某住宅建筑给排水-毕业设计资料 93页

#*北京市某住宅建筑给排水设计摘要该建筑位于北京市，是集商业、住宅于一体的高层建筑，总建筑面积24097.07m2，地上33层，地下2层，建筑高度96m，属于一类公共建筑。因为该建筑物属于高层建筑，所以其给水排水系统的设计需按照高层建筑给水排水要求完成。根据掌握的实际情况，对建筑物内各卫生器具设备的给排水情况及其使用性质等相结合，设计如下给排水系统：给水系统：该建筑采用竖向分区供水，与变频水泵、减压阀相接合满足各用户的用水要求；市政管网用水考虑到为了保障供水质量，又经济节约，所以从市政管网引出两条给水管。排水系统：本设计采污废水和流排放体制。管材使用PVC-U管，因为其质地优良，可承受高强度的压力冲击，耐化学腐蚀，卫生间设置专用通气立管。消防系统：该建筑地下一、二层，商场一二层设自动喷水灭火系统，1~33层住宅区设消火栓系统。室内设专用消火栓给水管网，竖向分为两个区；室外消防管网的布置要求布置成环状管网且室外设地下式水泵接合器两套，便于消防车使用。热水系统：家用式燃气热水器，即开即用，无需等待，占地面积小，所以该建筑住户所需热水通过家用式燃气热水器供给。雨水系统：本建筑设置四根雨水立管，采用内排水系统。关键词：给水；排水；消防；消火栓；自动喷淋；雨水；高层建筑\n#*WatersupplyanddrainagedesignofaresidentialbuildinginBeijingcityAbstractThebuildingislocatedinBeijing,itisacommercialandresidentialinoneofthehigh-risebuildings,withatotalconstructionareaof24097.07m2,33floorsabovegroundand2undergroundfloors,buildingheightis96m,whichbelongstoaclassofpublicbuildings.Becauseofthebuildingbelongstothehigh-risebuildings,thedesignofwatersupplyanddrainagesystemmustbecompletedinaccordancewiththerequirementsforhigh-risebuildingwatersupplyanddrainage. Accordingtotheactualsituation,it’suseforwatersupplyanddrainageandotherpropertiesofthecombinationofvarioussanitarywareequipmentinthebuilding,combiningdesignofwatersupplyanddrainagesystemasfollows:Watersupplysystem:thebuildingadoptstheverticaldivisionwithvariablefrequencypumps,pressurereducingvalvejointmeetthewaterrequirementsoftheusers;municipalwaterpipenetworkintoconsiderationinordertoprotectwaterquality,andeconomical,sotwoleadscomefromthemunicipalpipenetworkwater.Drainagesystem:Thedesignofminingwasteandsewagedischargeflowsystem.PipeusingPVC-Upipes,becauseofitsfinetexture,cansupporthighstrengthpressureshock,resistancetochemicalcorrosion,toiletsetspecialventilationpipe.Fireprotectionsystem:thebuildingundergroundlayerandthesecondfloor,storealayerandthesecondsetautomaticsprinklersystem,from1to33floorresidentialfirehydrantsystem.Interiordesigndedicatedfirehydrantwatersupplynetwork,verticallydividedintotwozones;layoutrequirementsoutdoorfirepipenetworkarrangedinaringnetworkandperipheralchamberundergroundpumpadaptersets,easytousefire.Waterheatingsystems:Householdgaswaterheater,out-of-the-box,withoutwaitingfor,coveranareaofanareasmall,sothebuildingneededhouseholdhotwatersupplybydomesticgaswaterheater.Rainwatersystem:Thebuildingsetfourrainwaterriser,usingthedrainsystem.Keywords:watersupply;drainage;fire;firehydrant;sprinkler;rainwater;high-risebuilding\n#*目录引言-1-第1章建筑给水系统-2-1.1方案的拟定-2-1.2供水系统分类比较-3-1.3给水系统方案的确定-4-1.4给水管网水力计算-5-1.4.1用水量计算-5-1.4.2设计秒流量-6-1.4.3地下室内贮水池-7-1.4.4低区（1~4层）给水管网水力计算-8-1.4.6高区（20~33层）给水管网水力计算-13-1.4.6高区（20~33层）给水管网水力计算-13-1.5管材-15-1.6给水管道布置与设备安装要求-15-1.6.1室内给水管道的布置-15-1.6.2室内给水管道的敷设-16-第2章建筑消防给水系统-19-2.1方案的选定-19-2.2方案技术的选定-19-2.3消防系统-20-2.4消防给水系统方案的确定-21-2.5室内消火栓给水系统-21-2.5.1消火栓的布置-21-2.5.2消火栓口所需的水压-22-2.5.3水枪喷嘴的出流量-23-2.5.4水带阻力-23-2.5.5消火栓口所需的水压-23-2.5.6校核-24-2.5.7水力计算-24-2.5.8其他设施的设计-25-2.6自动喷水灭火系统的设计计算-27-\n#*2.6.1自动喷水灭火水力计算的基本数据-27-2.6.2自喷系统水力计算-27-2.6.3消防水池容积的计算-30-2.7室外消防给水系统-30-2.7.1室外消防给水管网-30-2.7.2室外消火栓-30-2.8管材-31-2.9消防管道布置及设备安装要求-31-2.9.1高层建筑消火栓给水管网布置-31-2.9.2自动喷水灭火系统管道及阀门等设置-32-第3章建筑排水系统的设计计算-33-3.1污废水排水系统-33-3.2排水系统方案的确定-33-3.2.1确定的基本原则-33-3.2.2排水系统方案比选-34-3.3排水系统组成-34-3.4排水系统水力计算-35-3.4.1建筑生活排水管道设计秒流量-35-3.4.2排水立管水力计算-36-3.4.3排水横支管水力计算-36-3.4.4排水出户管设计流量-37-3.4.5排水支管敷设-38-3.5化粪池的设计计算-38-3.6集水井及排水泵计算-40-3.7排水管道布置及设备安装要求-40-3.7.1排水管道的布置-40-第4章建筑雨水排水系统-45-4.1建筑雨水排水系统设计说明-45-4.2设计流量-45-4.2.1雨水设计流量计算-45-4.2.2暴雨强度计算-46-4.2.3雨水斗的选用-46-4.2.4连接管-46-4.2.5悬吊管设计-46-4.2.6立管设计-47-4.2.7排出管设计-47-\n#*4.2.8埋地管设计-47-结论与展望-49-致谢-49-参考文献-49-\n#*插图清单图1-1给水下行上给式原理图-4-图1-2低区1~4层给水管网水力计算用图-8-图1-3中区5~19层给水管网水力计算用图-11-图1-4高区20~33层给水管网水力计算用图-13-图2-1自喷系统图-29-\n#*表格清单表1-1生活给水管道的水流速度-7-表1-2卫生器具的给水额定流量、当量、连接管公称管径和最低工作压力-7-表1-3低区给水管网水力计算表（1~4层）-9-表1-4水表的水头损失允许值（kPa）-10-表1-5中区给水管网水力计算表（5~19层）-12-表1-6高区给水管网水力计算表（20-33层）-14-表1-7管道与管道、墙、梁、柱及设备之间间距-16-表1-8一般卫生洁具给水管的安装高度-17-表2-1自动喷水灭火系统设计参数-20-表2-2水枪水流特性系数-23-表2-3水带阻力系数值表-23-表2-4消火栓给水系统配管水力计算表-24-表2-5减压稳压消火栓设置情况表-26-表2-6自动喷水灭火系统基本设计参数-27-表2-7自喷系统最不利管段水力计算表-29-表3-1本工程可供选择的排水系统方案-34-表3-2卫生器具排水流量、当量和排水管的管径-35-表3-3卫生间、厨房和阳台当量数-35-表3-4排水立管最大设计排水能力-36-表3-5排水立管设计流量-36-表3-6排数管道的最大计算充满度-36-表3-7排水水力计算表-37-表3-8硬聚氯乙烯排水出户管（PVC-U）水力计算表-37-表3-9排水出户管设计流量-38-表3-10异层排水和同层排水支管（地漏）敷设方式和特点-38-表3-11化粪池型号尺寸参数-40-表3-12排水管的最小埋设深度-42-表3-13间接排水口的最小空气间隙-43-\n\n#*引言本次设计在选题的过程中，考虑到地区性、建筑性质，选用高层建筑，建筑类别相对高级，进行建筑给水排水工程的设计，满足人们的生活需要，并且使人们得到舒适、便利生活环境。因高层建筑层数多、建筑高度大、建筑功能广、建筑结构复杂，以及所受外界条件的限制等，高层建筑给水排水工程无论是在技术深度上，还是广度上，都超过了低层建筑物的给水排水工程的范畴，并且有以下一些特点：高层建筑给水排水设备的使用人数多，瞬时的给水量和排水流量，以及经济合理的给水排水系统形式，并妥善处理排水管道的通气问题，以保证供水安全可靠、排水通畅和维护管理方便。下面就高层建筑给水排水工程的主要特点介绍如下：（1）高层建筑层数多、高度大。给水系统及热水系统中的静水压力很大，为保证管道及配件免受破坏，必须对给水系统和热水系统进行合理的竖向分区，加设减压设备以及中间和屋顶水箱，使系统运行完好。（2）高层建筑的功能复杂，失火可能性大，失火后蔓延迅速，人员疏散及扑救困难。为此，必须设置安全可靠的室内消防给水系统，满足各类消防的要求，而且消防给水的设计应“立足自救”，方可保证及时扑灭火灾，防止重大事故发生。（3）高层建筑对防噪声、防震等要求较高，但室内管道及设备种类繁多、管线长、噪声源和震源多，必须考虑管道的防震、防沉降、防噪声、防水锤、防管道伸缩变位、防压力过高等措施。以保证管道不漏水，不损坏建筑结构及装饰，不影响周围环境，使系统安全运行。\n#*第1章建筑给水系统生活给水系统主要是供卫生间、洗涤盆、淋浴、冲厕所便器等生活用水，通过管网送到用水点的水质必须符合国家规定的饮用标准，送至配水点的水必须满足水量、水压和水质的要求。1.1方案的拟定1.方案的形成室内给水系统合理的供水方案，应根据建筑物的高度、市政管网所能提供的水压和工作情况、各种卫生器具所需的压力、室内消防所需的设备程度及用水点的分布情况加以选择。2.高层给水系统的竖向分区建筑高96m，其中供水高度93.1m，分区过小，设备将增多，投资维护管理费用增加；分区过大，会产生超压，对低区产生不利影响，分析如下：（1）静水压力过大，阀门或水龙头关闭时易产生水锤，水流噪音和震动，对管材和配件产生机械磨损，甚至破裂。（2）给水系统低层配水点压力过高，将引起水量地再分配，低层会出现水量过大，上层会出现水量过小现象，破坏管网的流量平衡。（3）管网压力过大，低层水龙头开启，水流喷溅，使用不便。所以，合理确定分区压力值至关重要，根据我国的《建筑给水排水设计规范》GB50015－2003规定：各分区最低卫生器具配水点出的静水压力不宜大于0.45MPa，特殊情况下不宜大于0.55MPa；水压大于0.35MPa的入户管，宜设减压或调压设施；各分区最不利配水点的水压，应满足用水水压的要求。城市管网提供的可靠水压250kPa。本设计是33层的高层住宅建筑，地下一层是车库，地下二层是设备层，裙房一层和二层是商业区，主楼1~33层为住宅，每层8户。本设计分高中低区进行供水，低区（1~4层）用水由市政管网供水提供。中区（5~19层）、高区（20~33层）采用水泵房变频泵组供水。由于市政管网提供的压力在高层建筑中不能满足直接供水的要求，有必要对管网供水进行提升或加压，一般高层建筑设计使用高位水箱供水方式或采用变频水泵，供水压力稳定。当高层建筑竖向分区确定后，最重要的问题是采用何种给水形式，从而确定经济合理，技术先进，供水安全可靠的给水系统。根据高层建筑给水技术现状，给水系统可以概括为以下三种：（1）高位水箱给水系统：一次提升屋顶水箱直接供水方式。优点：系统简单，设备少，维护管理容易。缺点：适用于12层以下的住宅、旅馆和办公楼，分区时上部的用水量占总用水量的很少部分。（2）\n#*气压罐（气压设备）给水系统：该系统是利用密闭水罐内空气可被压缩的性能，根据波玛定律来提高空气压力对水加压的过程。优点：具有隐蔽性，适用于住宅、地震区和其它不宜建造高位水箱的地区和场合。缺点：结构复杂，一次性投资大，维护工作量较大。（3）无水箱给水系统：这种方式是控制水泵在供水压力恒定的情况下，使水泵的出水量随管网的用水量的变化而变化，实现变流量供水。包括水泵恒速变流量和水泵变频调速供水。A.水泵恒速变流量适用于用水量较大的建筑群，不适用于单体高层建筑。B.水泵变频调速供水优点：高效节能；设备占地面积少，不设高位水箱，减少了建筑负荷，节省水箱的占地面积，而且也避免了水箱二次污染。综上三种给水方式，参照有关资料进行技术经济分析：由于该建筑用水量比较均匀，可采取A方案；从节能的角度考虑，可选B方案。高位水箱供水管材使用量多，加大了对工程的投资额度，而且还增加了建筑物的负荷，若将水一次性加压至屋顶水箱，再自流供水，不但不节能且减压阀减压值大，一旦减压阀失灵对阀后用水存在安全隐患。采用变频水泵供水，既减少了楼体荷载，又节省了平时水箱的维护管理费用。经过方案的比较，采用变频水泵供水是安全又合理的。1.2供水系统分类比较供水系统按照水平配水干管的铺设位置分为：1.下行上给式水平配水干管敷设最低层（明装、埋设或沟敷）、地下室或天花板下。居住住宅、公共建筑和工业建筑在利用外网水压直接供水和变频泵供水时多采用这种方式。优点是图式简单，明装时便于安装维修，不存在上行下给式的损坏墙面问题。缺点是与上行下给式相比为最高层配水点流出水头较低，埋地管道检修不便。2.上行下给式水平配水干管敷设在顶层天花板下或吊顶之内，对于非冰冻地区，也有敷设在屋顶的，对于高层建筑也可设在技术夹层内。设有高位水箱的居住楼、公共建筑和工业厂房多采用这种方式。优点是最高层配水点流出水头稍高。缺点是安装在吊顶内的配水管可能因漏水或结露损坏吊顶和墙面，要求外网水压稍高一些，管材消耗也比较多些。根据以上的分析，本设计各个分区均采用下行上给式。其原理图如下：\n#*图1-1给水下行上给式原理图1.3给水系统方案的确定该建筑为高层建筑，市政管网所提供的最小资用水头为250kPa,若只采用一个给水系统供水，建筑低层的配水点所受的静水压力很大，易产生水锤，损坏管道及附件，流速过大产生水流噪音；低层压力过大，开启水龙头时，水流喷溅严重；使用不便，根据《建筑给水排水设计规范》，卫生器具的最大静水压力不宜超过0.45MPa。由于其层数多，竖向高度大，为避免低层配水点静水压力过大，进行竖向分区。据设计资料以及规范中的要求并结合该楼的功能分区，将该建筑在竖向上分为3个供水区，低区为1~4层；中区为5~19；高区为20~33层。低区利用市政给水管网供水压力直接供水；中区和高区采用变频水泵加压供水。本设计采用高区每层均设减压阀的供水方式，采用Y型减压稳压阀。阀后压力在0.2MPa左右，使供水达到最大舒适度[1]。变频调速水泵给水是目前高层建筑中普遍采用的一种给水方式，可以实现水泵流量供水时保持高效运行，使运行更可靠、更合理、更加节能。变频调速水泵具有以下优点：（1）设备时刻监测供水量，使机组处于高效节能的运行状态。水泵软启动，启动电流小，能耗少。（2）设备占地面积小，不设高位水箱，减少了建筑负荷，节省水箱占地面积，又可有效的避免水质的二次污染，给水系统也随之相应简化。（3）水泵软启动，减少了水泵机组的机械冲击和磨损，因而延长了设备的使用寿命。（4）管理简便、运行可靠。（5）无负压设备可以充分利用市政管网的压力，并且不会使市政管网产生负压。（6）无负压供水设备不需设水池，避免二次污染。前已述及，该建筑给水系统竖向分三个供水区，地上1~4层为低区，利用市政管网供水压力直接供水，5~19层为中区，20~33层为高区。中区和高区采用变频调速水泵供水。机组设置在地下二层给水设备间。\n#*1.4给水管网水力计算进行给水管网最不利管段的水力计算，目的是算出各管段的设计秒流量，各管段的长度，计算出每个管段的当量数，进而根据水力计算表查出各管段的管径，每米管长沿程水头损失，计算管段沿程水头损失，最后算出管段水头损失之和，进而根据水头损失算出所需压力。本栋建筑住宅为33层，由设计资料可知每层为8户居民。根据设计规范，住宅区为普通住宅Ⅱ，最高日生活用水定额取250L/(人•d)，小时变化系数取=2.5，每户3.5人，则该建筑居住人数为33×8×3.5=924人，使用时数取T=24。1.4.1用水量计算（1）建筑住宅用水定额及用水量计算①　最高日用水量（1-1）式中：——设计单位数；——单位用水定额，住宅用水量标准取250，该值是根据当地实际用水情况确定。则最高日用水量。②　最大小时生活用水量（1-2）式中：——最高日生活用水量；——每日使用时间；——小时变化系数。则最大小时生活用水量。（2）商场用水定额及用水量计算本栋建筑裙楼1~2层为商场，根据《建筑给排水设计规范》确定商场用水量标准为，由设计图纸可知商场建筑面积为，时变化系数取，使用时数，商场部分由市政管网直接供水。①　最高日用水量式中：——设计单位数；——单位用水定额，商场用水量标准为。\n#*则最高日用水量。①　最大小时生活用水量式中：——最高日生活用水量；——每日使用时间；——小时变化系数。则最大小时生活用水量。1.4.2设计秒流量当前我国使用的住宅生活给水管道设计秒流量公式是：(1-3)式中———计算管段的设计秒流量，L/s；———计算管段的卫生器具给水当量同时出水概率，%；———计算管段的卫生器具的给水当量总数；0.2———以一个卫生器具给水当量的额定流量的数值，其单位为L/s。设计秒流量是根据建筑物配置的卫生器具给水当量和管段的卫生器具给水当量同时出流概率来确定的，而卫生器具的给水当量同时出流的概率与卫生器具的给水当量数和其平均出流概率有关[2]。根据数理统计结果得卫生器具给水当量的同时出流概率计算公式为：(1-4)式中———对于不同的卫生器具的给水当量平均出流概率的系数卫生器具的给水当量平均出流而计算管段最大用水时概率计算公式为：(1-5)式中———生活给水管道最大用水时卫生器具的给水当量平均出流概率，%；———最高日用水定额，L/(人·d)；m———用水人数，人；———小时变化系数；T———用水时间。由此式得出的查GB50015-2003中~值对应表，求出。由《建筑给水排水设计规范》附录D可以查出（内插法）。\n#*一到二层为商场，因此，设计秒流量公式为：＝0.2(1-6)式中——计算管段的生活设计秒流量，L/s；——计算管段的卫生器具当量总数；——根据建筑物用途确定的系数。商场值取1.5，即设计秒流量为：＝0.2＝0.2×1.5×＝0.3（L/s）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）第3.6.9条对生活给水管道的水流速度有一定的要求。表1-1为生活给水管道的水流速度。表1-1生活给水管道的水流速度公称直径（mm）15~2025~4050~70≥80水流速度（m/s）≤1.0≤1.2≤1.5≤1.8《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）第3.1.14条对卫生器具的给水额定流量、当量、连接管公称管径和最低工作压力有相应的规定。表为本工程各种卫生器具的给水额定流量、当量、连接管公称管径和最低工作压力[17]。表1-2卫生器具的给水额定流量、当量、连接管公称管径和最低工作压力序号给水配件名称额定流量（L/s）当量连接管公称管径（mm）最低工作压力（MPa）1厨房洗涤盆0.151.00150.0502洗脸盆0.150.75150.0503沐浴器0.150.75150.0504大便器冲洗水箱浮球阀0.100.50150.0205家用洗衣机0.201.00150.0501.4.3地下室内贮水池贮水池分为两格，并能独立工作或分别泄空，以便清洗与检修。贮水池进水管和出水管布置在相对位置，以便池内贮水经常流动，防止滞留和死角，以防贮水水质发生变化。贮水池设有防水设施，防止贮水渗漏和地下水渗入。贮水池设水位指示器，将水位情况反应到泵房和控制室。生活水池与消防水池分别设置，并且根据具体设计情况，生活贮水池容积按该建筑最高日用水量的20%~25%计算，本设计取20%（1）贮水池容积V=20%Qd=20%×234.28=46.856m3，取水池容积为50m3；\n#*（2）池尺寸确定长×宽×高=4.0×4.0×3.5=56m3>46.856m3；（3）贮水池构造a、贮水池由不锈钢板制成，不会对水质造成污染。