莫欣橦
同济大学浙江学院基建处 浙江省嘉兴市 314000
摘要：高层建筑给排水工程设计比一般建筑的要求更高，因为它具有楼层高、层数多、给排水量大等特点。因此，必须根据高层建筑给排水工程的特点进行设计。本文探讨了高层建筑给排水工程特点，分析了高层建筑给排水设计的要点，旨在起到抛砖引玉的作用。
关键词：高层建筑；给水系统；排水系统；节能；设计要点
一、主要特点
一是影响较大。使用给排水设备的人员多，用水量大。假如出现管道堵塞或停水，其产生的影响范围比较广，涉及的人员多。因此，必须做好高层建筑的给排水设计，以确保给排水工程的安全性、可靠性。
二是静水压力大。因为其具有较大的静水压力。假如只设置一个供水区，不仅使用起来不方便，而且很容易导致管道、配件的损坏。故此，应该做好竖向分区，这样可以使静水压力降到最低，从而确保给排水系统的安全运行。
三是振动噪音大。从高层建筑来看，所用的动力设备多，管道长，很容易产生比较强烈的振动与噪音。因此在进行高层建筑给排水设计时，必须充分考虑到管道防震与防噪的要求，采取有效措施。
四是消防要求高。消防风险大，容易引发火灾，如果失火，就会造成火势迅速地蔓延，且难以进行有效地疏散和扑救。故此，必须从消防角度做好给排水设计，确保消防给排水设计的安全性和可靠性。
五是管道压力波动大。因为给排水量大、管道长，容易产生强烈的压力波动。为了确保管道压力具有足够的稳定性和给排水能力，可以采用新型的单立管道，或是进行通气管系统的设置。此外，采用高强度的排水管道，并采用柔性接口。
二、高层建筑给水系统的设计分析
由于市政供水管网的水压无法满足城市高层建筑的用水需要，所以在给水系统中一般采用分区给水这一原则。即较低楼层的用户用市政管网直接供水，较高楼层的用户用增压水泵的方式进行供水。
高层建筑的给水方式有很多，一般有高位水箱给水方式、气压水箱给水方式、减压分区给水方式和变频泵给水方式。不同地区可根据不同的特点采取不同的给水形式，有的工程设计中也会把几种形式相结合来使用。
1.高位水箱给水方式。这种给水系统主要就是水箱和增压泵组成。通常有并联和串联两种方式，并联方式的增压泵放置在地下室或车库，水箱分别放置在各个分区，这种方式的优点就是各个系统互相独立，若某区故障停止供水，则其他区域不受影响。而且水泵集中安装，便于维护管理。缺点是要求水泵的功率较大，数量较多，且分区水箱占有了楼层的面积，影响整体的经济效益；串联方式的增压泵和水箱分设在各区，低区的水箱兼做高区的水池使用，这种方式的优点是系统勿需设置高压管线和高压水泵，但高区供水的安全性较差。两者共同特点是高位水箱长期搁置会产生二次污染。目前高位水箱给水方式采用率越来越少。
2.气压水箱给水方式。气压水箱给水方式在设计过程中一般配合减压阀一起使用。气压水箱搁置在地下室或车库中，通过气压水箱的压力配合通过各分区的减压阀分别供给不同分区的用水。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种给水方式的优点是只需要一个气压水箱就可以了，不仅节省了成本还节约了楼层面积。而系统管网也相对简单。缺点是气压水箱储水量小，水泵起停频繁，水压不稳定。运行费用较高。这种给水形式一般不适用于高层建筑生活给水方式，消防系统多有采用。
3.减压分区给水方式。减压分区给水方式和高位水箱的结构类似，区别在于，减压分区给水方式是由一个水泵把整个建筑的全部用水量送到楼顶的高位水箱，再由高位水箱分送至各自的减压水箱或减压阀。这种方式的优点是水泵用量少，设备费用较低。缺点是需要水泵的功率较大，运行成本高，且加压阀的稳定性较差，供水安全性低。楼顶的水箱容积较大，对于建筑的抗震和结构不利。而且楼顶总水箱一旦出现故障，整个楼层的供水都会受到影响。目前此种方式采用较少。
