷却作用;同时水在被加热和汽化的过程中所产生的大量水蒸气,能够阻止空气进入燃烧区,并能稀释燃烧区内氧的含量从而减弱燃烧强度;两外经水枪喷射出来的压力水流具有很大的动能和冲击力,可以冲散燃烧物使燃烧强度显著减弱。
在水、泡沫、酸碱、卤代烷、二氧化碳和干粉等灭火剂中,水具有使用方便、灭火效果好、来源广泛、价格便宜、器材简单等优点,是目前建筑消防的主要灭火剂。
建筑消火栓给水系统是把室外给水系统提供的水量,经过加压(外网压力不满足需要
时),输送到用于扑灭建筑物内的火灾而设置的固定灭火设备,是建筑物中最基本的灭火设施。
消火栓口距地面的安装高度为1.1m,栓口宜向下或与墙面垂直安装。
同一建筑内应选用同一规格的消火栓、水带和水枪,以方便使用。
为保证及时灭火,每个消火栓处应设置直接启动消防水泵的按钮或报警信号装置。
消火栓应设在使用方便的走道内,宜靠近疏散方便的通道口处、楼梯间内。
建筑物设有消防电梯时,其前室应设消火栓。
在建筑物屋顶应设一个消火栓,以利于消防人员经常检查消防给水系统是否能正常运行,同时还能起到保护本建筑物免受邻近建筑火灾的波及。
在寒冷地区,屋顶消火栓可设在顶层出口处、水箱间或采取防冻技术措施。
火灾危险等级为中危险级一级
本工程室外消防用水由市政管网供给,火灾初期用水量由屋面水箱供给。
4.2消防系统计算
设计用水量及标准
(1)消火栓系统用水量:
按照设计规范中规定的消火栓给水系统用水量选取为:
室内20L/s,室外30L/s。
火灾延续时间为2h,设计充实水柱取0.12MPa。
(2)属于中危险级,按要求,消火栓的间距应保证同层任何部位有2个消火栓的水枪充实水柱同时到达。
(3)本设计中消火栓系统采用DN65³19的直流水枪,25m长DN65的麻织水带。
4.2.1水枪充实水柱
水枪充实水柱长度按公式
(4-1)
Sk——充实水柱长度(m)(建筑高度不超过100m的高层建筑Sk不应小于10m;建筑高度超过100m的高层建筑Sk不应小于13m);
H1——室内每层净高(m);
H2——水枪喷嘴离地面高度(m),一般为1m;
α——水枪上倾角,一般采用45°,但不得大于60°。
(4-2)
本建筑高度不超过100m,Sk不应小于10m,所以Sk取12m。
4.2.2消火栓间距确定
水带长度采用25m,消火栓保护半径R=CLd+h=0.8×25+8.4=28.4m。
(4-3)
C---水带展开时的弯曲折减系数,一般取0.8~0.9;
h---水枪充实水柱倾斜45度时的水平投影长度,对一般建筑由于两楼板间的限制,一般取h=3.0m。
室内灭火点要求二股水柱到达,消火栓间距
(4-4)
取S=25m
每层设置三个消火栓。
4.3消防管道系统计算
4.3.1消火栓及水枪水带的选择
选用DN65消火栓,水枪口径19㎜,麻质水龙带长度L=25m,充实水柱长度Sk=12m。
4.3.2水枪流量及栓口压力计算
以下公式由《建筑给水排水工程》(第六版)3-9、3-10、3-11查得
喷嘴压力:
;(4-5)
水枪喷嘴流量:
;(4-6)
水带水头损失:
;(4-7)
故Hxh=16.9+2.91+2=21.81mH2O
4.3.3消火栓环管计算
该建筑物高度不超过50m,根据规范,本建筑室内消火栓用水量为20L/s,消防立管考虑两股水柱作用,消防立管流量Q=5.2×2=10.4L/s,采用DN100立管,v=1.32m/s,i=0.296。
对于环状管网,可假定某管段发生故障,仍按枝状管网进行计算,即首先选择最不利管路立管和最不利消火栓,以此确定计算管路。
根据消火栓系统计算图,水力计算结果见表4-1。
图4-1消火栓系统计算简图
管段
设计秒流量qg/(L/s)
管长L/m
管径DN/mm