b、贮水池设进水管、出水管、通气管、引流管、泄水管、水位信号装置、液位计。引流管口径应比进水管口径大一级。c、贮水池亦作吸水井，以充分利用其有效容积。d、贮水池应设计成保证池内水经常流动，防止死角，进水管和出水管在相对的位置不宜靠近。e、贮水池设溢流液位和最低报液位警信号[3]。1.4.4低区（1~4层）给水管网水力计算根据低区水力计算用图1-2·，1~4层管网水力计算成果见表1-3。图1-2低区1~4层给水管网水力计算用图\n#*表1-3低区给水管网水力计算表（1~4层）计算管段编号当量总数同时出流概率U（%）设计秒流量q（L/S）管径DN(mm)流速v(m/s)单阻i(kPa)管长(m)沿程水头损失（kPa)0-10.7551.660876070.08150.500.27510.2751-21.551.660876070.15150.750.5640.950.53582-3251.660876070.21151.001.0395.65.81843-4351.660876070.31200.820.4531.354-5451.660876070.41201.050.703149.8425-61626.82726920.86320.840.2612.90.75696-73219.521708311.25321.230.5192.91.50517-84816.279983911.56400.940.2342.90.67868-96414.345715211.84401.100.315113.4659-106414.345715211.84401.100.31561.89∑hy=26.1168kPa由图表可知：（其中0.8为配水嘴距室内地坪的安装高度）。（即最不利点水嘴的最低工作压力）。计算水表的水头损失，水表的水头损失可按下式计算：=（1-7）式中——水表的水头损失，kPa；——计算管段的给水设计流量，/h；——水表的特征系数，一般由生产厂提供，也可按下述计算：旋翼式水表：；螺翼式水表：,其中为水表的过载流量，/h。水表的水头损失应满足表1-4的规定，否则应适当放大水表的口径。\n#*表1-4水表的水头损失允许值（kPa）表型正常用水时消防时旋翼式小于24.5小于49.0螺翼式小于12.8小于29.4选用LXL-100型旋翼式水表（常用流量为50m3/h，过载流量为120m3/h），性能系数，则该水表的水头损失是：故室内所需的压力=115+33.94+0.21+50=199.15kPa式中H——建筑内给水系统所需水压，kPa；H1——引入管起点到最不利点的静水压，kPa;H2——引入管起点到最不利点的管路水头损失之和，kPa。H3——水流流过水表时的水头损失，kPa；H4——最不利配水点所需最低工作压力，取50kPa。室内所需的压力小于市政给水管网常年供水压力250kPa，可以满足1~4层供水要求，不再进行调整计算。\n#*1.4.5中区（5~19层）给水管网水力计算根据中区水力计算用图1-3，5~19层管网水力计算成果见表1-5。图1-3中区5~19层给水管网水力计算用图\n#*表1-5中区给水管网水力计算表（5~19层）计算管段编号当量总数同时出流概率U（%）设计秒流量q（L/S）管径DN(mm)流速v(m/s)单阻i(kPa)管长(m)沿程水头损失（kPa)0-10.7551.660876070.08150.500.27510.2751-21.551.660876070.15150.750.5640.950.53582-3251.660876070.21151.001.0395.65.81843-4351.660876070.31200.000.45031.354-5451.660876070.41201.050.703149.8425-61626.82726920.86320.840.2612.90.75696-73219.521708311.25321.230.5192.91.50517-84816.279983911.56400.940.2342.90.67868-96414.345715211.84401.100.3152.90.91359-108013.024803492.08500.760.1192.90.345110-119612.04921332.31500.870.3582.91.038211-1211211.290634442.53500.950.5172.91.499312-1312810.678914522.73501.040.3922.91.136813-1414410.17203482.93501.110.2832.90.820714-151609.7430886363.12501.190.2632.90.762715-161769.373941913.30501.250.2912.90.843916-171929.0518677013.48501.320.3192.90.925117-182088.7676353953.65501.380.3482.91.009218-192248.514365263.81501.440.3752.91.087519-202408.2868106483.98501.500.52925.513.489520-212408.2868106483.98501.500.52963.174∑hy=47.8073kPa\n#*1.4.6高区（20~33层）给水管网水力计算根据高区水力计算用图1-4，20~33层管网水力计算成果见表1-6。图1-4高区20~33层给水管网水力计算用图\n#*表1-6高区给水管网水力计算表（20-33层）计算管段编号当量总数同时出流概率U（%）设计秒流量q（L/S）管径DN(mm)流速v(m/s)单阻i(kPa)管长(m)沿程水头损失（kPa)0-10.7551.660876070.08150.500.27510.2751-21.551.660876070.15150.750.5640.950.53582-3251.660876070.21151.001.0395.65.81843-4351.660876070.31200.000.45031.354-5451.660876070.41201.050.703149.8425-61626.82726920.86320.840.2612.90.75696-73219.521708311.25321.230.5192.91.50517-84816.279983911.56400.940.2342.90.67868-96414.345715211.84401.100.3152.90.91359-108013.024803492.08500.760.1192.90.345110-119612.04921332.31500.870.3582.91.038211-1211211.290634442.53500.950.5172.91.499312-1312810.678914522.73501.040.3922.91.136813-1414410.17203482.93501.110.2832.90.820714-151609.7430886363.12501.190.2632.90.762715-161769.373941913.30501.250.2912.90.843916-171929.0518677013.48501.320.3192.90.925117-182088.7676353953.65501.380.3482.91.009218-192248.514365263.81501.440.37563.223.719-202248.514365263.81501.440.37562.25∑hy=56.0063kPa1.4.7中高区生活给水泵的计算与选择变频调速供水方式，水泵的出水量要满足系统高峰用水要求，故中高区水泵的出水量应按中高区给水系统的设计秒流量确定。中高区的水表设置同低区，选用LXL-100型旋翼式水表，故水表水头损失为kPa。由表1-5，中区给水设计秒流量为=3.98L/s。中区最不利点为洗脸盆，流出水头取50kPa。所需压力：\n#*kPa由表1-6，高区给水设计秒流量为=3.81L/s。高区最不利点为洗脸盆，流出水头取50kPa。所需压力：kPa该设计中，中高区根据流量和扬程各选用一套无负压变频机组向中高区供水。每层水表前均设减压稳压阀。1.5管材镀锌钢管是我国长期以来在生活给水中采用的主要管材，镀锌钢管质地坚硬，刚度大，市场供应完善，施工经验成熟。但镀锌钢管也存在着一些问题：管道由于长期工作，镀锌层逐渐磨损脱落，钢体外露，管壁腐蚀，出现黄水，污染水质，污染卫生洁具；长久的锈蚀使管道断面缩小，水流阻力增大。本设计中给水系统采用给水PP-R聚丙烯管。具有以下优点：（1）耐高温、高压。（2）热熔连接，方便快捷、安全牢固。（3）噪声水平低。（4）抗老化性能优异，最短使用寿命50年。（5）施工简单，操作时间短：用专门工具连接，管件连接瞬间完成。（6）接头内壁通畅：接口同水管等径，阻水性小。1.6给水管道布置与设备安装要求1.6.1室内给水管道的布置给水管道的布置与建筑物的性质、结构情况、用水要求、配水点和室外给水管道的位置以及给水系统的给水方式等有关，一般应符合下列原则和要求。1.确保供水安全的良好的水力条件，力求经济合理室内给水管道应在满足水量、水压要求的前提下，使管线布置得最短，尽可能呈直线走向。引入管、主干管、立管应尽量敷设在用水量最大或不允许间断供水的配水点附近，这对保证供水安全、减少流程中不合理的转输流量、降低室内管网所需压力、节约管材都是有利的。高层建为筑保证安全供水，应从室外管网不同侧设两条或两条以上引入管，并将室内管道连成环状或贯通成树枝状，进行双向供水。如不可能，也可由室外环网同侧引入，但两根引入管间距不得小于10m。并在接点间设置阀门，或采取设贮水池、增设第二水源等安全供水措施。2.保证管道不受损坏，防止水质污染给水埋地管应避免布置在可能受重物压坏处，管道不得穿越生产设备基础，如遇特殊情况，必须穿越时，应与有关专业人员协商处理。\n#*给水管道不得敷设在排水沟内。给水管道不得穿过大、小便槽，当立管位于小便槽顶部0.5m以内时，在小便槽顶部应有建筑隔断措施，以防管道腐蚀。给水管道不宜穿过伸缩缝、沉降缝，否则就采取软性接头法或丝扣弯头法、活动支架法保护措施。生活饮用水管道不得与非饮用水管道连接。在特殊情况下，必须以饮用水作为工业备用水源时，两种管道连接处应采取防止水质污染措施。饮用水管与大便器（槽）连接时，应采取防止非饮用水倒流污染的措施，如在冲洗水管上设防污助冲器，或安装带有空气隔断装置的冲洗阀。3.不影响生产安全的建筑空间的使用给水管道的位置不得妨碍生产操作、交通运输和建筑物的使用。管道不得布置在遇水易燃、易爆和易损坏的原料、产品和设备上面，并应尽量避免在生产设备上面通过。管道不宜穿过橱窗、壁柜和木装修[5]。4.便于管道安装、维修管道与管道、墙、梁、柱及设备之间应保持一定的间距，以便安装、维修。它们的最小间距参见表1-7。表1-7管道与管道、墙、梁、柱及设备之间间距给水管道名称室内墙面(mm)地沟壁和其它管道(mm)梁、柱、设备(mm)排水管注水平净距(mm)垂直净距(mm)引入管1000150在排水管上方横干管10050此处无焊缝500150在排水管上方立管管径（mm）﹤3232～503575～10050125～150601.6.2室内给水管道的敷设室内给水管道的敷设有两种方式，明装、暗装，按照甲方的意思进行。明装管道应尽量沿墙、梁、柱平行敷设。暗装管道横干管除直接埋地外，宜敷设在地下室、顶棚或管沟内，立管可敷设在管井中。给水管与其它管道同沟或共架敷设时，宜设在排水管、冷冻管上面，热水管或蒸汽管下面，给水管不宜与输送易燃、可燃或有害的液体、气体的管道同沟敷设。管道井尺寸应根据管道数量、管径大小、排列方式、维修条件结合建筑平面合理确定。设备设计人员还希望管道（线）井内不要有梁柱。进入管道井检修时，能通过的净宽不宜小于0.6m\n#*。管道井应每层设检修设施，每两层应有横向隔断，检修门宜开向走廊。给水管穿过地下室外墙或地下构筑物的墙壁处，应采取防水措施。穿过承重墙或基础处，应预留洞口，且管顶上部净空不得小于建筑物沉降量，一般尺寸一般采用d+50mm～d+100mm。给水横干管宜有0.002～0.005的坡度，坡向泄水装置。为防止生活饮用水管道被使用过的水回流而造成污染，管道敷设时，应注意配水出口不得被任何液体或杂质所淹没[8]。一般卫生洁具给水管的安装高度见表1-8。表1-8一般卫生洁具给水管的安装高度序号卫生洁具名称卫生洁具边缘离地面高度给水配件中心距地面的一般高度注居住和公共建筑幼儿园1架空式污水盆（池）（至上边缘）8008001000在幼儿园内，洗手盆、洗脸盆的水龙头及盥洗槽、挂式小便器上的冷水管、冲洗管应根据以上洁具的安装设计，适当降低2落地式污水盆（至上边缘）5005008003洗涤盆（至上边缘）80080010004洗手盆（至上边缘）800500350（下部进管）5洗脸盆（至上边缘）800500970（上部龙头）6盥洗槽（至上边缘）8005001020（冷水管）7浴盆（至上边缘）480—650～7008蹲、坐式大便器（从台阶面至高水箱底）180018002048（从台队面至角阀）9蹲式大便器（从台阶面至低水箱底）900900600（从台阶面至角阀）10坐式大便器（至低水箱底）外露排出管式虹吸喷射式510470—370250（角阀）250（角阀）11坐式大便器（至上边缘）外露排出管式虹吸喷射式400380——12大便槽（从台阶面至冲洗水箱底）不低于2000—不低于2400（水箱截止阀）13立式小便器（至受水部分上边缘）100—113014挂式小便器（至受水部分上边缘）600450105015小便槽（至台阶面）200150（1100冲洗管）\n#*16化验盆（至上边缘）800—1000给水与排水管平行、交叉时，其距离分别大于0.5m和0.15m，交叉时给水管在上。立管上设闸阀，横管上设截止阀，则当立管管径大于50mm时，采用截止阀。水泵基础高出地面20cm，水泵采用自动启动。贮水池采用钢筋混凝土，水位由浮球阀控制，且为安全起见，设两个浮球阀。\n#*第2章建筑消防给水系统2.1方案的选定高度为10层及以上的建筑和高度超过24.0m的建筑的消防给水系统称为高层建筑室内消防给水系统。根据《高层建筑给水排水设计手册》知，本建筑属于一类防火建筑。由《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.6.5条知，消火栓口的静水压力不应大于1.0MPa，当大于1.0MPa时应采取给水系统分区，因此本建筑消火栓需要设置两个区，设置消火栓灭火系统和自动喷淋灭火系统[10]。灭火系统包括消火栓灭火系统和自动喷淋灭火系统，两个系统分开设立自成系统，由专门水泵抽水供给。室内消火栓灭火系统灭火时间为2.0h，流量为40L/s；自动喷淋灭火系统灭火时间是1.0h，流量为30L/s；室外消火栓灭火系统灭火流量为30L/s。灭火前10min用水量由高位水箱供给，而后水泵启动供水。并且在不能用水灭火的场所采用化学消防。消防具体拟定方案如下：方案A：气压水罐提供前十分钟的水量，设置减压阀在低处减压，该方案优点是设备简单，可以贮存一部分消防水量，省去了消防水箱，避免了水质变坏。缺点是多了一些设备，一次性投资较大，且有一定的噪声。方案B：在楼顶设置高位水箱，低处设置减压孔板减压，在地下室设置加压措施。优点是投资少，运行方便，安全。缺点是需要设置单独高位水箱间，管理不够方便。比较上述两个方案，消防系统对于高层建筑来说是比较重要的，尤其是超过自救高度范围的高层建筑更是尤为重要，然后又要考虑到经济效益和成本，所以采用方案B。2.2方案技术的选定据规范要求，消火栓的作用半径不得大于30m，按此原则在建筑物内布置消火栓并确定其数量。根据规范要求，消火栓设置在使用方便且显眼的地方，同时应设检查和试验用的消火栓（屋顶消火栓），供本单位和消防队定期检验室内消火栓给水系统的供水能力时使用，而这对保护本建筑物免受邻近火灾的威胁也有良好的效果。另外室外设水泵接合器，以便消防车接入，保证消防安全可靠。本建筑是高度大于50m的住宅，属于一类建筑，由于层数高、面积大、人员多、设备多、装饰材料有一定的火灾危险性，从消防的角度看，大体有几个重要特征：火灾发展蔓延快；功能复杂，火灾危险性大；补救困难；人员疏散困难。根据以上特点，并根据消防车救火特点，超过50m时国内消防车无法适用，所以本建筑立足自救，以建筑内部消防设施为主，消防人员仅通过消防电梯登高使用内部消火栓灭火。\n#*2.3消防系统1.室外消火栓给水系统：室外消火栓管网围绕建筑环形设置，因室外管网压力充足，可以保证室外消防水压，因此不必设置室外消防水泵，由市政管网直接供水即可。消火栓的布置由《高规》第6.3.5条规定，消火栓位置距离路边不宜大于2m，距离建筑物外墙不宜小于5m，但不宜大于50m。在水泵结合器15~40m的范围内，亦应该设置消火栓。另外由于北京地区天气寒冷，宜设置地下消火栓[18]。2.室内消火栓给水系统：由《高规》第6.4.1条，室内消防给水管网应布置成环状，为保证消防的安全性，在平面上成环，在竖向上亦成环。环状管道上需要引出枝状管道时，枝状管道上的消火栓数量不应超过一个，室内消火栓系统的引入管不少于两条，当其中一条发生故障时，另外一条应能保证消防流量和水压。水泵结合器直接接入地下一层水平吊顶中。消防立管布置应保证同层相邻两个消火栓的充实水柱同时到达室内任何部位，在消防电梯前室设有专用的消火栓，在起火时用于电梯消防和消防队员冲出前室使用。水枪口径采用19mm，水龙带口径65mm，水泵结合器采用相同规格的并且全楼统一采用，消火栓箱内均采用口径65mm的单出口水枪，一支19mm口径喷枪，一卷20m衬胶水龙带，还有19mm的内径胶管，胶管的一端用钢管接消防立管，另一端接喷枪，当发现火警及消防队队员未到达时，由普通人员用喷枪灭火，以防止火灾蔓延。箱内有手动报警器，能将信号报警至消防中心，并启动该区消防泵。水枪的充实水柱取12m。3.自动喷淋给水系统：根据建筑防火要求，需要设置自动喷淋灭火系统。由《自动喷水灭火系统设计规范》第6.1.1条，本建筑属于中危险级，温度在4－70℃之间，故可以采用湿式自动喷淋灭火系统。该系统的基本设计数据如表2-1：表2-1自动喷水灭火系统设计参数设计喷头强度L/（minm2）作用面积m2喷头工作压力MPa601600.1本设计大部分区域采用68℃喷头，平面布置上使喷头与房间融为一体，大空间采用矩形布置，保证没有死角。尽量使横竖成行，均匀布置。自动喷水灭火系统和消火栓系统共用一个高位水箱，喷淋管系各自独立，原则上不跨越防火分区，在横管接立管处设有水流指示器，立管接环处设有报警阀。当建筑发生火灾时使喷头炸裂，打开喷淋系统，这时水流指示器开始运作，输出电信号给消防控制中心，启动喷淋消防泵，扑灭火灾。自动喷淋系统的组成：（1）闭式喷头：是自动喷淋系统主要组成部分，系统通过热敏释放机构的动作而实现灭火。（2）配水管网：采用湿式喷淋系统，管网充水，管网竖直成环，在管网每层每根立管的末端设有阀门、压力表和试验用泄水装置。（3）控制信号阀：当喷头\n#*自动喷水后，由控制信号阀自动报警至消防中心，为确保安全，除由水力警铃外，还应有电动报警器。（4）管道的吊架和防晃装置：吊架与支架的位置以不妨碍喷水效果为原则，一般吊架与喷头的距离大于0.3m，距末端喷头距离小于0.75m。对电器设备要求：（1）喷头喷水时，水流指示器和报警阀报警至消防中心和消防泵站。（2）水流指示器应能明显指示该建筑哪层哪部分喷头在喷水灭火。（3）安装的烟感和温感探测器能通过电器设备自控装置进行报警。（4）最不利点压力降低到0.06MPa以下时，喷淋泵自动开启和报警。（5）两台同型喷淋消防泵应具有自动切换功能，当一台泵启动30s后，不能达到要求时，另一台泵应自动开启。（6）延时器安装在报警阀与水力警铃之间的信号管上，应能防止管路发生水锤时引起水力警铃的误动作。2.4消防给水系统方案的确定根据设计条件，参照《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）（2005年版）及《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）（2005年版），确定该建筑为一类建筑，火灾危险等级为中危险级一级。根据《高层民用建筑设计防火规范》，该建筑需要设置室内消火栓给水系统，室外消火栓给水系统及自动喷水灭火系统。同一时间的火灾次数按一次计。根据《高层民用建筑设计防火规范》第7.3.3规定，火灾持续时间按2h计算，自动喷水灭火系统火灾持续时间按2h计算。根据《高层民用建筑设计防火规范》第7.2.2规定，建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1500m2的商住楼，其室内消火栓用水量为40L/s，室外消火栓用水量为30L/s，每根竖管最小流量为15L/S，每支水枪最小流量为5L/S。根据《高层民用建筑设计防火规范》第7.2.2规定，室内消火栓用水量为40L/s，室外消火栓用水量为30L/s。根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）第5.0.1规定，自动喷水灭火系统的喷水强度为6L/min·，作用面积为160，经计算自动喷水灭火系统消防用水量=16L/s.故消防用水总量40+30+16=86L/s。2.5室内消火栓给水系统2.5.1消火栓的布置本栋住宅建筑高度为96m，属于中危险级一级，按照《高层民用建筑设计防火规范》的要求，消火栓的间距应保证每一个防火分区同层有2支水枪的充实水\n#*柱同时到达任何部位。每层室内消火栓内设DN65普通消火栓两个，放置于公共走道，每个消火栓有25m长DN65衬胶水带一条，配φ19水枪一支，以及启泵按钮等全套[9]。