4.变频泵给水方式。变频泵给水方式不需要高位水箱，是在各分区放置一定的变频泵来提供和控制各分区的动力，一般的变频泵集中放置在地下室或车库。这种给水方式的优点是各区独立供水，互不干扰，变频水泵集中放置，便于检修和查看。不需要高位水箱，能够减少二次污染。缺点就是变频泵的数量要求较多，采购成本上升，此外，变频泵维修起来也较为复杂，需要专业的人士进行检修维护。随着变频技术的不断发展和广泛应用，这种给水方式目前也较多的用在高层给水系统中。
三、高层建筑排水系统的设计分析
高层建筑中的污、废水可以合流排放，也可以分流排放，根据不同的工程设计来采用不同的形式。民用高层建筑多采用污、废、雨水分流排放的方式。
1.排水管道的布置和敷设。在布置和敷设排水管道时，要尽量用最短的管线使污水排出室外。排水管道尽量不要经过墙体变形缝、伸缩缝、沉降缝，管道与墙体要保持一定的距离，便于之后的故障检修。在设计时要多多注意排水管的穿过墙体时的预留孔。
2.通气立管的设置。目前建筑排水系统中采用较多的有伸顶通气管、不伸顶通气管，独立设置通气立管、通气支管等。高层建筑中，因排水管路较长，管道内有毒气体难以自行排出，影响排水稳定，因此在排水系统中，多采用独立设置通气立管与大气相通，保障管道内压力稳定。
目前我们国家越来越重视节能减排举措，在高层建筑中的生活污水和雨水排放后，利用生物化工技术经过处理后，可以形成符合标准的中水。这样大大减少了水资源的浪费，增加了经济效益和社会效益。
四、排水系统设计要点
高层建筑排水设计的关键在于消除由高度引起的重力势能，因为水流自200-300m的高处落下，会产生极大的势能，破坏管系。而解决这一问题的突破口是分析水流状态。在排水立管当中，水流中有空气，是不均匀的，在下落过程中流量不稳定，且满流与不满流相互交替。当立管当中的水流处于柱塞流状态，且气流不会对水塞造成破坏时，会形成冲击流，前端为正压，比大气压强大，后端为负压，比大气压强小，伴随水塞不断下落，管内气压变化，产生喷溅或者是抽吸，影响水封层，致使排水系统无法正常工作。
为了确保排水管系的可靠性与安全性，并使设计做到经济合理，第一步应防止柱塞流的产生，使水流保持在理想状态，即等速水膜流，此时要通过水力计算，根据计算结果对立管负荷极限进行控制，使其在等速水膜流状态下达到终限流速时的流量。除此之外，还应采用有效的消能措施，减慢水流速度，防止管系受到水流冲击。通过试验得知，在立管上按一定间距布置“乙”字形弯能减慢近50%的水流速度，在实际工程中通常从顶层开始按照6层的间隔设置立管消能装置；另外一个能确保管系安全的方法是通过对通气立管的布置实现与大气相通，以此释放正压为负压提供补给，促使管内气压和大气压力相通，使空气能在立管中流通，并有效排除管内有毒有害气体，避免水封遭到破坏。实践表明，通过对通气立管的合理设置能提高近一倍排水性能。上述方法能在设计中有效消除由高度产生的水流势能，从而提高系统的安全性与稳定性。
结语
综上所述，从高层建筑的特点来看，主要有楼层多、结构复杂、功能复杂等特点，这给高层建筑给排水工程设计提出了更高的要求。作为设计人员，必须根据这些特点进行设计，切实采用采用分区供水的方式，以减少静水压力对底层的威胁，严格按照规范要求，结合工程实际，做好生活用水、消防用水及节能用水等方面的设计。
参考文献：
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[3]谷建建.关于高层建筑给排水工程优化设计的探讨[J].黑龙江科技信息，2015，16：256.
论文作者:莫欣橦
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第17期
论文发表时间:2019/3/19
标签：水箱论文; 方式论文; 高层建筑论文; 给排水论文; 气压论文; 分区论文; 高位论文; 《建筑细部》2018年第17期论文;