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摘要：这些年来，中国超高层建筑发展蒸蒸日上，但随之而来的有关超高层建筑给排水设计的很多问题有待处理，为提高建筑应用的舒适性和安全性，设计师需对给排水体系的设计给予了一定重视。本文以超高层建筑给排水系统的特点为基础，对设计中存在的问题和对策实施分析，以推动超高层建筑给排水系统的持续完善和发展。
关键词：超高层建筑；给排水设计；问题
引言：
随着中国国民经济的持续快速发展，超高层建筑愈来愈多地产生在人们的视野中。作为衡量技术实力与综合能力的象征，超高层建筑也是设计单位与设计师持续追求突破的动力。所以设计人员需注重超高层建筑给排水设计中的安全、可靠和经济性等等很多问题，并持续探索创新，力争更加合理化。
1、超高层建筑给排水设计存在的几个问题
1.1给水方式和分区设计存在问题
第一，不合理的给水方式。传统设计中，高区与低区分别使用屋顶高位水箱与地下室变频加压联合供水的形式，但对于超高层建筑群而言，高位生活水箱提升补水的最大难题，在于电气控制联动过于复杂，各楼栋的高位水箱补水难以有效联动地下室提升水泵；同时其以降低水质为代价，需要配合减压阀或减压水箱，占用了有效使用空间而阀门并不会明显减少。第二，给水分区的不当。许多超高层建筑给水设计时，出于方便施工、管理等思考，简单地把整个超高层建筑分为低区与高区2个部分，这样一来，各区楼层中间的供水压力存在相对大差异，导致高楼层用水压力不能获得满足，而低楼层管道承压过大，需要实施重复减压处理，造成许多的能量被浪费，整个给水系统的成本也比较高。
1.2效果并不理想的消防水系统设计
消防系统作为超高层建筑物的重要防火设施，对于保障超高层建筑物的安全性有着关键意义。但在现实设计经过中，很多设计者并没有具体掌握建筑物的每一项资料，对于建筑物的内部构造、每一个位置的性质等都没有实施深入认识，造成其在消费给水总量上计算错误，设计的消防给水体系不能满足现实消防工作的需要，给建筑物安全带来隐患。传统设计中，受超高层建筑高度的约束，“一泵到顶”通过减压阀分区的方式，使得低层的管道系统承受较大压力。此外，在施工后期维护当中，没有留意对消防水体系管道、设备等的保护，造成出现火灾时，消防体系中出现爆管，水泵烧毁的情况，影响了其正常应用。
2、超高层建筑给排水设计问题的解决对策
2.1合理选择给水分区与给水方式
给水系统的设计中，要实施科学的分区，能够根据国家拟定有关设计标准结合超高楼层的现实给水状况实施设计，对于100米以下的部分，一般每8～10层为一区，分区后可以使供水的能量消耗有效减少，而且方便管道的维护和管理。在给水方式选择时，能够使用变频供水结合低位水箱给水，或在本地供水部门允许下运用变频无负压给水设施，从市政供水管中直接抽水。经过科学规划给水分区使额外的供水能量消耗减少，节省供水成本，提高系统的平常管理和维护。对于100以上的楼层，可于100米以下的避难层设置转输生活水箱，再由避难层的生活水泵提升供给超高区。需要注意的是，转输生活的补水，需根据转输水箱的液位变化来联动地下室的工频生活泵，低水位补水，高水位停水，溢流水位报警。从而避免水泵直供造成管材等级提高所带来的浪费，同时减少了水泵运行能量，高效安全。
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2.2合理选择管材
超高层建筑中生活给水干管宜选用强度相对高的金属管，而非塑料管。较高强度的金属管包括涂塑钢管、衬塑钢管、不锈钢管等。管材壁厚因根据管材压力等级而定，压力等级不应超过各区的水泵工作压力。在管材连接时可以选择法兰、卡箍等方法都可以达到或超过管材自身的抗压强度，为减小安装空间可优先考虑卡箍式连接。螺纹连接一般用于DN100 以下管道，其承压能力比上述两者较小。超高层建筑水平晃动比较大，一般的排水铸铁管会被影响而让承口出现开裂，所以要选择具备接口能曲挠、抗震、迅速施工等特征的承插式柔性抗接口的排水管。其柔性接口在径、轴向震动、轴向拔出与角向位移时表现出优良的水密性。考虑到超高层雨水下落时形成较大负压，宜选取金属管作为雨水管材，配合幕墙内暗装的雨水管材多选用镀锌钢管。虹吸雨水排水管一般选用HDPE管，可用于超高层裙房大面积屋面。PVC-U排水管因为其自身强度稍差，特别是以成品胶粘接的经常容易脱落，超高层建筑中不宜应用。