消火栓保护半径可按下列计算公式计算：R＝（2-1）式中R——消火栓保护半径，m；——水带展开时的弯曲折减系数，一般取0.8~0.9，本设计取0.8；——水带敷设长度，m；——水枪充实水柱倾斜45°时的长度的平面投影长度，m，，对一般建筑（层高为3~3.5m）由于两楼板间的限制，本设计取；——水枪充实水柱长度，m；因此，消火栓的保护半径为：R＝=25×0.8＋3＝23m消火栓布置间距采用下式计算：S＝（2-2）式中S——消火栓间距，m；R——消火栓保护半径，m；b——消火栓最大保护宽度的1/2，m。本设计中消火栓采用单排布置，消火栓最大保护宽度b取8.5m，故消火栓间距为：S＝＝=21.37m，取22m（应根据建筑具体情况合理调整布置，保证每点有两股水柱同时到达）本设计中大楼宽度为54m，据此应该布置6个消火栓（），另外根据《高层民用建筑设计防火规范》　第7.4.6.8条规定，消防电梯间前室应设消火栓，设计图纸中包含两个消防电梯前室。2.5.2消火栓口所需的水压经过查表，水枪喷口直径选19mm，水枪系数值为0.0097，充实水柱取=12m，单个水枪的设计流量5L/s。水枪实验系数值为1.21。因此，水枪喷嘴处所需水压为：式中——水枪喷嘴处水压，m；——水枪实验系数；——水枪充实水柱，m；——水枪系数。\n#*2.5.3水枪喷嘴的出流量表2-2水枪水流特性系数水枪喷口直径（mm）13161922B0.3460.7931.5772.836故喷口直径为19mm的水枪水流特性系数B为1.577。水枪喷嘴的出流量为：===5.2L/s>5.0L/s2.5.4水带阻力本设计中，依据栓箱规格选用19mm的水枪配65mm的衬胶水带。由下表可知65mm的水带阻力系数值为0.00172。表2-3水带阻力系数值表水带材料水带直径（mm）506580麻织0.015010.004300.00150衬胶0.006770.001720.00075水带阻力损失为：式中——水带阻力损失，m；——水带阻力系数；——水带有效长度，m；——水枪喷嘴出流量，L/s。2.5.5消火栓口所需的水压（2-3）式中───消火栓口的水压，mH2O；───水枪喷嘴处的压力，mH2O；───水带的水头损失，mH2O；───消火栓栓口水头损失，按2mH2O计算。＝16.9＋1.263+2＝20.163m\n#*2.5.6校核本设计中设置的消防储水高位水箱最低水位103.3m，最不利点消火栓栓口高程96.0m，则最不利点消火栓口的静水压力为103.3－96.1=7.2m，按照《高层民用建筑设计防火规范》第7.4.7.2条规定，当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa，因此不需要设增压设施[6]。2.5.7水力计算根据规范，按照最不利点消防立管和消火栓的流量分配要求，最不利消防立管为，出水枪数为3支，相邻消防立管为，出水枪数为3支。次相邻立管出水枪数为2支。＝16.9＋1.263+2＝20.163m=＋＋h＝20.163＋2.9＋0.233＝23.296m（为1点和2点的消火栓间距，为1~2管段的水头损失）1点的水枪射流量：5.61L/s表2-4消火栓给水系统配管水力计算表计算管段设计秒流量q(L/s)管长L(m)管径DN(mm)流速V(m/s)i(kpa/m)i*L(kPa)0-15.22.91000.600.08040.2331-210.8191.41001.250.30928.2432-310.819.61001.250.3092.9663-421.629.61002.491.25124-532.4312.01252.450.91110.932∑hy=54.37kPa管路水头总损失为＝54.37×1.1=59.81kPa消火栓给水系统所需总水压为Hx=H1+Hxh+Hw＝96－(－7)+20.163+5.981=129.144mH2O=1291.44kPa\n#*消火栓总用水量＝32.43L/s，故选用消防泵型号为：200DL280-30×5型2台，一用一备。（Q＝69.89～27.22L/s，H＝150～120m，N＝139.47kW）。2.5.8其他设施的设计（1）水泵接合器水泵接合器的设置数量按室内消防水量计算确定，该建筑室内消火栓用水量为32.43L/s，每个水泵接合器的流量按15L/s计，故设置3个水泵接合器，型号为SQS150-A（标准图集L03S004，69-70页）。消防水泵接合器安装于建筑外墙上，以满足明显、使用方便的要求[10]。（2）室内消火栓栓口减压措施《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-1995（2005年版）第7.4.6.5条规定：“消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压设施。”当消火栓处的压力超过0.5MPa时，持枪的反作用力大，一人难以操作[18]。因此，消火栓栓口处的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压设施，但为确保水枪有必要的有效射程，减压后消火栓栓口处的出水压力不应小于0.25MPa。减压设施一般可采用设置减压孔板、节流管、减压阀或减压稳压消火栓等方式[11]。本设计按设置减压稳压消火栓的方式，24层及以下采用SNJS65型稳压减压消火栓，24层以上采用SN65普通型消火栓（图集L03S004，36页），表2-5为减压稳压消火栓设置情况表。\n#*表2-5减压稳压消火栓设置情况表层数消火栓栓口压力（MPa）减压稳压消火栓设置层数减压稳压消火栓栓口压力设定值（MPa）屋面层0.202————330.231————320.26————310.289————300.318————290.347————280.376————270.405————260.434————250.463————240.492设置减压稳压消火栓0.30230.521220.55210.579200.608…………41.07231.10121.1311.159（3）消防水箱高层建筑以自救为主，屋顶消防水箱在扑灭初起火灾过程中具有重要作用。除常高压系统外，高层建筑必须设置屋顶消防水箱。屋顶消防水箱的有效贮水容积应满足火灾初期前10min的消防用水量，本设计住宅为一类高层民用建筑，消防水箱最小容积为18m3。本设计取消防水箱尺寸为3m×3m×2.5m，其中有0.3m的保护宽度，有效容积为19.8m3，采用条形基础，东西向布置，高2.5m，水箱顶上方净空0.8m，则水箱底标高103.2m，顶标高105.7m，进水管位于最高水位以上0.15m，标高105.55m；出水管位于水箱底标高以上0.1m，标高103.3m。另外，虽然北京位于中国北部，地区气温较低，然而屋顶高位消防水箱内水体容积较大，一般不易结冻，但\n#*水箱内的增压稳压泵不经常运转，其与管路均容易结冻造成系统故障。增压稳压水泵一旦运转需要散热，尤其是轴承部位不宜做电伴热，建议采取以下保温防冻的措施。屋顶水箱间外墙必须做保温处理，检修门尽量开在冬季非主导风向的部位，并采用密封性能好的有保温层的门，尽量开小窗采光，水箱、气压罐及管路要做加厚保温处理，必要时设置自控温散热装置(如电油汀等)，保持室内温度为4℃以上[12]。（5）消防水池消防贮水池的设计详见2.6自动喷水灭火系统。2.6自动喷水灭火系统的设计计算2.6.1自动喷水灭火水力计算的基本数据（1）根据《自动喷洒灭火系统设计规范》，闭式湿式自动喷水灭火系统适用范围：因管网及喷头中充水，故适用于环境温度为4~700℃之间的建筑物内，所以本设计选用闭式湿式喷头，采用下喷[19]。（2）报警阀进出口的控制采用信号阀，报警阀设在地面高度1.2m。每个报警阀组控制的最不利喷头处，都设末端试水装置，每层最不利喷头处均设直径为25mm的试水阀。每个报警阀部位都设有排水装置，其排水管管径为试水阀直径的2倍，取50mm。（3）根据《高层民用建筑设计防火规范》，该建筑的商场首层、二层为中危险一级，设计喷水强度为6L/min，喷头工作压力0.10MPa，作用面积为160，喷头距墙不小于0.1m，不大于1.8m。喷头按矩形布置，长边,取16m，短边为10.8m，作用面积内的喷头书共计15个，布置形式见图，按作用面积法进行管道水力计算。（4）自喷系统设置水泵接合器，每个水泵接合器的流量按10～15L/s计算[7]。2.6.2自喷系统水力计算自喷系统水力计算的目的在于确定管网各管段管径、计算系统所需的供水压力、确定高位水箱的安装高度和选择消防泵。自动喷水灭火系统的水力计算采用作用面积法。表2-6自动喷水灭火系统基本设计参数火灾危险等级喷水强度作用面积m2喷头工作压力(MPa)持续喷水时间(h)中危险Ⅰ级61600.102.0（1）喷头出水量计算：q＝K（2-4）式中q——喷头出水量，L/min；K——喷头流量系数，标准喷头K=80；P——喷头工作压力，MPa。\n#*（2）管段的设计流量计算管段的设计流量是从最不利点的喷头开始，逐个算出各喷头节点的出流量和各管道中流量，直至喷头的出流量达到公式2-5所示最大允许值为止。管道中的最终设计流量应满足公式Q＝（1.15～1.30）Q′(2-5)式中Q——管道设计流量，L/s；Q′——理论流量，L/s，为喷水强度与作用面积的乘积。（3）自喷系统水力计算本设计计算最不利用水点位于二层商铺，标高8.2m，使用作用面积法对自喷系统进行水力计算。①每个喷头的喷水量为q==80L/min=1.33L/s②作用面积内的设计秒流量为=15×1.33=19.95L/s③理论秒流量为L/s比较与，设计秒流量为理论秒流量的1.15倍，符合要求。④作用面积内的计算平均喷水强度为：L/此值大于规定要求6L/。⑤按公式推求出喷头的保护半径，取R=2.41m；⑥作用面积内最不利点处4个喷头的所组成的保护面积为==46.08每个喷头保护面积：=/4=46.08/4=11.52其平均喷水强度：q=80/11.52=6.94L/〉6.0L/⑦管段水头损失每米管道的水头损失应按式2-6计算：（2-6）式中——每米管道的水头损失，MPa/m；——管道内的平均流速，m/s；——管道的计算内径，m，取值应按管道的内径减1mm确定。管道沿程水头损失应按式2-7计算：(2-7)\n#*式中h——计算管段沿程水头损失，m；——管段长度，m；计算用图如下：图2-1自喷系统图根据图2-1进行自喷系统水力计算，计算结果见表2-7。表2-7自喷系统最不利管段水力计算表管段编号管段流量（L/s）管径DN（mm）管道比阻i管道长度L（m）管道沿程水头损失（kPa）0-11.33250.0095118653.230.437969571-22.66320.0102828353.232.905070882-33.99320.0231363783.274.036409493-45.32400.0126052013.240.336643154-56.65500.0060359653.219.315088845-66.65500.0060359651.69.6575444226-76.65700.0010145383.63.6523353237-813.3800.0019997273.67.1990189358-919.951000.0013788923.64.9640113419-1019.951000.0013788921.82.4820056710-1119.951500.00016078515.52.49217359∑h=227.4783kPa\n#*局部损失取沿程损失的20%，湿式报警阀的损失取20kPa，故管段内的总损失为∑h=1.2×227.48+20=292.98kPa⑧系统所需水压，按下式计算：H=∑h++Z(2-8)式中H——系统所需水压，kPa；∑h——管道沿程和局部损失的累计值，kPa；——最不利点出喷头的工作压力，kPa，取100kPa；Z——最不利点出喷头与消防水池的最低水位的高程差，8.1-（-7）=15.1m。H=292.98+100+（151+0.345）×10=547.426kPa给水管中心线标高由施工图查得为－0.345m计，湿式报警阀和水流指示器的局部水头损失取20kPa。（4）加压设备的选择根据上述计算结果，自动喷水灭火系统所需压力为51.15m，所需供水量为19.95L/s，根据水泵性能参数选用150DLX-25×3立式多级消防水泵两台，一用一备。2.6.3消防水池容积的计算（1）自动喷水灭火系统储水量自动喷水灭火系统消设计秒流量为19.95L/s，持续喷水时间为2h，则消防水池储水容积为：（2）消火栓系统储水量该建筑的室内消火栓用水量为32.43L/s，室外消火栓用水从市政管网引入，火灾持续时间为2h，故消火栓系统水池储水容积为：（3）总储水量自动喷水灭火系统消防水池与消火栓系统储水池合建，水池总容积为。水池设成两个，选用标准图集96S828：200水池，尺寸为7800mm×7800mm×3500mm（图集第35-46页）。2.7室外消防给水系统2.7.1室外消防给水管网室外消防管网布置成环状，室外消防管网从两条市政给水管引入。从消防管网引入室内消防水池的引入管为两条，管径DN300。当其中一条进水管发生故障时，另一条能保证进水量[13]。市政管网最低压力0.25MPa，满足要求。\n#*2.7.2室外消火栓室外消火栓的数量经计算确定，室外消防流量30L/s，室外消火栓的数量按《高层建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)第7.2.2条规定可知室外消火栓用水量经计算确定，每个消火栓的用水量应为10～15L/s，本设计选用10L/s，故采用3个室外消火栓。沿建筑周边均匀布置，距建筑物外墙不小于5m。由于地处北方，考虑到防冻要求，采用地下式消火栓。安装在消火栓井内，井采用保温井盖。2.8管材室内消火栓给水系统管材采用普通碳素无缝钢管，具有强度高、承受压力大、抗震性能好、长度大、加工安装方便的优点。焊接。自动喷水灭火系统采用内外壁热浸镀锌钢管，以防止管道锈蚀尔阻塞喷嘴喷口。管道系统的连接，管径〈100mm是采用丝扣连接，100mm时采用沟槽式卡箍连接。管道的配件采用该类管材相应的专用配件。2.9消防管道布置及设备安装要求2.9.1高层建筑消火栓给水管网布置1.管网总体布置的要求（1）高层建筑室内消防给水管道应布置成环状。需要由环状管道上引出枝状管道时（例如设置屋顶消火栓），枝状管道上的消火栓数不宜超过一个（双口消火栓按一个计算）。（2）室内环状管道的进水管不应少于两条，并宜从建筑物的不同方向引入。若在不同方向引入有困难时，宜接至竖管的两侧。若在两根竖管之间引入两条进水管时，应在两条进水管之间设置分隔阀门（此阀门应为常开阀门，只供发生事故或检修时使用）。当其中一条进水管发生故障或检修时，其余的进水管应仍能保证全部消防流量和规定的消防水压。（3）设有两台或两台以上消防泵的泵站，应有两条或两条以上的消防泵出水管直接与室内的消防管网连接，不允许几个消防泵共用一条总的出水管，再在总出水管上设支管与管网连接。2.消防立管的布置（1）当相邻消防立管中一条在检修时，另一条立管仍应保证有扑灭初期火灾的用水量。因此，消防立管的布置，应保证同层相邻立管上的水枪的充实水柱同时至室内任何部位。（2）在建筑物走廊端头，应设消防立管，走廊的立管数量，应保证单口消火栓在同层相邻立管上的水枪充实水柱同时到达室内任何部位的要求，其间距由计算决定。但消防立管的最大间距不宜大于30m。\n#*（3）消防立管的直径应按室内消防用水量由计算决定。计算出来的消防立管直径小于100mm时，应考虑消防车通过水泵接合器往室内管网送水的可能性，仍应采用100mm。（4）一般塔式住宅设置两根消防立管。高度小于50m、每层面积小于500m2、且可燃物很少的耐火等级较高的建筑物，设置两根立管有困难时，亦可设一根消防立管，但必须采用双出口消火栓。（5）当建筑物内同时设有消火栓给水系统和自动喷水消防系统时，应将自动喷水设备管网与消火栓分开设置；如有困难，可合用消防泵，但应在自动喷水系统的报警阀前（沿水流方向）将管道分开设置[14]。3.室内消火栓布置的具体要求（1）每个消火栓处应设启动消防水泵的按钮，并应设置保护按钮的措施。（2）高层建筑室内消火栓的直径采用65mm，配备的水龙带长度不应超过25m，水枪喷嘴口径不应小于19mm。（3）按照消火栓的机械强度，其所承受的静水压力不应大于1.0MPa；如超过1.0MPa时，应采取分区给水。（4）消火栓给水管道的安装要求与生活给水管道基本相同，管材采用钢管。（5）立管管径为100mm，消火栓为65mm，喷口直径为19mm，水龙带长度为20m。（6）使每层消火栓流出水量接近于设计量。2.9.2自动喷水灭火系统管道及阀门等设置1.建筑物内的供水干管一般宜布置成环状，进水管不宜少于两条。当一条进水管发生故障时，另一条进水管仍能保证全部用水量和水压。2.阀门应设在距地面高度0.8～1.5m范围内且没有冰冻危险、易于排水、管理维护方便而明显的地点。3.分隔阀门设在便于维修的地方。分隔阀门应经常处于开启状态，一般用锁链锁住。分隔阀门最好采用明杆阀门。4.警铃宜装在报警阀附近，其连接管应采用镀锌钢管。其长度不大于6m时，管径为15mm；大于6m时，管径为20mm，但最大长度不应大于20m。5.自动喷水灭火系统报警阀后的管网与室内消火栓给水管网应分开独立设置。6.自动喷水灭火系统报警阀后的管道上不应设置其它用水设施。7.自动喷水灭火系统应设消防水泵接合器，一般不宜少于两个。8.自动喷水灭火系统应设泄水装置。9.每根配水支管设置的喷头数：（1）轻、中危险级建筑材料均不应多于8个。在同一配水支管吊顶上下布置喷头时，共上下侧的喷头数各不多于8个。\n#*（2）严重危险级建筑材料不就多于6个。10.自动喷水灭火系统应设有报警阀、控制阀、水力警铃、系统检验装置、压力表，控制阀上应设有启闭指示装置。11.自动喷水灭火系统应设水流指示器、压力开关等辅助电动报警的装置。\n#*第3章建筑排水系统的设计计算3.1污废水排水系统排水系统采用哪种方式应根据污水性质、室外排水系统状况、水综合处理情况以及经济等方面而定。考虑到管线布置简单，合理利用空间以及经济技术条件，本设计采用合流制，生活污废水均合流排入化粪池，经处理后排入市政排水管网。设专用通气立管，可以向排水管道补充空气，使管道内由空气流动，预防管道系统积聚有害气体，并减少腐蚀，可以形成良好的水力条件，减少排水管内气压变化幅度，防止水封被破坏，减少排水系统的噪声。裙房因楼层低，排水采用伸顶通气即可满足要求，一层卫生间单排[20]。3.2排水系统方案的确定3.2.1确定的基本原则排水系统的选择需要根据实际情况、建筑性质、规模、污水性质、污染程度,结合市政排水制度与处理要求综合考虑，本建筑各户卫生器具类型及布置形式基本相同，该建筑生活污水与生活废水采用合流制的排放系统，经化粪池处理后排入市政排水管网。本工程为33层住宅楼，建筑污废水排水系统方案确定的依据如下：（1）根据《建筑给排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）第4.6.2条的要求卫生间的生活污水立管应设置通气立管或特殊配件单立管排水系统；第4.3.12条要求排水立管最低排水横支管与立管连接处距排水立管管底垂直距离不得小于3.00m。（2）根据《住宅建筑规范》GB50368-2005（本范文全文皆是强制性条文）第8.2.7条的要求住宅厨房和卫生间的排水立管应分别设置。\n#*3.2.2排水系统方案比选（1）根据以上基本原则，本工程可供选择的排水系统方案如表3-1所示：表3-1本工程可供选择的排水系统方案名称排水体制排水系统方案1层2-33层卫生间污废合流单独排放特殊单立管排水系统普通单立管排水系统+专用通气立管系统污废分流单独排放特殊单立管排水系统（污水）+特殊单立管排水系统（废水）普通单立管排水系统（污水）+专用通气立管系统+普通单立管排水系统（废水）厨房——单独排放特殊单立管排水系统普通单立管排水系统阳台（洗衣机）——单独排放特殊单立管排水系统普通单立管排水系统（2）根据工程所在地的要求和习惯做法，确定方案在本设计中，由于建筑较高、排水立管长、水量大的缘故，常常会引起管道内的气压极大波动，并极有可能形成水塞，造成卫生器具溢水或水封被破坏，从而使下水道中的臭气侵入室内，污染环境。因而本建筑排水系统首层单独排放，并就近排至户外，地下室排水通过污水提升泵排至室外城市污水管网。2~33层最后方案确定如下：卫生间：因为没有污废水分流的要求，所以一般采用普通单立管排水系统+专用通气立管系统方案，与特殊单立管排水系统相比，普通单立管排水系统+专用通气立管系统造价低、市场较成熟、选择余地大等特点。厨房：没有特别要求，一般采用普通单立管排水系统。阳台（洗衣机）：没有特别要求，一般采用普通单立管排水系统。3.3排水系统组成本建筑排水系统的组成包括卫生器具、排水管道、检查口、清扫口、室外排水管道、检查井、潜水泵、集水井、化粪池等。管道及设备安装要求如下：①　排水管材采用硬聚氯乙烯管（UPVC），采用粘接；②　排出管与室外排水管连接处设置检查井，检查井至建筑物距离不得小于3m，并与给水引入管外壁的水平距离不得小于1m；③　当排水管在中间层竖向拐弯时，排水支管与排水立管、排水横管相连接时排水支管与横管连接点至立管底部水平距离L不得小于1.5m\n#*，排水竖支管与立管拐弯处的垂直距离h2不得小于0.6m；3.4排水系统水力计算（1）确定卫生器具排水流量、当量和排水管的管径，如下表所示。表3-2卫生器具排水流量、当量和排水管的管径序号卫生器具名称排水流量（L/s）当量数管径（mm）1厨房双格洗涤盆1.003.00502洗脸盆0.250.7532~503沐浴器0.150.45504大便器1.504.501005家用洗衣机0.501.5050（2）确定卫生间、厨房和阳台当量数，如下表所示。