流速v/(m/s)
每米管长沿程水头损失i/(kPa/m)
管段沿程水头损失累计Σhy/kPa
0~1
5.2
3.6
100
0.66
0.05688533
0.205
1~2
10.4
4.2
100
1.32
0.20507172
0.861
2~3
15.6
18.5
100
1.99
0.434184789
8.032
3~4
15.6
16.4
100
1.99
0.434184789
7.121
合计
16.219
表4-1消火栓给水系统水力计算表
消火栓给水管道中的流速一般以1.4—1.8m/s为宜,不允许大于2.5m/s。
消防管道沿程水头损失的计算方法与给水管网计算相同,其局部水头损失按管道沿程水头损失的
10%采用。
当有消防水箱时,应以水箱的最低水位作为起点选择计算管路,计算管径和水头损失,确定水箱的设置高度或补压设备,根据消火栓的布置情况,为了便于给水,共布置消防立管3根并按顺序标记为XL-1—3,为了保证消防用水安全,消防给水管网包括各消防立管在内的全部系统构成的整体管网为环状,具体各管段连接方式请参见消火栓给水系统图。
为了达到相应抗压要求,消防给水管全部采用钢管,其壁厚根据连接方式选用。
4.3.4校核水箱安装高度
设置的消防水储水高位水箱最低水位18.5m,最不利点消火栓栓口高程1.1m,则最不利点消火栓栓口的静水压力为18.5-9.1=9.4mH2O,按照规定,不需要设置消防泵。
前10分钟,室内消防用水自屋面消防水箱由上而下供给,10分钟后消防水箱中的室内消防用水耗尽,改由消防给水管自下而上供水。
根据管网布置形式,火灾初期(10min内)最不利点为离屋面水箱距离最远的顶层消火栓(本设计中认为屋顶试验消火栓不是最不利点)。
根据设计规范规定,所有消火栓一律放置于离地面1.1m高的地方,经计算屋面消防水箱中的水要通过42m长的DN100的给水管才能到达最不利点。
其间沿程水头损失(其中流量计为全部室内消防流量,此时为最不利情况):
(4-8)
由于管网复杂(特别是屋面水箱出水部分)局部水头损失较大(包括弯头,三通和部分阀门),取沿程损失50%,所以,总的水头损失约为20KPa,即2.0mH2O。
4.3.5消火栓系统水泵结合器计算
按规范规定,室内消火栓用水量Q=20L/s。
因一个DN100的水泵结合器的流量为10~15L/s,故选用两个水泵结合器。
5自动喷淋系统计算
5.1设计基本数据
根据建筑的功能及使用性质,火灾危险等级按中级危险Ⅰ级设计,其自动喷水灭火系统技术数据见表5-1[4]。
表5-1自动喷水灭火系统技术数据
作用面积(㎡)
设计喷水强度[L/min·㎡]
喷头工作压力(MPa)
喷头流量系数
延续时间(h)
160
6.0
0.1
80
1
本建筑采用吊顶型玻璃球喷头,喷头采用3.2m×3.2m正方形布置。
5.2划分作用面积
根据民用建筑和工业厂房的系统设计基本参数表5-2[2],计算作用面积选择160㎡。
表5-2民用建筑和工业厂房的系统设计基本参数
火灾危险等级
喷水强度/(L·min-1·m-2)
作用面积/㎡
喷头工作压力/MPa
轻危险等级
4
160
0.10
中危险等级
Ⅰ级
6
Ⅱ级
8
严重危险等级
Ⅰ级
12
260
Ⅱ级
16
注:
系统最不利点处喷头的工作压力,不应低于0.05MPa。
在建筑一层划分最不利作用面积,矩形长边平行于最不利喷头的配水支管,短边垂直于该配水支管。
作用面积为160㎡,按长方形计算:
长边
,
短边B=160/15.2=10.5m。
根据建筑一层的尺寸和相关要求,在作用面积内布置16个喷头,实际作用面积为:
16×3.2×3.2=163.84㎡,符合要求。
5.3水力计算
5.3.1喷头的流量计算公式