2.3 排水系统设计
要保证排水管系安全可靠和经济合理，首先要保证排水立管中的水流不形成柱塞流，应维持在等速水膜流，这就需要进行严格水力计算，控制立管设计流量的负荷极限值为在等速水膜流状态下达到终限流速时的流量。以超高层住宅为例，卫生间的结合通气管宜每层连接，底部排水出户管宜放大一号，对于45层以上的厨房排水管，立管管径宜放大至DN150。此外排水立管宜采取一些消能措施，减小水流的下降速度，避免由于水流的冲击对管系造成损害，如隔一定距离于立管设置“乙字弯”。工程中一般自顶层起每隔13层左右，在避难层设置一套消能装置，可以在管系排水能力满足的同时，使排水势能得到有效消除，保证系统安全。
2.4提高消防水系统设计
为了保证建筑的安全，需要科学的设计高层建筑的消防用水体系。因为高层建筑的垂直间距相对高，这就导致了给水管道的静水压力非常大。如果供水系统只使用一个区供水的状况，非常明显将会增大静水压力，进而对给水管道导致破坏，影响到整个供水体系，所以，为了确保给排水体系的安全稳定的运行，在设计施工时，需要科学的实施竖向分区，以使管道的静水压力降低。现行规范要求，消防水泵的最大工作压力要小于2.4Mpa，对于在2.4Mpa以下的压力时，可使用减压阀来对竖向实施分区；对于2.4Mpa以上，一般需要“消防水泵—倒流防止器”或通过设置转输消防水箱串联供水。需要注意的是此两种方式的启泵顺序是不同的，消防泵通过倒流防止器直接串联时，地下室消防泵先启动，避难层消防泵后启动，以免避难层消防泵空转损坏；对于设置转输消防水箱的系统，水箱体积不应小于60立方，先启动避难层消防泵，后启动地下室转输消防泵，以免水箱大量溢流。特别需要注意的是，地下室的转输消防泵应独立设置，而不应与消防主泵合用。否则，转输水箱消防转输口会充压常闭，增加了阀门控制难度，而一旦转输口阀门损坏，会造成地下室消防泵误启动。
此外，《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014条文5.4.6条规定，对于建筑高度超过消防车供水高度时，消防给水应在设备层等方便操作的地点设置手抬泵或移动泵接力供水的吸水和加压接口。以武汉市为例，主要消防车供水扬程在120到150米之间，因此对于超过100米的建筑，设计中，宜在100米以下的避难层设置接驳间，但应注意接驳口需采取防倒流措施，避免压力传递至低楼层，通常做法是横环管前的立管上设置止回阀。
3、结语：
总体而言，超高层建筑给排水体系是建筑的“血液”，其运行优劣和人们的日常生活息息相关。在超高层建筑给排水设计当中，给水、排水与消防水设计上都存在着可优化空间。为避免给排水系统非正常工作，给人们的生活带来不便与安全隐患，在设计时，需增强对这些问题的关注度，使用合适的措施实施改善，提升超高层给排水设计的效果。
参考文献：
[1]王黄金.超高层建筑给排水设计中几个问题的思考[J].中华民居（下旬刊），2013，10：101-102.
[2]李艳凤.超高层建筑给排水设计中几个问题的思考[J].中国建筑金属结构，2013，24：84.
[3]刘海涛.浅谈高层建筑给排水设计[J].科技创新与应用，2014，26（06）：131.
论文作者:吕明捷
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期9月上
论文发表时间:2016/12/12
标签：高层建筑论文; 给排水论文; 水箱论文; 分区论文; 管材论文; 水泵论文; 地下室论文; 《基层建设》2016年25期9月上论文;