表3-3卫生间、厨房和阳台当量数名称单层当量数32层总当量数最大一个卫生器具的排水流量（L/s）厨房3.0096.001.00卫生间5.70182.401.50阳台（洗衣机）1.5048.000.503.4.1建筑生活排水管道设计秒流量排水系统水力计算分排水立管和排水横管两部分。根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)第4.4.5条的要求进行。本建筑排水设计秒流量可按下公式计算：(3-1)式中——计算管段排水设计秒流量，L/s；——计算管段卫生器具排水当量总数；——计算管段上排水量最大的一个卫生器具的排水流量，L/s；——根据建筑物用途而定的系数，本建筑设计中值取1.5。排水横干管水力计算按《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)第4.4.7条的要求进行。（3-2）（3-3）式中：——管道在设计充满度时的过水断面面积，m2；\n#*——速度，m/s；——水力半径，m；——水力坡度，采用排水管的坡度；——粗糙系数，铸铁为0.013，塑料管为0.009。3.4.2排水立管水力计算《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)对应于本工程生活排水立管的最大设计排水能力规定如下表所示：排水立管系统类型最大设计排水能力（L/s）排水立管管径（mm）75100（110）伸顶通气立管与横支管连接配件90°顺水三通1.33.245°斜三通1.74.0特殊单立管混合器——4.5内螺旋管+旋流器普通型——3.5加强型——6.3表3-4排水立管最大设计排水能力注：目前为止大部分特殊单立管排水系统最大排水能力大于6.3L/s，具体工程也可根据选用的特殊单立管排水系统的规程规定值计算。本工程排水立管设计流量计算如表所示：表3-5排水立管设计流量名称排水立管设计流量（L/s）选用的排水立管管径（mm）卫生间3.93100厨房2.76100阳台（洗衣机）1.751003.4.3排水横支管水力计算根据《给排水设计手册》第二册中的规定，排水横管最大设计充满度规定如下：表3-6排数管道的最大计算充满度污水管道名称管径（mm）最大计算充满度生活污水管道≦1250.5150~2500.6\n#*卫生间排水横支管水力计算如表3-7所示：表3-7排水水力计算表管段编号卫生器具种类与数量当量总数设计秒流量q（L/s）管径（mm）坡度洗脸盆淋浴器大便器0-11000.750.25500.0261-21101.200.40500.0262-31115.701.901000.0263.4.4排水出户管设计流量表3-8为外径50~125mm硬聚氯乙烯排水出户管（PVC-U）水力计算表：表3-8硬聚氯乙烯排水出户管（PVC-U）水力计算表坡度充满度h/D=0.5充满度h/D=0.6粗糙系数为0.009外径50mm外径110mm外径125mm（L/s）（m/s）（L/s）（m/s）（L/s）（m/s）0.0035（最小坡度）————————3.480.630.004（最小坡度）————2.590.62————0.008（通用坡度）————————5.260.950.012（通用坡度）0.520.624.491.07————0.025（通用坡度）0.740.90————————0.026（标准坡度）0.760.916.611.579.481.72卫生间、厨房及阳台（洗衣机）的排水设计秒流量分别为3.39L/s，2.76L/s,1.75L/s，根据上表综合比较，选用标准坡度0.026，出户管管径选择DN125。具体见下表。\n#*表3-9排水出户管设计流量名称排水出户管设计流量（L/s）选用的排水出户管管径（mm）坡度卫生间3.931250.026厨房2.761250.026阳台（洗衣机）1.751250.0263.4.5排水支管敷设根据排水支管敷设方式不同，分为异层排水和同层排水两种。异层排水和同层排水支管（地漏）敷设方式和特点如下表所示：表3-10异层排水和同层排水支管（地漏）敷设方式和特点名称异层排水同层排水卫生间排水支管在下一层顶板降板同层降水（降板高度一般大于250~300mm），排水支管敷设在降板层内墙式同层排水（排水支管敷设在假墙内），楼板面主要解决地漏敷设的问题厨房可以设置地漏（下一层顶板）不设地漏，排水支管敷设在楼板面上降板设置地漏不降板敷设特殊地漏于楼中阳台可以设置地漏（下一层顶板）排水立管设于阳台外，采用侧式地漏不降板敷设特殊地漏于楼板中通过分析同层排水和异层排水的特点，本设计采用异层排水的支管敷设方式。厨房和卫生间排水支管安装可参考国家标准图集《卫生设备安装》09S304和《住宅厨、卫给排水管道安装》03SS408等。3.5化粪池的设计计算化粪池是一种利用沉淀和厌氧发酵原理，以去除生活污水中悬浮性有机物的处理设施，属于初级的过渡性生活污水处理构筑物。化粪池应设置在距生活饮用水水池不得小于10m，距地下取水构筑物不得小于30m，距建筑物外墙距离不宜小于5m，并不得影响建筑基础。另外，本设计中，化粪池设置DN110的通气管，由人孔的井壁接出，并设有管罩。\n#*（1）化粪池容积计算化粪池的有效容积：式中：——化粪池有效容积，；——化粪池内污水部分容积，；——化粪池内污泥部分容积，。①　污水容积：（3-4）式中：——化粪池设计总人数，3.5*8*33=924人；——每人每日污水定额，L/（人·d），生活污废水合流排放时为20~30L/（人·d），取20；——污水在化粪池内停留时间，一般取12~24，生活污废水合流排放时取上限24；——实际使用卫生器具的人数与设计总数的百分比，采用下列数值：．医院、疗养院、幼儿园（有住宿），取100%；．住宅、集体宿舍、旅馆、宾馆，取70%；．办公楼、教学楼、工业企业生活间，取40%；.食堂、影剧院、体育场（馆）、其他类似公共场所（按座位）取10%。（3-5）②　污泥容积（3-6）式中：——合流系统，a=0.7L/（人·d），分流系统a=0.4L/（人·d）；——污泥含水率，b=95%；——浓缩后污泥含水率，c=90%；——腐化后污泥缩减系数，K=0.8；——化粪池清掏周期，按90d；——清掏后考虑留20%熟污泥的容积系数。代入化简后，在分流制系统中，a=0.4L/（人·d），则。因此化粪池有效容积为，故选取。（2）化粪池的型号选择根据中国建筑标准设计研究院出版的《钢筋混凝土化粪池》图集03S702选取化粪池型号G8-25QF，G表示钢筋混凝土，8表示8号化粪池，25表示有效容积25m³，Q表示可以过汽车，Ｆ表示有覆土。其结构尺寸（ｍ）见下表3-11所示：\n#*表3-11化粪池型号尺寸参数型号hLL1L2L3BB2B3B4HH1H2H3h1G8-25QF1.2~2.56315.83.10.52.90.452.3521.22.90.53.6集水井及排水泵计算本建筑设有两层地下室，标高-7.7m，地下室集水坑主要汇集泵房内的集水、消防电梯集水井排水、发电机房集水坑排水及消火栓、喷淋系统的放空排水。由于地下室地面低，污废水不能以重力流形式排入室外的排水管网，为保护高层建筑室内环境卫生，必须通过潜污泵排除。（1）污水泵选择泵房内的水泵、湿式报警阀的漏水量均很小，消防水池或生活水箱清洗时可以通过调节阀门的开启度控制排放流量，故污水泵的流量按消防时排水考虑，计算如下：火灾发生1h内，按流入集水坑计，，1h后按流入集水坑计，，进行对比，污水泵的流量选取。污水泵压水管采用DN100的钢塑复合管（保证承压）：；，，排出口水头50kPa，排水至标高-4.20m处，则污水泵扬程为：=[-4.20-(-7.70-1.8-1.50)+1.3×24×57.28/1000+5.0]m=13.6m式中-2层地面标高-7.70m，集水坑接纳的排水管可不考虑淹没出流，故集水坑至泵房地面1.80m为无效容积，考虑有效集水高度1.50m进行计算。选用两台65QW65-15-5.5潜水泵，流量为65m³/h，扬程为15m，电机功率为5.5kw。（2）集水坑尺寸确定消防电梯集水坑用于贮存5min的一台消防泵流量。污水泵5min的出水量：（5×65/60）m³=5.2m³，满足消防集水坑有效容积≥2m³的设置要求。集水坑平面面积：（5.2/1.5）m2=3.5m2，根据泵房布置情况，确定集水坑尺寸为1.5m×2.5m×3.3m，总深度3.3m，有效水深1.5m。3.7排水管道布置及设备安装要求3.7.1排水管道的布置高层建筑排水管道的布置应满足良好的水力条件，还需考虑维护的方便，保证管道正常运行以及经济和美观的要求。为此，应做到以下几点：1.排水立管应布置在污水最集中、污水水质最脏、杂质最多、污物浓度最大的排水排出处，使横支管最短，污水尽快转入立管，尽快排出室外。2.\n#*排水立管一般不要穿入卧室、病房等卫生要求高、需要保持安静的房间，最好不要放在邻近卧室内墙，以免立管水流冲刷声通过墙体传入卧室内。要求高的建筑物，立管设立在专门的管井、管槽内，管井位置也不宜紧邻卧室内墙，否则就要做适当的隔音处理。3.排水横支管一般在本层楼板下明设。特殊要求、考虑影响美观时，可做吊顶，将其隐蔽于吊顶内，但必须考虑便于安装和维修。为了防止排水管（尤其是存水弯部分）的结露，必须采取防结露措施。4.排水出户管（排水横干管）一般按坡度要求埋设于地下。高层建筑排水一般考虑分区排出，设有地下室或地下技术层时，排水横干管可敷设在技术层内或敷设在地下室顶板下。根据室外下水道高程情况划分排水区，一层以上为一个分区，一层单独排出；地下室以下的排水，如室外下水道埋设不够深，按其排出管高程无法排出室外下水道时，就设置地下排水泵房，由污水泵提升排出。5.排水管不允许布置在有特殊生产工艺和卫生要求的厂房以及食品和贵重商品仓库、通风室和配电间内，也不应布置在食堂，尤其是锅台、炉灶、操作主副食烹调处。6.排水管道不得布置在遇水引起燃烧爆炸或损坏的原料、产品和设备的上面。7.高层建筑物内，为了防止底层卫生洁具受立管底部过大正压力等原因而造成污水外溢现象，底层污水管道应采取单独排出室外的布置方式。8.排水管应以最短距离通至室外。如埋设在室内地下管道过长，排水管较易堵塞，即使想清通和检修也都较不便。此外，管道过长则坡降较大，必然加深室外管道的埋深。9.室内排水管道的布置，应考虑有足够的空间和操作条件，以利于安装、拆换管件和清通维护工作的进行。10.如果排水出户管须与给水引入管布置在同一条时，两根管道的外壁水平距离不应小于1.5m。3.7.2排水管道的敷设排水管必须根据重力流管道和所选用排水管道材质的特点进行敷设，应做到下面几点：1.埋入地下的排水管与地面就有一定保护距离，以防止被重物损坏，而且管道不得穿越生产设备的基础，否则不但影响管道的维修，而且使管道承受振动和局部荷重所产生的不均匀沉降等的影响。2.排水管不要穿过风道、烟道及厨柜等。排水管最好避免穿过伸缩缝，必须穿过时，应加套管。如遇有沉降缝时，必须另设一路排水管分别排出。3.布置在高层建筑管井内的排水立管，必须每层设置支撑支架，以防整根立管重量下传至最低层。高层建筑如旅馆、公寓、商业楼等管井内的排水立管，不宜每一根单独排出，往往在下一技术层内用水平管加以连接，分几路排出。连接多根排水立管的总排水横管，必须按坡度要求以支架固定。考虑高层排水管道的减震和减噪要求，在支架固定处以及支架与建筑物砌体连接处，均应设减震支架及垫橡胶块。\n#*4.为了考虑建筑物沉陷对排水横管产生剪切的影响，高层建筑排水出户管应考虑采取防沉陷措施，当前处理办法是：将排水管出外墙至第一个排水检查井的管段布置在管沟内，用弹性支架或弹性吊架支撑。有的高层建筑采取等主体结构完成想法时间后，也就是建筑物的基本沉陷量已完成，然后再施工排水出户管，以及与室外排水管的连接。5.排水管穿过承重墙或基础处，应预留孔洞，使管顶上部净空不得小于建筑物的沉降量，一般不小于0.15m。6.为了防止管道受机械损坏，在一般的厂房内，排水管的最小埋设深度见表3-12：表3-12排水管的最小埋设深度管材地面至管顶的距离(m)素土夯实、红砖、木砖地面水泥、混凝土、沥青、混凝土、菱苦地面排水铸铁管混凝土管带釉陶土管硬聚氯乙烯管0.700.701.001.000.400.500.600.607.高层建筑排水系统一般不分区敷设，因此，污水立管按一根管道布置贯穿上下。8.由于当前国内很多城市尚未建成全市性的污水处理厂，因此，高层建筑尚须考虑设置化粪池。9.根据高层建筑的功能，排水立管可以组成一个联合系统。10.排水立管的敷设多采用内敷设暗装形式，但也可以采用排水立管外敷设明装形式。立管直接明装在建筑物次立面的外墙边，不影响建筑物立面美观的前提下，有利于卫生间内部的整洁，避免了管道穿越楼板，支管与立管的连接不受限制，减少了卫生洁具排水时的相互干扰，增大了横管的坡度和排水能力。有条件的地方可以采用这种传统的敷设方法。11.排水立管的设计和安装，要注意上下层外墙厚度是否一致以及基础构造形式，在墙或基础的凸出部位可采用Z形管拐弯。12.确定立管的排出管穿基础标高时，既要计算支管在立管上的搭接高度，注意室外排水管道标高，又要注意基础的结构作法，尽可能使出墙排水管不穿过钢筋混凝土地梁。如必须穿过钢筋混凝土地梁时，应及时向结构设计人员提供准确的留洞位置及孔洞大小。如果出墙管较多，会使地梁中间几乎掏空。这样在此开间内做“双梁”（中空）形式的地梁，以保证建筑结构的安全。13.高层建筑上下层的卫生间若是分开布置，可采用下面做法：（1）污水立管不逐层转弯，尽量取直；（2）适当加大下几层的污水立管管径；（3\n#*）设立辅助通气立管，并且每一卫生洁具均设一通气支管与通气立管连接，以改善立管中的水力条件。14.地漏是卫生间中最易出问题的一个薄弱环节，可采用一种抗虹吸式存水弯作为地漏水封。15.充分利用管井布置管道，卫生间地面除地漏短管穿越地板走在下层吊顶内外，其余排水支管包括地漏存水弯均走在管井中与立管连接。这们既可减少管道穿楼板留洞之工作量，又可以降低管道漏水或凝结水对下层的危害，同时也便于维修检查。16.高层建筑地下室大多是用水量较多的公用部分，如洗衣房、厨房、职工生活间、机房等集中的地方，必须处理好地下室排水问题。（1）管道连接可采用小结合井，这种小井类似室外排水检查井，能接纳几个方向来的管道，且隔一定距离设置一个，这样既方便管道连接，又便于清通。（2）卫生洁具排水支管尽量单独排入小结合井，彼此不串通，这样可减少堵塞，避免干扰。（3）适当放大管径，因为埋设在混凝土中的污（废）水管很难维修更新。17.厨房排水管道的布置应考虑下同几个问题：（1）根据污水中油垢所含杂质的数量，分设地面清扫排水、炉前小明沟与单格洗涤盆、双格洗涤池排水。三种排水管互不相通，各自独立接入隔油池。（2）厨房地面清扫排水不宜采用清扫明沟，因为明沟的卫生条件差。厨房冲洗地面排水通常采用每隔一定距离设一个清扫口、中间用管道连接的方式。（3）条件许可时，埋地排水管可采用DN100mm的铜管。优点是：铜管内壁光滑磨擦阻力小，排水流畅，不易积聚油垢，即使管壁聚集少量油垢后也易于冲洗干净。（4）含油量较大的洗涤池及锅灶排水先经就近设置的隔油箱，再排入下水道。隔油箱最好采用不锈钢制，尺寸为长×宽×高=500mm×350mm×400mm。（5）间接排水管的敷设：间接排水是指某些设备及构筑物的排水不能直接接入下水道，为了维护某些设备及构筑物的卫生，一般必须排入漏斗、泄水池，保持一定的空气间隙，然后排入下水道。①生活饮用水贮水箱的泄水管和溢流管泄水、厨房内蒸锅的排水、医疗消毒设备的排水、开水炉的泄水和溢水等，一般先排入泄水池后，再由泄水池排入下水道。②蒸发式冷却器等空调设备的排水，可通过排水漏斗来排除。③贮存食品的冷藏间或冷藏库房的地面排水，可流入明沟，再由明沟设排水管排入下水道。④间接排水口的最小空气间隙见表3-13；表3-13间接排水口的最小空气间隙间接排水管管径（mm）排水口最小空气间隙（mm）25及25以下5032～50100\n#*50以上15019.排水立管在垂直方向转弯处，用两个45度弯头连接，管材用柔性接口机制排水铸铁管。21.室外检查井至建筑物距离不得小于3m。20.立管沿墙敷设，其管轴与墙壁距离（L）不得小于下述规定：DN=50mm时L=50mm，DN=75mm时L=70mm，DN=100mm时L=80mm，DN=150mm时L=100mm。22.室外检查井的流槽转弯角度不得小于90度。23.立管应设置检查口，离地面1.0m，中间每隔一层设一个检查口。24.检查井用砖砌，井径1m。25.砖砌化粪池做法见《给水排水标准图集》，化粪池外侧做适当防渗漏措施，化粪池与建筑物的距离不得小于5m。\n#*第4章建筑雨水排水系统4.1建筑雨水排水系统设计说明（1）屋面雨水系统按设计流态可划分为：1）压力流雨水系统：国际上通常称为虹吸式雨水系统。2）重力流（87型斗）雨水系统：指使用65型、87型雨水斗的系统。目前，我国普遍使用的就是该系统，它已经安全运行了20多年。3）重力流（堰流式斗）雨水系统：指使用自由堰流式雨水斗的系统，设计流态是无压流态，系统的流量负荷、管材、管道布置等忽略水流压力的作用。本设计采用内排水单立管配多雨水斗的排水方式，（每根悬吊管）可使整个雨水系统安全可靠，雨水通过雨水斗、连接管、悬吊管、立管及埋地横干管等排入市政排水管网。选用87型雨水系统，它在确定系统的负荷时，预留了排超设计重现期雨水的流量，比如DN100雨水斗排水能力的实验数据是25L/s（斗前水位10cm），设计数据只取12L/s，悬吊管和立管的余量也大致如此。重力流屋面雨水排水管系的悬吊管应该按照非满流设计，其设计充满度不宜大于0.8，管内流速不宜小于0.75m/s。（2）雨水排水管材的选用应符合下列规定：1）重力流排水系统多层建筑宜采用建筑排水塑料管，高层建筑宜采用承压塑料管、金属管。2）小区雨水排水系统可选用埋地塑料管、混凝土管或钢筋混凝土管、铸铁管等。根据本工程的性质，拟采用抗紫外线硬聚氯乙烯专用雨水管作为雨水排水管。屋面雨水排水管的转向处宜做顺水连接，有埋地排出管的屋面雨水排出管系，立管底部应设清扫口。4.2设计流量屋面雨水排水系统应迅速、及时地将屋面雨水排至室外雨水管。4.2.1雨水设计流量计算雨水设计流量宜按下式进行计算：（4-1）式中：——屋面雨水设计流量，L/s；——径流系数，屋面取0.9；——设计暴雨强度，；——屋面设计汇水面积，m2。\n#*4.2.2暴雨强度计算本工程地处北京市，根据《给排水设计手册》可知其暴雨强度公式为：（4-2）式中：——设计暴雨强度，；——降雨历时，min；其中：——地（屋）面集水时间（min），视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定。室外地面一般取5~10min。建筑屋面取5min。当屋面坡度较大时且短时积水会造成危害时，可按实际计算积水时间取值，在计算条件不具备时，可用校正系数简化处理；——折减系数；——管渠内雨水流行时间，建筑物管道可取0；——设计重现期，；一般性建筑屋面雨水排水工程设计重现期为2~5年。本工程位于北京市，取设计重现期P=3a；根据规范要求：在建筑屋面雨水量计算时，降雨历时按5min计算。屋面设计暴雨强度。4.2.3雨水斗的选用当地降雨历时为5min时的小时降雨厚度为：本设计中住宅建筑屋面长度54m，宽度16m，汇水面积，裙房为两层商场，屋面长度28.9m，宽度10m，汇水面积。根据设计规范选用口径为的87式雨水斗，当时，其最大允许汇水面积为297.7m2，住宅建筑选用3个，则汇水面积为893.1m2>,裙房商场选用1个，则汇水面积为297.7m2>。住宅部分每根悬吊管连接3个雨水斗，每个雨水斗的实际汇水面积为864÷3=288m2，每个雨水斗的泄流量。4.2.4连接管连接管管径与雨水斗口径相同，即。4.2.5悬吊管设计每根悬吊管设计排水量：悬吊管的水力坡度为0.020，查悬吊管水力计算表可知悬吊管管径，悬吊管不变径。\n#*4.2.6立管设计立管只连接一根悬吊管，立管管径与悬吊管管径相同，即。4.2.7排出管设计排出管管径与立管相同，。4.2.8埋地管设计埋地干管按最小坡度0.003铺设，埋地干管选用混凝土排水管，统一选用管径为200mm。\n#*结论与展望我的毕业设计题目是北京市高层住宅建筑给排水毕业设计，它是集商业与住宅与一体的高层建筑，高为33层，地下一层为车库，地下二层为设备层，裙房一二层为商业区，主楼1~33层为住宅区，每层8户。我需要完成的任务是，设计这栋高层建筑的给水包括生活用水系统和消防给水系统，排水包括污水和雨水。消防系统分为消火栓灭火系统和自动喷淋灭火系统，自动喷淋灭火系统主要布置在地下一层和商业一二层，住宅区通过室内消火栓系统灭火，同时在大楼外面还设有地下式室外消火栓。该建筑的给水系统设计为分区给水，1~4层为低区，由市政管网供水，5~19层为中区，20~33层为高区，中区和高区由变频调速泵供水，生活贮水池设在地下二层。排水系统中污废水你合流排放，各户总共3根排水管，直接排出室外。消防系统设计消防水箱及消防水池，消防水箱放置在楼顶，消防水池设在地下二层。消防给水系统设计两条引入管。自动喷淋系统设计一条引水管。雨水系统为内排水系统，总共设计4条排水管。各系统的管道具体设计数据见计算说明书，各布置见施工图，在此仅做简单陈述。建筑给水排水工程的设计，并非一朝一夕所能够学好的，书本上的知识毕竟有限，设计能力还得在后续工作中进一步提升。该建筑的毕业设计还存在许多不足与不当之处，望见谅。\n#*致谢通过和同学的探讨以及老师们的指导，我顺利的完成了毕业设计，这次设计历经两个多月，是辛苦而有难忘的。这次设计让我学到了不少的知识，把以前迷惑的，不懂的重新理清了头绪。同学的热心帮助，老师的耐心指导，确实使我学到了以前不懂的知识。此次设计中，首先老师给我们确定课题，给定图纸，然后我们进行给排水系统方案系统化的设计，绘制草图，通过计算确定管径，确定埋深，还有消防的设计。在这次的毕业设计中我学到很多经验，为我以后从事给排水设计工作奠定的坚实的基础。此次设计让我的绘图能力也得到了极大的提升。大学生活接近尾声，我们大四的毕业设计也已完成，这四年的结束也是我们另一人生阶段的开始，望这四年中我们自身有了一个新的提升，希望通过此次毕业设计，我们大家都学到了不少知识，为以后的工作打下坚实的基础，能够如此顺利地完成毕业设计，在此感谢所有老师及同学们的帮助。