当喷头流量q采用L/s时,其流量计算公式[2]:
(5-1)
q——喷头流量,L/s;
p——喷头工作压力,kPa、mH2O、kg/cm2;
K——喷头流量特性系数,标准喷头流量特性系数K的取值随喷头工作压力p的计量单位不同而不同,见表5-3[2]。
表5-3喷头流量特性系数值
P的计量单位
K值
kPa
0.133
mH2O
0.420
kg/cm2
1.330
5.3.2作用面积计算法作系统计算
按作用面积法计算规则,计算过程见表5-4,计算中各喷头的工作压力采用10mH2O。
图5-1自动喷水灭火系统水力计算图
表5-4作用面积法水力计算表
管段
管径DN/㎜
流量Q/(L·s-1)
流速V/(m·s-1)
V2
每米管长沿程水头损失i/(MPa/m)
管长L/m
沿程水头损失h=iL(MPa)
0~1
32
1.33
1.65
2.73
0.00732
3.2
0.02
1~2
32
1.88
2.34
5.46
0.02922
2.4
0.07
2~3
40
2.97
2.36
5.59
0.02266
3
0.07
3~4
40
3.26
2.59
6.73
0.03289
1
0.03
4~5
50
4.21
2.14
4.60
0.01141
2.6
0.03
5~6
50
4.43
2.26
5.09
0.01398
1
0.01
6~7
50
5.15
2.62
6.88
0.02554
2.6
0.07
7~8
50
5.32
2.71
7.34
0.02908
1
0.03
8~14
70
7.41
1.93
3.71
0.00475
10
0.05
14~19
80
7.64
1.52
2.31
0.00155
28
0.04
∑h=0.42
系统设计流量Qs=7.64L/s;
节点19处压力H23(mH2O)按下式计算:
H23=H0+1.2∑h+Hkp+HSL+Z[2](5-2)
H0——最不利点喷头的工作压力,mH2O,此处取值10mH2O;
∑h——从最不利点喷头至19点的管道沿程水头损失,mH2O,从表5-4计算结果,∑h=42mH2O;
Hkp——报警阀的局部水头损失,mH2O,设计规范规定为2.00mH2O;
HSL——水流指示器的局部水头损失,mH2O,设计规范规定为2.00mH2O;
Z——最不利点喷头与19点处的高差,m,从自动喷水灭火系统水力计算用图中得知,Z=1.40mH2O。
将各参数值代入得:
H23=10+1.2×42+2.00+2.00+1.40=65.8mH2O
任意4个喷头围合范围内的平均喷水强度Wp(l/(min·㎡))[2]与设计喷水强度的比较:
比较结果合格。
理论设计流量Qs(L/s)采用公式Qs=1.3WF/60(5-3)
W——设计喷水强度,L/(min·㎡),此处为6L/(min·㎡);
F——作用面积,㎡,此处为160㎡。
所以Qs=1.3×6×160=20.80L/s
理论设计流量Qs=20.80L/s。
5.3.4减压孔板的设置与计算
根据规范,中级危险场所各配水管入口的压力均不宜大于0.50MPa,凡动水压力超过规定值的配水管入口均设置减压孔板减压。
消火栓系统给水压力为35mH2O<5mH2O,所以不需要设置减压孔板减压。
5.3.5屋面消防水箱计算
消防水箱的贮水量按消防用水10min、消防流量为20L/s、自动喷淋流量为计算10L/s:
V=(20+10)×10×60/1000=18m3。
消防水箱尺寸选为2.5m×6m×1.6m,超高0.4m,消防贮水量为18m3。
6生活排水系统设计
6.1排水方式选
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