\n#*参考文献[1]王增长.建筑给水排水工程[M].第六版.北京：中国建筑工业出版社，2010.[2]陈方肃.高层建筑给水排水设计手册[M].第二版.湖南：湖南科学技术出版社，2001.[3]姜文源.建筑给水排水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.[4]中国市政工程西南设计院.给水排水设计手册（第1册）常用资料[M].北京：第二版中国建筑工业出版社，2000.[5]上海市城乡建设和交通委员会.建筑给水排水设计规范[M].GB50015-2003（2009版）.北京：中国计划出版社，2010.[6]公安部.建筑设计防火规范[M].GBJ16-87（1997年版）.北京：中国计划出版社，1997.[7]公安部.自动喷水灭火系统设计规范[M].GB50084-2005.北京：中国计划出版社，2005.[8]张智.给水排水工程专业毕业设计指南[M].北京：中国水利水电出版社，2000.[9]李亚峰，尹士君.给水排水工程专业毕业设计指南[M].北京：化学工业出版社，2003.[10]谢水波，袁玉梅.建筑给水排水与消防工程[M].湖南：湖南大学出版社，2003.[11]刘德明.建筑给水排水工程课程设计与毕业设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.[12]游映玖.建筑给水排水工程设计[M].北京：机械工业出版社，2009.[13]王春燕，张琴.高层建筑给水排水工程[M].重庆：重庆大学出版社，2009.[14]李玉华，张爱民.高层建筑给水排水设计[M].黑龙江：黑龙江科学技术出版社，2002.[15]李玉华，苏德俭.建筑给水排水工程设计计算[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.[16]韩海英.现代住宅建筑给水排水设计的探讨[J].城市建设理论研究究.2013(11).[17]GB50015-2003，建筑给水排水设计规范[S].[18]GB50045-95，高层民用建筑设计防火规范(2005年版)[S].[19]GB50084-2001，自动喷水灭火系统设计规范(2005年版)[S].[20]GB50242-2002，建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范[S].\n#*附录A：SiphonicroofdrainagesystemanalysisutilisingunsteadyflowtheoryS.Arthur,J.A.Swa*eldAbstractOverthepastthreeyearsaUKEPSRCresearchprogrammehasbeenunderwayatHeriot-WattUniversityinvestigatingsiphonicroofrainwatersystems.Thistextaimstoreporttheprinciple8ndingsoftheprojecttodate.Abriefdescriptionofexperimentalandnumericalaimsisgiven.Theprimingprocedurewhichoccursinanidealisedsystemisdocumented.Thetestproceduresemployedaredescribed,andexperimentalresultsareillustrated.Theframeworkemployedtonumericallymodeltheambienthydraulicsisdescribedinsomedetailed.Conclusionsaredrawnregardingtheoperationalcharacteristicsofsiphonicroofrainwatersystemsasawhole.c2001ElsevierScienceLtd.Allrightsreserved.Keywords:Roofdrainage;Siphonicroofdrainagesystem;Methodofcharacteristics1.BackgroundSiphonicroofdrainagesystemshavebeeninexistenceforapproximately30years.Inthistime,theconstruc-tionindustryhasbeengraduallypersuadedbythebene8tswhichthesesystemso>erwhencomparedtothetradi-tionalapproach.Muchofthesebene8tsarisefromthefactthatsystemscanbecomede-pressurised.However,muchofthedesiredbene8tsonlyariseatthedesigncondition—typicallyastormwithareturnperiodinexcessof30years.Whentheapplicationwasbeingmadefortheworkreported,itwasrecognisedthattheoverwhelmingmajor-ityofrainfalleventsanysiphonicsystemwouldhavetodrainwouldbewellbelowthedesigncondition.This,cou-pledwithreportsofsiphonicsystemfailures,convincedtheinvestigatorsthatthiswasanareaworthyoffutureresearch.2.AimsandobjectivesofresearchSiphonicrainwaterdrainagedependsupontheestab-lishmentoffullbore&owwithinthepipenetworklink-ingroofcollectionoutletstothestormsewer.There-placementof\n#*conventionalmultipledownpipesbyanet-workofclosedconduitso>erssigni8cantadvantagestothebuildingdesigner,asevidencedbytheincreasingin-stallationofsuchsystemsinbuildingssuchasairportter-minals,largewarehousesandprestigeo*cedevelopments.However,theestablishmentofsiphonicactiondependsuponthematchingofthenetworktotheexpectedstormhyetographandthemaintenanceofsiphonicconditionsthroughoutthestormevent—onlyonestormmatchesanyparticularsystem.Errorsindesignmayleadtosystemsoperatinginanine*cient,non-siphonicmode,ortoinsuf-8cientcapacity(&ooding).Generationofnegativepressuretransientsmayleadtosystemfailureduetopipewallcol-lapse[1].WhilesiphonicsystemshavebeeninstalledintheUKoverthepastdecade,thereisnorecogniseddesignstandard,andsystemdesignisbasedonsteadystatecal-culationswhichassumeanearinstantaneoussteadyfullboreentrainedairfree&ow.Theaimoftheworkre-portedwastodevelopanunsteady&owmodelwhichcouldsimulateconditionswithinanidealisedsiphonicroofrainwaterdrainagesystemdrivenbyastormhyetographduringpriming.Thiswouldenable&owconditionswithintherainwaterdrainagesystemtoberepresentedwithinaidealisedsiphonicdrainagesystem,frominitialfreesur-face&owasthestormdevelops,throughatwo-phase&owstage,whileairentertained,orinitiallypresent,inthesystemis&ushedout,untilthefullbore&owdesignconditionisreached.Theprimaryobjectivesoftheprojectweretherefore:1.Withinalaboratoryenvironment,investigatepressuretransientgenerationandpropagationwithinasiphonicsystemduringpriming.2.Establishboundaryconditions,bothstationaryandmov-ing,consistentwithdevelopinganumericalmodelbasedonthemethodofcharacteristics.3.Developacomputer-baseddesigntool,whichcouldprovideguidanceatthedesignstagetobothsystemdesignersandbuildingoperators.3.DescriptionofresearchTheprogrammeofresearchhasreliedheavilyonex-ploitingindustriallinksanddatageneratedfromasiphonictestfacilityconstructedatHeriot-WattUniversitytobuildtheinitialnumericalmodel.Onceaprototypenumericalmodelwasdeveloped,itwasfurtherenhancedand8netunedusingdatacollectedattheHeriot-WattUniversityfacility,frominstalledsystems,andresultsobtainedfromtestfacilitiesoperatedbyHRWallingfordandelementsofthesiphonicrainwaterindustry.Thestrengthofthisprojecthaslargelybeenduetothecloselinksmadewithindustryandlocalsystemoperators,aswellasthestrongbackgroundtheinvestigatorshaveinnumericallymod-ellingbuildingdrainagesystems.4.Designconsiderations\n#*Foranygivenapplication,siphonicroofdrainagesys-temsarenormallydesignedtocopewiththesteady-statepressuresassociatedwithaselected‘designstorm’,whichisnormallyspeci8edintermsofasteadyrainfallintensity(intheUKthisisinaccordancewithBS6367[2]).Se-lectionofarainfallintensityatthedesignstageisbaseduponthegeographicallocation,andbybalancingtheriskoffailureagainstthecostofallowingforadditionalroofdrainagecapacity[1,3].However,itcanbeseenthatthisapproachwillleadtooneoftwopostinstallationeventu-alitieseachtimeastormoccurs:Astormoccurswhichexceedsthedesignrainfallin-tensity.Practically,irrespectiveofthedesignrainfallin-tensityselected,thiswillalwayseventuallyoccur,andwillresultin&oodingtosomeextent.Well-designedsystemsmakeallowancetoensurethatanyoverspillisdirectedtoareaswhereitcanbemanaged,oranydamagecausedislimited.Astormoccurswhichislessthanthedesignrainfallintensity.Foranywell-speci8edsystem,thevastmajor-ityofthestormsencounteredwillfallintothiscategory.Whererainfalleventsoflowintensityareencountered,thesystemwillperformasa‘conventional’roofdrainagesys-tem.However,asincreasingrainfallintensitiesareconsid-eredpartialunsteadyde-pressurisationofthesystemwilloccur.Testinghasshownthatthisde-pressurisationresultsinsubstantialamountsofairbeingdrawnintothesystem,thiscanexceedthevolumeofwaterenteringthesysteminsomecircumstances.Theunsteadynatureofthe&owregime,whichhasbeenobservedtobecyclicinnature,leadstovaryingamountsofnoisegeneration,andstruc-turalvibrationwithinthesystem.Theunsteadypressureregimeswhichhavebeenobservedtooccurwithinthetestrigusedinthisstudy(Fig.1),whenthesystemisdrain-inganin&owlessthanthesystemcapacity,areillustratedbythedatapresentedinFigs.2and3.\n#*Fig.1Schematicdiagramofatestrigcon8gurationillustratingthemaindimensions.Fig.2Ambientpressuresinthesystemforasteadygutterin&owrateof42%ofthemeasuredcapacityofthesystemillustratedinFig.1.The8gureillustrateshow,underparticularconditions,acyclicpressureregimemaybeestablishedinthesystem.Thefrequencyofthecyclicresponseofthesystemisrelatedtotherateofin&ow,andthelengthsofthehorizontalandverticalpipework.5.CurrentdesignpracticeCurrently,siphonicroofdrainagesystemsaredesignedtoaccommodateaspeci8edstormwhich8lls,andprimes,thewholesystemrapidlywith100%water.Thisassump-tionmeansthatthesystemmaybedesignedeasilyusingelementarysteady-statehydraulicrelationships.Thesteady&owenergyequationisusedalmostuniver-sally[3]asthebackboneofthedesignprocedureforsiphonicroofdrainagesystems.ThepressuredropbetweenanytwopointsXandYcanbedetermined.Thepressuredropbetweentwopoints,IHX;Y,isac-countedforbylossesduetothehydraulicresistanceofthepipewallsandadditionallossesdueto8ttingswherethesearepresent.\n#*Thedesignapproachoutlinedabovewasusedtoes-timatethe&owcapacityandpressuredistributionforasinglecon8gurationofthesiphonicroofdrainagetestrigusedinthisstudy.Therearesigni8cantcalculatedvaria-tionsinpressurethroughoutthesystem,whicharedepen-dentuponfrictionallossesthrough8ttingsandchangesinstaticheight.AnoverviewofthisanalysisisgiveninTable1.Thediscrepancieswhichexistbetweentheseresultsmaybeaccountedforbyvariationinaircontentandinaccuraciesintheestimationoftheheadlossacross8ttings.Fig.3Ambientpressuresinthesystemforasteadygutterin&owrateof81%ofthemeasuredcapacityofthesystem.The8gureillustrateshowevenwhenthein&owtothesystemisapproachingthedesignconditionambient&owconditionsarefarfromsteady.Table1ComparisonofmeasuredandcomputedconditionswithintheSiphonicRooftestrigatHeriot-WattUniversitya\n#*Theseresultsmirrorthe8ndingsofresearchersatHRWallingford(3).Whenreviewingtheseresults,itshouldbenotedthattheseresultsrefertothehydraulicconditionsfortheDesignStorm.Itsin&owratesbelowtheexistingdesignapproacharenotvalid.singlecon8gurationofthesiphonicroofdrainagetestrigusedinthisstudy.Therearesigni8cantcalculatedvaria-tionsinpressurethroughoutthesystem,whicharedepen-dentuponfrictionallossesthrough8ttingsandchangesinstaticheight.AnoverviewofthisanalysisisgiveninTable1.Thediscrepancieswhichexistbetweentheseresultsmaybeaccountedforbyvariationinaircontentandinaccuraciesintheestimationoftheheadlossacross8ttings.6.LaboratoryinvestigationsThemainaimofthelaboratorytestingwastode8nejusthowsiphonicroofdrainagesystemsprimeatthede-signcondition.Beforedescribingtheprimingprocess,itis8rstessentialtode8newhatphysicallyconstitutesasi-phonicroofdrainagesystem.Abasic,idealised,siphonicroofdrainagesystemmaybedeconstructedintothreees-sentialcomponents:1.Asinglesiphonicroofoutlet.Theseunitsaresitu-atedonarooforguttersurfaceandallowentryofstormwaterfromtheroofsurfaceintothesystem.Theoutletcanbeidealisedashavinganinvertedtruncatedconicalcross-sectionwithbaUe-typeobstructionnearthegutterlevel.TheprimarypurposeofthebaUeistorestricttheentryofairintothesystem.2.Horizontalpipework.Thehorizontalpipeworkexiststoconveythestormwaterfromtheoutlettothemaindrainagestack.Typically,inaninstalledsystem,thehy-draulicconditionswithinthehorizontalpipeworkwillbein&uencedbyseveralbendsandpossiblyconnectionsfromadditionalroofoutlets.3.Verticalpipework.Forasiphonicroofdrainagesystemtofunctionproperlytwopiecesofverticalpipeworkmustbepresent:the8rstisasmalllength(0.2–0:5m)whichconnectstheoutlettothehorizontalpipework.Thesecondconnectsthehorizontalpipeworktothepointofdischarge,assumedtobeatatmosphericpressure.6.1PrimingofthetestrigUnderstandingtheprimingactionwithinasiphonictestrigisoffundamentalimportance.\n#*If,forwhateverreason,aninstalledsystemcannotprimeatthedesignrateofin-&owthesystemwillfailtomeetitsdesigncriteria.Theprimingactiondescribedinthissectionwillconsiderthehydraulicconditionswhichprevailinasiphonicsystemwherethein&owtotheroofgutterrisesrapidlytoequalorexceedthantheobservedin&owcapacityofthetestrig(i.e.thedesigncondition).Toanalysetheprimingactionofthetestrig,pressureswererecordedatseveralpointsalongthehorizontalpipeworkatdatasamplingratesfrom10to1000Hz,&owdepthsinthegutterweremeasuredusingpressuretransducersatasimilarfrequency.Addi-tionally,astheentiresystemwastransparent,&owswereanalysedbyeye,withtheaidofstillphotographyandus-inganEPSRCLoanPoolhigh-speedvideocamera(upto500framespersecond).Theprimingprocedureobservedmaybedeconstructedintotheelementslistedbelow:Initialgutterin7ow.The8rststepintheprimingpro-cedureisforthewaterdepthintheroofguttertoslowlyincrease.Initially,thepressuresinthesiphonicsystempipeworkareequaltoambientatmosphericpressure(plusthe&owdepth).Flowintheverticalpipeworkatthisstagewasobservedtobeannular.Flowsinthehorizontalpipeworkwereobservedtobesub-critical.Asthedepthattheroofoutletincreases,thiscausessupercritical&owtodevelopatthestartofthehorizontalpipework,andtheobservedformationofadistinguishablehydraulicjumpjustdownstream(Fig.4a).ImportanceofBend1.AsFig.1indicates,ashortsectionofverticalpipeisattachedtothesiphonicroofoutlet.Thisshortlengthofpipethenconnects,viabend1,tothehorizontalpartofthetestsiphonicsystem.Lab-oratorytestshaveindicatedthatifonlyasingleverticallengthofpipeisconnectedtothesiphonicroofoutlet(i.e.nohorizontalpipeworkisincludedinthesystem),thehy-draulicresistanceisinsu*cienttoallowthedevelopmentoffullbore&owintheverticalsection—irrespectiveofthedepthof&owintheroofgutter.Hydraulicjump.Asthe&owslowlyincreaseswithtimethejumpgraduallymovestowardsthedownstreamendofthehorizontalpipe.Simultaneously,thedownstream(sub-critical)depthofthejumpslowlyincreases.Eventually,arateofin&owisreachedwherethedepthdownstreamofthehydraulicjumpisequaltothepipediameter,atthisjuncturefullbore&owhasdevelopedinthehorizontalpipework(Fig.4b).Atthisjuncture,avolumeofairbe-comestrappedbetweenthejumpandtheupstreamendofthehorizontalpipe(abovethesupercritical&ow).Simulta-neously,fullbore&owconditionspropagatedownstream.Mainverticalpipe.Whenfullbore&owconditionsreachbend2,theverticalpipebeginsto8ll.Asfullbore&owdevelopsinthemainlengthofverticalpipe,themassofwaterinthepipecausesde-pressurisationofthe&owintheupstreampipework(i.e.theambientpressurefallsbelowatmosphericpressure).Thiscausesthein&owintothesystemtoincrease.This\n#*increasedin&owcausesthefullbore&owtodevelopattheupstreamendofthehori-zontalpipe.Theairpocket(describedabove)thenmovesalongthehorizontalpipeworkattheambientvelocityofthe&ow(Fig.4c).Whenthisairpocketpassesbend2andenterstheverticalpipe(Fig.4d)itcausesapartialre-pressurisationoftheentiresystem.However,oncetheairpocketleavestheverticalpipethesystemcanbecomefullyprimed—otherthanthepresenceofsmallamountsofentrainedairwhichenterthesystem(normallylessthan5%).Fig.5showsdatacollectedforatypicalprimingeventinthetestrig.Eachofthezonesdelineatedinthe8gurearedescribedinTable2.Fig.4.Movementoftrappedairwithinthesystemduringpriming.(The8gureassumestheroofoutletisfullysubmergedandthein&owcontainsnoair.)\n#*Fig.5.Ambientpressuresinthesystemduringpriming.Itcanbeseenthatthe&owswithinthesystemmovequitequicklyfromafreesurface&owconditiontofullbore&ow.The8gureclearlyshowsthatthere-pressurisationisgeneratedatthedownstreamendofthesystem,andthenpropagatestowardstheupstreamend.Thisisindicatedbythetimelagobservedbetweentheobservationofthere-pressurisationatthedownstreanandupstreampressuremonitoringpoints.Table2Zonedescriptions,asdelineatedinFig.57.AirinductionintosiphonicsystemsWithinsiphonicroofdrainagesystemstherearethreeprincipleentryroutesforairintothesystem&ow,andthesemaybelistedasfollows：1.Airwhichexistedwithinthesystembeforetherainfalleventconsideredbegan.Beforethereisanyin&owintoasiphonicsystem,thevolumewithinthepipeworkisalmostentirely8lledwithair.Well-designedsystemsallowthisairtoexitfromthesystembothviatheroofoutlet,asthein&owgraduallybuilds,andviathedischargepointtothesub-surfacesystem—propelledbytheenergyofthe&ow.2.Airwhichisheldwithinthein7owingrainwater.Duetotheturbulentnatureofruno>fromroofsandthe&owwithintheroofgutters,largeamountsofaircanbeen-trainedwithinthein&owtothesystem.3.Airwhichisdrawndirectlyintothesystemviathesiphonicoutlet.Eachofthesiphonic\n#*systemoutletsavail-ableisspeci8callydesignedtoinhibittheformationofavortexbyplacinganobstruction,thegeometryofwhichvaries,overthemainentrytothesystem.However,someairdoesenterthesystemviasmallvorticesorduetore-duced&owdepths.Itisthismodeofentryofairtothesystemwhichcausestheseverestproblems.Thisisduetothefactthatifalargepocketofairisdrawnintothesys-tem,itcancauseasuddenlocalde-pressurisationwhenitreachesthemainverticalstack—whichthenpropagatesthroughtheentiresystem.7.1.MeasurementofthelevelsofairenteringthesystemToquantifytheamountofairenteringthetestrigviatheroofoutlet,andentrainedwithinthein&owthestraight-forwardexperimentalset-upillustratedinFig.6wascon-structed[4].Themethodologyemployedconsistedofseal-ingtheoutletfromtheatmosphereotherthanviaasingleinstrumentedairinlet.Thisallowedthetime-varyinglev-elsofairin&owtothesystemtobeaccuratelyrecorded.Anyadditionalairinthesystemin&owafterprimingmaythenbeassumedtobethatentrainedwithinthein&ow.Thetestrigwasthenoperatedatvaryinglevelsofin-&ow,andhencedi>erentlevelsofgutterdepth.ThedatarepresentedinFig.7wasobtainedwhenthein&owintothegutterwassetat88%ofthemeasured,fullyprimed,systemcapacity.Asthein&owapproachesthecapacityofthesystemthereisinitiallyanexcessofin&owintothesystemgutter(i.e.gutterin&ow¿gutterout&owviatheroofoutlet),asituationdevelopswhichallowsthesystemtooperateatthefullyprimedrunningpressure—by60s(Fig.7)—theaveragepressurewascomputedtobe−3:09mH2O(standarddeviation=0:023mH2O,0.74%).However,thereisinsu*cientin&owtotheguttertosus-tainthis(i.e.gutterin&ow¡gutterout&ow)andby100s(Fig.7)thesystempressuredropstoanincreas-inglyunsteadyrunningpressure,thiswascomputedtobe−2:37mH2O(standarddeviation=0:092mH2O,3.88%)thisisadropof27.3%.Thedataintheplotalsoin-dicatesthatairwasenteringthesystemdirectlyviatheroofoutletatanaveragerateof0.027l=s,thisvolume&owratewouldthenexpandto0.036l=satbend2—insigni8cantwhencomparedtothewater&owrate.Vi-sualobservationsduringthetestindicatedthatthelevelofairinthesystemwasfarhigherthanindicatedbythesemeasurements,revealingthatasigni8cantamountofairenteredthesystemduetoentrainmentwithinthesystemin&ow,viatheturbulent&owwithinthegutter.\n#*ThedatarepresentedinFig.8wasobtainedwhenthein&owintothegutterwassetat42%ofthemeasured,fullyprimed,systemcapacity.Itcanbeseenfromtheplotthatthesystemrunningpressureisunsteady,andthatitisvaryingcyclically.Theaveragerunningpressurewasmeasuredtobe−0:58mH2O(standarddeviation=0:77mH2O,132.6%).Wherethein&owofairdirectlyintothesystemisconcerned,themaindi>erenceinthistestrunisthatairisprimarilydrawnintothesystemonlywhenthesystemrunningpressuredropsbelow—0:15mH2O.Abovethispressuretheplotshowsverylit-tleairenteringthesystemdirectly,althoughaproportionwillstillenterentrainedwithinthegutterin&ow.Fig.6Mechanismemployedtomeasurethevolumesofairenteringthetestrig.Theairintakewasinstrumentedtomeasureair&owratesat100Hz.Fig.7.Pressureandairin&owdataforthesystemoperatingat10.4l=s.\n#*8.NumericalrepresentationofsiphonicrainwatersystemsThetransitory&owconditionswithinthesiphonicroofdrainagesystemsmaybesimulatedbynumericalsolutionofthede8ningequationsofmomentumandcontinuity,augmentedbyrepresentationsoftheboundaryconditionswithinthesystem.Anumericalmodel,“SIPHONET”[5,6],hasbeendevisedwhichrepresentstheprimingofthesys-temasawhole.TheprimingprocedurewhichSIPHONETrepresentsconsistsofdepictingthereplacementoftheho-mogenousair=watermixturedownstreamofthejumpwiththelowaircontent&owenteringthesystem.Thekeypointintheprimingphaseoccurswhenthelowaircontent&ow8llsthestack,asthisthenleadstothede-pressurisationandprimingofthesystem.Themovementofdiscretepocketsofairfromthepointofentrytothepointofdischargecanalsobetracked,andanyin&uenceontheinternalpressureregimeiscomputed.Theremainderofthissectionofthediscussiongivesanoverviewoftheprocessemployedwithinthenumericalmodeltorepre-senttheprimingprocedure.\n#*Fig.8Pressureandairin&owdataforthesystemoperatingat5.0l=s.The8rststepinthemodellingprocessistorepresent,numerically,theinitialfreesurface&owconditionsandtheinitiationoffullbore&owviatheformationofahy-draulicjump.Oncethishasbeenestablishedwithinthemodel,itthenbecomespossibletocalculatetheinitialpressuresthroughoutthesystem(t=0condition).AllthedatarequiredtorunthemainnumericalsectionofSI-PHONEThavenowbeencomputed.Thehydraulicswithinthesystemmaynowberepresentedandsolvedusingthequasi-linearhyperbolicpartialdi>erentialequationsofcontinuityandmomentum,Eqs.(2)and(3),expressedintermsoftwodependentvariables—velocityandpressurehead(VandH,respectively).Theseequationsmaythenbesolvedusingthemethodofcharacteristics[7–9].Usingthismethod,thepipelineisdividedintoNsections(N+1nodes)ofequallength,Ix.Valuesofdischargeandheadareknownateachnodeatt=0,asdetailedabove.Thesolutionframeworknormallyemployedtosolvethehy-draulicconditionspresentinthehorizontalpipeworkisillustratedin\n#*Fig.9,wherepointsAandBrepresenttwopointsinspaceandtime(nodesi−1andi+1att=0)wheredischargeandpressureheadareknown,andpointPrepresentstheintermediatenode,i,att=It.ThenextstepinthecalculationprocedureistodeterminetheQandHateachcalculationnodeatt=It(Itisdeter-minedusingEq.(4)—theCourantCriterion),thisisdonebycommunicatingthehydraulicconditionsfromad-jacentnodesfortheprevioustimesteptothecalculationpoint.ThisisaccomplishedbyapplyingthecharacteristicEquations(Eqs.(5)and(6)whicharevalidalongC+andC−,respectively)andintersectatpointP:AteachendofthepipelengthconsideredinFig.9onlyoneofthecharacteristicequationsisavailable(i.e.attheupstreamendonlytheC−characteristic,andatthedownstreamendonlytheC+characteristic).Therefore,forasolutiontobereachedatthesepoints,additionalrela-tionshipsmustbeformulatedwhichrepresentQandHattheupstreamanddownstreamboundaries.Thesystemexitboundaryconsistsofsettingthepressuretoatmosphericatthepointofexit.Whilsttheentryreliesonanempiricalrelationshipwhichrelates&owdepthtooutlettype.Any&owenteringthesystemduringtheprimingphaseafterfullbore&owhasbeenestablishedisassumedtocontain0.1%airastheroofoutletisfullysubmerged.The&owdownstreamofthejumpisassumedtobeaho-mogeneousair=watermixturebetweenadjacentnodes.ThepropagationvelocitiesbetweeninternodalreachesmaynowbecomputedusingEq.(7).1Itcanbeseenthattheprop-agationvelocitywillnotbeequalthroughoutthesystem,andthatthe&owvelocitymayalsoapproachthepropa-gationvelocityundersomeconditions.Forthehorizontalpipelength,thisconsiderationwasfoundnottobeimpor-tant.However,astheaircontentofthe&owsigni8cantlyin&uencestheambientpressureswithintheverticalstack,thein&uencethattheaircontenthasonthepropagationvelocityheremustalsobetakenintoaccount.This,there-fore,resultsinavariationinwavespeedbetweenthecomponentpipelengthswithinthesystemandbetweeninter-nodalsections.Therefore,ifItisselectedusingthehighestwavespeed,sectionsofthesystemmayexistinwhichtheIttimestepissigni8cantlysmallerthanthatprescribedbytheCourantCriterion(Eq.(4)).Usingtimelineinterpolation,thelevelofItissetwithinallthesystemelementsmodelledusingthehighestpropa-gation,resultinginthelowestvalueofIt.DeterminationofHandQisundertakenasillustratedinFig.9forthehorizontalpipeworkasherethepropagationvelocityisthatusedtosetIt.AsthepropagationvelocityislowerinthestackitmeansthatittakeslongerthanItforpres-surechangestobecommunicatedtopointPfromadjacentnodes.Dependingontheamountofairinthe&owthepropagationand&owvelocitiesmayalsobecomecompa-rable,thereforetheapproximationrepresentedinEq.(4)is\n#*invalid.Thesefactorsmeanthatifnodesi−1andi+1arestilltobeusedinthedeterminationofQandHatthepointintimeandspaceP,theknownvaluesofQandHatthesenodesmustbeobtainedmorethanItbe-forethetimeplaneinwhichpointPexists.ThissituationmeansthatthesolutionmethodoutlinedinFig.9mustbemodi8ed,andtimelineinterpolationmaybeintroducedtosolvethecharacteristicequationsforQandHinthesuccessiveIttimesolutionplanes.Fig.10illustratesthetimelineinterpolationmethodasappliedtothiscondition.Timelineinterpolationmeansthatratherthanusingtheprevioustimestep,andcommunicatingtheconditionsatthatjuncturetothecurrenttimestep,dataisconveyedfromapositionm+timesteps2priortothecurrentpositionwherethecharacteristiclines(C+andC−)crossprecedingandsubsequentnodalplanes,respectively.Fig.10Detailsoftheapplicationofthemethodofcharacteristicsus-ingtimelineinterpolation.(Note:Forclarityonlyalternatenodesarerepresented.)ThesolutionstructureisnowinplaceandSIPHONETcannowbeginsolvingforQandHateachnodeforeachsuccessivetimestep.SIPHONETalsotracksthemove-mentoftheairpocketlodgedupstreamofthehydraulicjump,asitmovesthroughthesystemattheambient&owvelocity,andthevolumeisadjustedaccordingtothegaslawasitmovesthroughthesystematcomputedVItspatialintervals.Astheairpocketentersthestackthere-sultantreductioninthe&owdensitywithinthestackgen-eratesapartialre-pressurisationofthesystem.Thepocketthencausesade-pressurisationasitexitsthesystem.Atthisjuncture,thesystemisjudgedtobeprimed.\n#*Fig.11Computedandmeasuredpressuresatbend2duringtheprimingofthesiphonicroofdrainagesystemillustratedinFig.2.Fig.11comparesoutputfromSIPHONET,anddatacollectedfromthetestrig.However,despitethesesimu-lationresultslaboratoryworkisunderwaytoaugmenttheunderstandingoftherateatwhichairentersthesystematvaryingratesofin&owanddepthsofgutter&ow.Oncethesedatahavebeenintegratedinto‘SIPHONET’,simu-lationof‘real’storms(time-varyinggutterin&ow)inthetestrigwillbeattainable.9.ConclusionsInsummary,thefollowingconclusionsmaybedrawn.•Duetothebene8tswhichsiphonicsystemshave,theyaredraininganincreasingproportionofUKcommercialroofspace.•Thereareweaknessesinthecurrentdesignapproachemployedbydesigners.•Arguablyweaknesses,andinstallationproblems,haveresultedinanumberofoperationalfailures.•WiththeaidoftheEuropeansiphonrainwaterdrainageindustry,asiphonictestfacilityhasbeenestablishedatHeriot-WattUniversity.•Amethodhasbeenestablishedwhichmaybeusedtoquantifytheamountofairenteringthetestrig.•Theprimingofthesiphonictestrighasbeendescribed.•Datacollectedillustratesthatwhenthesystemsoperatebelowthedesigncapacitythe&owregimeisunsteady.•Anumericalmodelhasbeendevisedwhichcanrepre-senttheprimingofasiphonicroofrainwatersystem.\n#*10.FutureresearchTheworkreportedhereinhasbeenusedasgroundstofurtherextendthescopeofthesiphonicroofdrainageresearchundertakenbyHeriot-WattUniversity.Theproject,whichwillrununtilOctober2002,willfocusonnumer-icallymodellingmulti-outletsystems.Additionally,withhelpfromthesiphonicindustryandlocalpropertyman-agers,realsystemswillbeinstrumentedandmonitoredtoassesshowtheyperformwithrealrainfall.AcknowledgementsTheresearchersatHeriot-WattUniversityremaingrate-fulfortheassistancegiveninprogressingthisprojectbythefollowingcompanies;DalesFabricationsLtd.,DallmerLtd.,EPSRC,Full&owLtd.,GeberitAB,HRWallingfordLtd.,PickEverard,RoyalAcademyofEngineering,Scot-tishRecordO*ce,SimonaUKLtd.,SommerheinABandTheScottishO*ce—AdministrativeServices.\n#*References[1]BowlerR,ArthurS.Siphonicroofrainwaterdrainage—designconsiderations.ProceedingsonWaterSupplyandDrainageforBuildings:CIBW62,Edinburgh,1999.[2]BSI.BritishstandardcodeofpracticeBS6367:1983Drainageofroofsandpavedareas,BritishStandard,1983.[3]MayRWP,EscarameiaM.Performanceofsiphonicdrainagesystemsforroofgutters.ReportNo.SR463:HRWallingford,1996.[4]ArthurS,Swa*eldJA.Numericalmodellingofsiphonicrainwaterdrainagesystems—TheImportanceofAir.Proceedingsofthe8thInternationalConferenceonUrbanStormDrainage,Sydney,Australia,1999.[5]Swa*eldJA,ArthurS,MayRWP.Primingofasiphonicrainwaterdrainagesystem.ProceedingsoftheWaterSupply&DrainageforBuildings:CIBW62,Rotterdam,1998.[6]ArthurS,Swa*eldJA.Numericalmodellingoftheprimingofasiphonicrainwaterdrainagesystem.TheProceedingsofCIBSE:BuildingServicesEngResearchandTechnology1999;20(2):83–91.[7]ListerM.Numericalsolutionsofhyperbolicpartialdi>erentialequationsbythemethodofcharacteristics.In:RalstonA,WilfHS,editors.NumericalMethodsforDigitalComputers,Wiley,NewYork,1960.[8]Swa*eldJA,BoldyAP.Pressuresurgeinpipeandductsystems.Aldershot:AveburyTechnical,Aldershot:AshgatePublishingLtd,ISBN0-291-39796-4,1993.[9]WylieEB,StreeterVL.FluidTransients.NewYork:McGraw-Hill,Inc.ISBN0-07-072187-4,1978.\n#*利用非恒定流理论分析虹吸式屋面排水系统S.Arthur∗,J.A.Swa*eld摘要在过去的三年里，一项英国协会研究项目已经在进行中，即赫瑞瓦特大学研究的虹吸式屋面雨水系统。本文旨在介绍迄今为止的相关理论。对试验结果和数字指标进行简短描述。记录发生在理想化系统的启动状况。本文描述了虹吸设备试验的程序，并且试验结果用图表分析。在某些细节上，使用数字模型的框架对周围的水力学特性进行描述。关于虹吸式屋面排水系统的运行特征将在文章中做整体描述。关键词：屋面排水；虹吸式屋面排水系统；特征方法1、背景虹吸式屋面排水系统已经存在大约30年了。在这段时间，由于虹吸式排水系统更具有优势和好处，建筑业渐渐的青睐虹吸排水系统。虹吸式排水系统的诸多优点主要是因为它可以在负压状态下运行。但是，一些期望的优势仅仅只能在设计工况出现。例如，一场典型暴雨的重现期超过30年。当设定了工作程序，众所周知绝大多数势不可挡的降雨事件，就算是虹吸系统的排水量都远小于设计工况。再加上虹吸式排水系统存在很多运行故障和难题，这就使得很多科研人员坚信，在将来，虹吸式排水系统是个值得研究的课题。2、研究目的与对象虹吸式雨水排水系统取决于在市政雨水管网与屋面雨水排除管道之间的满管流动状态的形成。使用封闭的管道代替传统多相性雨水管，这为工程设计带来了许多好处，实践证明，正是这种变革，虹吸式排水系统广泛的运用到飞机场，大型仓库以及豪华的办公楼中。设计中的错误可能导致系统运行效率低，无法形成虹吸状态，或者达不到有效流量（淹没状态）。瞬时负压力的积累会导致管壁破裂[1]。在英国，虹吸式排水系统使用的10年时间里，并没有公认的设计规范。虹吸式系统的建立，总是以假设夹带气体的瞬时稳定状态得到的计算数据为依据。本文的目的在于建立一种非恒定流模型，这种模型可以通过暴雨降水过程曲线模拟虹吸式排水系统的运行状态。这样就可以使得雨水在雨水排水系统中的流动状态达到与其标准。从最开始的地表径流开始暴雨的发展，通过两个阶段的流动，空气不断溶解到水中，直到达到设计运行需要的满管流形成。项目的主要启动过程如下：1）在实验室环境下，启动过程中，观察虹吸管系统中瞬时压力的积累和扩散。2）建立静态的与流动的边界条件，以数学特征为基础建立数学模型。\n#*3）开发一种以计算机系统为基础的设计系统，这种系统可以为工程设计人员提供设计阶段指导。3、实验描述研究项目的建立主要依赖于工业连接配件的开发，以及在郝瑞瓦特建设的试验设备测得的试验结果。并且以此来建立最初的数学模型。曾经开发过一个数学模型，它证实了并十分完美的与在实验室取得的数值相协调。从最初的系统安装，试验设备运行数据，以及在虹吸雨水工业得到的材料。和研究者建立的数学模型一样，密闭连接设备的应用也在很大程度上促进了该项目的发展。4、设计注意事项通常，在任何既定的工程中，虹吸式屋面排水系统的设计要满足稳态压力，这种稳压与选定的“设计暴雨”有关。即通常所说的稳定的暴雨强度（在英国这与BS6367[2]一致）。在设计阶段，暴雨强度的选择以工程的地理位置为依据，通过平衡风险，成本以及额外流量承载能力[1，3]进行分析。然而，可以看出这种方法在安装后将导致每次暴雨出现时总有一至两个非正常的状态发生。4.1暴雨强度超过设计强度理论上，设计暴雨强度一旦选定，这种强度的暴雨总会发生，并且会导致一定程度的洪水。设计优秀的系统要确保与任何直接进入其承受区域的流量，或者任何可以承受的破坏程度相一致。\n#*4.2暴雨强度小于设计强度对所有系统进行分类，大多数可能遭遇的暴雨分为以下情况。当遇到低强度的降水时，系统就成为了传统排水系统。但是，随着降雨强度的增大，系统中局部非恒定压力状态会产生。试验表明，这种负压力的变化，将导致大量的空气进入系统中。在某些环境状态下，进入系统的水量会超过设计负荷。流体存在不稳定的自然流动状态，这使得系统产生噪音、震动。压力变化也十分得频繁，当系统接纳的水量远小于系统流通能力时，这些特征已数据的形式在图2.3中表示出来。图1原理图的一个测试平台结构说明了主要的维度图2环境压力系统中42%的稳定地沟流动率的测量能力系统在图1演示此图说明，在特定的条件下，循环压力可以建立该系统。循环系统响应的相关流动率的频率，与水平的和垂直的管道长度。5、最新设计实践最近，虹吸式屋面排水系统按照给定的设计暴雨进行设计，这种设计暴雨可以使系统在短时间里充满水。并且能够快速的启动虹吸排水系统。这就意味着，使用稳定流理论进行虹吸系统的设计更加的简单。在几乎所有的虹吸排水系统的设计中，稳定流能量守恒定律都得到了广泛的应用，并将其作为设计的理论依据。系统中，任何两点X,Y之间的压降可以通过下式计算：\n#*两点间压降△HXY,由管壁的水力阻力损失和局部阻力损失组成。在研究过程中，上面列出的计算方法经常用来估算流通能力，以及虹吸试验系统中各部分的压力分配情况。图3环境压力系统中81%的稳定地沟流动率测量系统的能力此图说明了即使在流动到系统已接近设计条件环境条件下仍然不稳定。表1在赫瑞瓦特大学屋顶的水管试验台上进行测量和计算条件的比较这些结果反映了的是那些在沃灵福德发现成果的研究者，当回顾这些结果,应该指出的是，这些参考液压条件设计的结果，它的流动利率低于现有的设计方法，因此是无效的。在系统压力的计算中有许多重要的方法，这些方法依靠流体通过管道的摩擦阻力和静高的变化进行计算。这些计算结果之间存在一定的偏差，是由于空气容量的变化，以及跨越管道时水头损失不精确估算引起的。\n#*6、试验研究试验研究的主要目的在于虹吸式屋面排水系统在设计条件下是如何启动的。在描述启动过程之前，必不可少得要定义虹吸式屋面排水系统的物理结构组成。一个基本的、理想的虹吸屋面排水系统可以由三部分组成：6.1虹吸雨水斗这些单元布置在楼顶或者天沟处，并允许暴雨进入系统，即雨水收集装置，它是一个反向带隔板截圆锥体，并与天沟靠近。设置隔板的主要目的是阻止空气进入系统中。6.2水平管网水平管道设置在虹吸雨水斗和排水立管之间，用来传输流体。一个典型的虹吸系统，其水平管网中流体的状态受到诸多因素的影响，例如弯管等。6.3排水立管对一个虹吸式屋面排水系统而言，从功能上讲，以下两端排水立管必须设置：第一段：短管（0.2－0.5M），连接虹吸雨水斗和水平管网；第二段：弯管，连接水平与排水立管。6.4试验设备的启动理解虹吸试验设备的启动过程具有十分重要的意义。不论什么原因，如果一个系统不能够在设计流量下正常运转，它就不符合设计规范。在本篇所描述的启动过程，考虑了一种水力学状态，在流入屋顶天沟的水量不断上升到与试验设备的流通能力持平时，这种状态在虹吸系统中普遍的存在（例如在设计状态下）。为了分析试验设备的启动过程，沿着水平管网设置了许多压力观测装置，检测频率在10－1000HZ之间。水流在天沟中的深度通过水压传感器检测。另外，因为整个试验系统是透明的，可以通过目测，或者在静态摄影机，高象素数码摄像机的辅助下对系统进行观察。根据试验观测，虹吸系统的启动过程可以分成以下步骤：6.4.1最初的天沟径流在系统启动的最初，天沟内水流不断增多，虹吸系统中的压力与外界环境中的压力相等（加上水流深度），在竖向管网中的水流是环状的，在水平管网中水流处于亚临界状态。随着屋顶雨水斗上液面上升，水平管网径流开始形成，在管道的下游可以看到跌水（如图4A）6.4.2弯管1的重要性如图1所示，排水立管通过弯管1与水平管网连接。试验结果表明，如果仅仅由排水立管连接于虹吸雨水斗（系统中没有水平管）。那么，水力损失会变小，以至于在排水立管部分形成满管流动。6.4.3跌水\n#*随着流体渐渐的增加，跌水逐渐向水平管道下游移动，同时，下游跌水深度不断增大，最后，水流充满管径，在此时水平管道的末端形成满管流。在连接处，气体夹在跌水区和水平管道上游中间。满流状态很快传播到下游。6.4.4排水立管当满管流状态移动到弯管的时候，排水立管内开始形成满管流。随满管流在排水立管中的移动，大量的空气从排水立管中溢出，使得上游管段中形成负气压（管道中压力小于大气气压）。这促使进入虹吸系统的流体迅速增加，这些增加的水量造成满管流发展到水平管道的末端。气体微团沿着水平管道移动。当这些气体微团经过弯管2进入立管（图4），它将促使整个系统产生局部负压。然而，当气体完全排除立管时，系统完全启动――而不是气体进入管道（通常流体中含气量小于5％）。图4在系统启动过程中被困气体的运动(此图假设屋顶排水完全淹没和流动体中不含空气)如图5所示数据，他们来源于一个典型的试验设备启动过程。每一个步骤都列举在标2中。\n#*7、虹吸系统中的气体在虹吸式屋面排水系统中，气体进入系统主要有三种方式，列举如下：7.1在降雨开始前已经存在于虹吸系统中的空气在没有降水进入虹吸系统之前，管道中充满的几乎全部是空气。设计出色的虹吸系统允许空气通过屋顶雨水斗，或者节点排除。图5启动的环境压力系统可以看到，系统中的流体从自由表面到别处流动很快。此图清楚地表明，重复压在下游系统尾部中形成，然后向上游传播。这是表示重压观察在下游和上游压力监测点的时间滞后。表2区域描述,如划分为图57.2降水中溶解的气体由于降水与天沟中水流的自然波动和流淌，空气不断溶解在水流里，最后进入虹吸系统。7.3通过虹吸排水管直接进入虹吸系统的气体\n#*每一个虹吸系统的雨水斗都具有特殊的蜗旋结构，通过巨几何学的原理，阻止气体进入虹吸系统。然而，一些气体可以通过小的漩涡进入系统。这种形式的气体会给系统制造出很多运行故障。如果有大量的气体进入了系统，当他们进入立管后可以造成瞬时负压－－很快就会传送到整个系统。7.4气体进入系统水平的测算为评估气体通过屋顶雨水斗或者溶解在雨水中直接进入系统的量，如图6所示，进行试验分析。利用数学模型的方法进行测算，这样使每个时刻气体进入系统的情况得到准确的计量。系统启动后进入的气体通常视为溶解在雨水中的。试验设备在不同的流量和淹没水深下进行。图7中的数据是在系统完全启动后，天沟径流率为88％时的系统流通能力统计。随着径流达到系统的设计流通能力，额外的径流流入系统。使得系统可以在完全启动压力下运行。－平均压力为－2.37MH2O（标准偏差：0.2MH2O,0.74%）但是如果没有足够的径流维持这种状态，系统的压力会降到不稳定的运行状态－2.37MH2O（标准偏差：0.092MH2O，3.88％）。降低了23％。视图上的数据显示通过屋顶虹吸雨水斗直接进入系统的空气，平均速度为0.027L/S。这个数据在弯管2处会增加到0.036L/S。试验结果表明，实际进入系统的量要远远大于通过这些方法测的的数据。大量的气体通过径流溶解和天沟雨水搅动进入系统。图6用来测量的空气进入试验装置机制（进气口是检测、测量空气流动率在100赫兹）图7在10.4L/s时，压力和空气流动系统运行数据\n#*在图8中显示的数据是在径流42％进入天沟时测得的全启动流通能力。从图标中曲线可以看出，运行压力是不稳定的，进行周期性的循环。平均运行压力为－0.58MH2O（标准偏差：0.77MH2O，132.6％）在气体直接进入系统的的地方，只有当压力低于－0.15MH2O时，气体才能够溶解在雨水中进入系统。高于这个数值时，空气很难进入系统，当然仍旧有一些空气还是溶解在雨水中进入系统。图8系统运行在5.0L/s时的压力和空气流动数据8、虹吸式雨水系统的数学模型利用动量定理和连续性方程等数学方法，对虹吸式排水系统的工作状态以及边界条件进行模拟，可以清晰的认识虹吸系统的运行特点。“SIPHONET”模型，可以模拟虹吸排水系统的整个运行过程，由这个模型模拟的运行过程分为以下部分：随低空气含量的雨水进入系统，将逐渐的取代夹带大量空气的的均相雨水。随空气从排水立管中不断溢出，管道中产生虹吸条件，促使虹吸系统的正常运行。在系统开始运行的阶段，最关键的点在于当低空气含量的雨水充满整个立管时。因为此后将形成负气压环境，并带动虹吸系统运行。离散型微小气体在节点之间的移动情况用样可以检测，内部任何的压力变化情况也可以计算出来。这些方法给出了用数学模型模拟虹吸系统启动，运行的新视野。数学模拟的第一步就是模拟最初表面径流的状况，以及由跌水到达满管流的模拟。一旦这些状况用数学模型模拟出来，就可以用来计算整个系统的最初压力情况（t=0时）。运行的主要模拟数据都由“SIPHONET”模型计算出来。利用动量守恒定律等原理，系统中的水力学特性可以用折线型函数表现出来（公式2，3）。利用两个变量表示出来：速度和压力。这些方程可以利用特征方法求解出来『7－9』。\n#*图9正常的应用程序的细节特征的方法(注:为了清晰只备用节点代表)根据这种方法，将管线平均分成N段（N+1个节点），每段长度记为△X。这种处理框架常用来模拟水平管网中的水力学状况。如图9所示，空间上不同的两个点A&B（i-1;i-2;t=0）压力水头已知。点P为中间节点i（t=△t用公式4计算）。公式5，6分别对应图中C+,C—特性。在图9中，考虑到了每根管子的长度，只有一种特征方程时可以应用的（上游管段具有从C+特性，下游具有C—特性）。因此，为了解决这个问题，在管道的上游和下游必须使用数学模型模拟流量和水头。假定系统出口边界点上的气压为标准大气压。根据经验，虹吸式雨水斗进口的压力，可以通过径流深度和雨水斗的类型来确定。在系统以满管流状态启动之前，任何进入系统的雨水都被设为含气量为0.1％，并且设定雨水以完全淹没雨水斗的方式进入系统。在连接处，跌水的下部认为时均相流（汽水混合状态），其在节点之间的传播速度可以使用公式7计算。\n#*Fig.10Detailsoftheapplicationofthemethodofcharacteristicsus-ingtimelineinterpolation.(Note:Forclarityonlyalternatenodesarerepresented.)显而易见，在整个系统中，传播速度并不是处处相等的，在很多情况下，雨水的速度可以达到混合液的传播速度对于水平管道，这种假定并不是十分的重要，然而，在排水立管中，因为流体中空气含量的变化影响了系统压力。因此，空气含量对扩散速度的影响必须考虑在内，以此选择合适的△t值。因此,如果是选择使用最高的波速度、时间小于标准规定部分系统是可能存在(Eq.(4)).使用时间线插值,其水平设置中，所有的系统元素使用最高的量,导致它产生最小值。测定H。水平管道工程的传播速度是用于设置它的。随着传播速度降低将意味着所花费的时间要比它原来测定不同的变化条件下将被传递到P点从而相邻。根据空气传播的数量和流动速度，也可能成为持久的协调性,因此近似代表是无效的。这些因素意味着,如果节点−1和+1仍用于测定问和H点在时间和空间上的P,Q和H，已知值在这些节点必须获得超过它过去时间的中P点的存在。这种情况意味着介绍解决方案的方法,和时间线插值会推出解决特征方程为Q和H在连续时间的解决方案。图10展示了时间线插值方法应用于这种情况。时间线插值方法,而不是使用前面的时间步,和交流条件。时刻为当前时间步,数据从一个位置转达了m+_时间步骤之前,当前位置特征线(C+和C−)交叉前和随后的节面。解决方案结构已经出来了,并且SIPHONET现在可以开始解决和H在每个节点为每个连续的时间步。SIPHONET还追踪了空气的移动，提出上游的水跃,水流通过系统在环境流动速度，而音量调整根据气体定律，水流通过系统在计算这空间间隔。随着空气进入堆栈，它的结果是减少流体密度在堆栈繁殖，重压部分的系统。然后引起巡回压，因为它退出系统。在这个节骨眼上,系统被评为装填。\n#*图11起动的虹吸式屋面排水系统在弯曲度2时的计算和测量压力，见图2在上图中，显示的是“SIPHNOET”模型的输出结果，试验数据来自对虹吸试验设备运行状况的总结。这种结果，可以帮助我们理解流量与水深不断变化着进入系统与传播速度之间的关系。一旦这些数据被整体输入到“SIPHNOET”模型中，“真正”的随时间变化的暴雨就在试验设备中形成了。\n#*9、总结简而言之，结论如下：l由于虹吸式排水系统具有其独特的优点，它占据了英国商业楼顶排水系统应用的主题地位；l现在使用的设计方法中存在很多不足；l设计方法的不足，以及安装问题使得很多虹吸系统不能够正常运行；l在欧洲虹吸式雨水排水系统工业的帮助下，虹吸系统试验设施在英国海若特－瓦特大学建立；l建立了一种可以评估虹吸系统中空气水平的数学方法；l关于虹吸排水系统的启动，运行过程得到了详尽的描述；l试验数据表明，当虹吸系统在低于设计流通能力下工作时，流体的状态时不稳定的；l建立了一种数学模型，它可以模拟虹吸式雨水排水系统运行过程。10、研究动向虹吸式雨水排水系统的研究范围在不断的扩展，海若特－瓦特大学一直在进行着相关的研究。关于虹吸式排水系统的数学模型研究，将持续到2002年。另外，在虹吸排水工业，以及政府正确的导引下，理想的虹吸式排水系统将广泛应用于雨水处理中。鸣谢海若特－瓦特大学的研究者，对给予虹吸式排水系统研究提供帮助的企业组织表示感谢：山谷制造公司，EPSCR，皇家工程学院等等。\n#*参考文献[1]BowlerR,ArthurS.Siphonicroofrainwaterdrainage—designconsiderations.ProceedingsonWaterSupplyandDrainageforBuildings:CIBW62,Edinburgh,1999.[2]BSI.BritishstandardcodeofpracticeBS6367:1983Drainageofroofsandpavedareas,BritishStandard,1983.[3]MayRWP,EscarameiaM.Performanceofsiphonicdrainagesystemsforroofgutters.ReportNo.SR463:HRWallingford,1996.[4]ArthurS,Swa*eldJA.Numericalmodellingofsiphonicrainwaterdrainagesystems—TheImportanceofAir.Proceedingsofthe8thInternationalConferenceonUrbanStormDrainage,Sydney,Australia,1999.[5]Swa*eldJA,ArthurS,MayRWP.Primingofasiphonicrainwaterdrainagesystem.ProceedingsoftheWaterSupply&DrainageforBuildings:CIBW62,Rotterdam,1998.[6]ArthurS,Swa*eldJA.Numericalmodellingoftheprimingofasiphonicrainwaterdrainagesystem.TheProceedingsofCIBSE:BuildingServicesEngResearchandTechnology1999;20(2):83–91.[7]ListerM.Numericalsolutionsofhyperbolicpartialdi>erentialequationsbythemethodofcharacteristics.In:RalstonA,WilfHS,editors.NumericalMethodsforDigitalComputers,Wiley,NewYork,1960.[8]Swa*eldJA,BoldyAP.Pressuresurgeinpipeandductsystems.Aldershot:AveburyTechnical,Aldershot:AshgatePublishingLtd,ISBN0-291-39796-4,1993.[9]WylieEB,StreeterVL.FluidTransients.NewYork:McGraw-Hill,Inc.ISBN0-07-072187-4,1978.\n#*附录B：1.[中文题名]《建筑给排水技术现状及发展趋向》[作者]姜文源；[摘要]从建筑给水、建筑排水、热水供应、建筑灭火、CAD技术五个方面介绍了国内建筑给排水技术的现状。论述了我国建筑给排水卫生设备在发展中存在的观念转变、行业协会、产品标准、测试中心、科研机构、人材培养、政策扶植等问题。在对国内外基本情况分析的基础上,就我国建筑给排水的发展方向阐明了自己的观点。更多还原【文内图片】[所属期刊栏目]入选已发表论文——建筑给排水篇（2007年S2期）2.[中文题名]《浅谈高层建筑给排水设计》[作者]刘海涛；[摘要]随着城市用地的紧张,高层建筑兴建的数量越来越多,在高层建筑中,对于给排水的设计工作提高了难度。如何保证高层建筑给排水的有效供应,满足居民的日常用水以及建筑功能的正常发挥,是给排水设计人员面临的主要问题。文章对于高层建筑给排水设计中应注意的问题进行了分析,为高层建筑给排水的正常运行提供了有利的条件。[所属期刊栏目]给水排水（2014年06期）3.[中文题名]《给水排水工程专业毕业设计指南》[作者]李亚峰[文献出处]化学工业出版社[摘要]给水排水工程行业发展对人才培养提出了更高的要求,毕业设计是提高人才培养质量的重要环节。本文结合指导毕业设计的工作实践,分析了毕业设计中存在的主要问题,借鉴国内高校经验,提出了从管理模式、指导方法、思想教育等方面改进的建议,强调了强化整个培养过程中各个实践环节的能力训练,是提高毕业设计质量和学生能力培养的根本。4.[中文题名]《最新建筑给水排水设计实用手册》[作者]姜鹤峻[文献出处]吉林电子出版社出版[摘要]建筑给水排水工程发展至今，正逐渐成为一门相对独立的工程学科，其所涵盖的内容越来越广，包含的系统越来越复杂。如何使建筑给水排水工程设计优化，是设计者经常面临的问题。关于建筑给水排水工程的优化，现状是依赖于过往经验的总结，但人们的经验是有限的，随着经济建设中，大体量、多功能、超高层建筑的出现，对建筑给水排水设计提出了新的要求。本课题试图运用系统工程的理论对建筑给水排水工程设计优化展开研究，并给出一般的研究方法。建筑给水排水设计从实质上来讲，是一种系统的设计。目前业内关于建筑给水排水设计理论及其优化设计的文献并不多，对其有关优化设计的问题的总结也不常见，更多的是对具体系统的最优化方法的研究。本课题首先对给水排水系统的优化进行一般性探讨，给出了给水排水系统的霍尔三维结构图。接着，深入研究建筑给水排水系统的优化设计，总结其优化的指导思想、评价指标、优化程序，在此基础上从系统可靠性角度探讨如何优化系统设计，并且针对建筑给水排水常用的各个子系统，分别进行方案优化设计分析，以供在设计中参考，选择最优方案。最后，结合工程实例说明建筑给水排水工程的优化设计。5.[中文题名]《建筑给水排水工程》[作者]王增长[文献出处]中国建筑工业出版社\n#*[摘要]本书在《建筑给水排水工程》(第五版)的基础上，结合本学科的发展并参照国家有关部门最新颁布的标准进行了修订。编写过程中吸收了部分学校在建筑给水排水工程教学中积累的经验和近年来国内外建筑给水排水工程的新技术，反映了建筑给水排水工程学科的发展趋势。本书共分13章，主要包括建筑内部给水系统及其计算，建筑消防系统，建筑内部排水系统及其计算，建筑雨水排水系统，建筑内部热水供应系统及其计算，居住小区给水排水工程，建筑中水工程，专用建筑给水排水工程，建筑给水排水设计程序、竣工验收及运行管理。6.[中文题名]《住宅给排水工程中若干问题的探讨》[作者]邱国均,戴陆洲[文献出处]大众科学(科学研究与实践)[摘要]根据国家规范和工程设计经验,对住宅建筑给排水系统设计中水表设置、给水支管敷设以及排水管道敷设的若干问题进行探讨。7.[中文题名]《高层建筑节水,节能途径》[作者]赵乱成[文献出处]中国给水排水[摘要]高层建筑节水、节能途径赵乱成（西北建筑工程学院）１我国高层建筑给排水现状随着国民经济的发展，城市高层建筑也迅速发展起来。高层建筑，功能要求高、设备完善，是城市中的用水大户，但往往忽略了对能源的节约和环境保护。8.[中文题名]《泵与泵站》[文献出处]中国建筑工业出版社[摘要]姜乃昌主编的《泵与泵站(第5版)》是普通高等教育土建学科专业“十一五”规划教材，共5章。第1章主要讲述泵与泵站在给水排水工程中的作用及地位，以及发展趋势；第2章主要对给水排水工程中常用的离心泵的构造、工作原理、功能参数等作了介绍，也对轴流泵和混流泵以及给水排水工程中常用的其他叶片式泵作了简要介绍；第3章主要对射流泵、气升泵、往复泵、螺旋泵、水环式真空泵、容器泵、管道泵作了简要介绍；第4章主要对给水泵站的特点、水泵的选择、泵站的土建要求，以及给水泵站的工艺设计；第5章主要对排水泵站的工艺设计作了介绍，包括污水泵站、雨水泵站、合流泵站的工艺设计，并分别用实例来说明。9.[中文题名]《我国建筑给排水实用新技术》[作者]杨天强[文献出处]科技咨询导报[摘要]本文基于建筑给排水发展的三个阶段,结合建筑给水、建筑排水、热水和消防系统的发展,针对目前建筑给排水面临的新技术和热点问题进行了探讨,提出推广普及新型节水设备、完善热水系统、开发中水、雨水利用、水表管理、真空节水技术是目前建筑给排水的实用新技术。10.[中文题名]《建筑给排水设计的几点经验》[作者]宋明[文献出处]科技咨询导报[摘要]建筑给水排水设计中有些小节需注意。给水管系最顶层设有延时自闭阀式大便器时,管系最高处应设自动排气阀。在区内应适当增设给水控制阀门,并注意配设伸缩器。应注意存水弯与地漏的配合。