消火栓计算题word版
消火栓计算题
某高级酒店，地下一层，地上16层，层高3.1米，建筑总高度为50.7米，总建筑面积为31500平方米。市政外网管径为DN300，有两根引入管，管径为DN100，市政水压力为0.3MPa，假定室外管网可满足室外消防用水量。试计算室内消火栓给水系统。室内消火栓系统图见图1，平面布置见图2。
图1 消火栓系统图
图2 消火栓平面布置图
解：
1. 消火栓间距的确定
（1）消火栓充实水柱长度确定
消火栓充实水柱按下面三种方法计算： 1）根据公式计算
ina
H S k s 1-层高=
（1）
式中 k S ——水枪的充实水柱长度，m ； 层高H ——为保护建筑物的层高，m ； α——水枪倾角，取450。
该酒店层高为3m ，代入（1）式计算得，0
1k 45sin 1
1.3S -=≈3m 。
2）按规范确定
根据《建筑设计防火规范》GB 50016—2006（下文简称《低规》）第8.4.3条规定，水枪的充实水柱应经计算确定，甲、乙类厂房、层数超过6层的公共建筑和层数超过4 层的厂房（仓库），不应小于10m ；故本建筑的充实水柱长度不应小于10m ，即0k S ≥10m。 3）根据水枪出水量确定
① 根据规范规定的充实水柱确定
采用同种规格的消火栓，充实水柱长度 0k S =10m,水枪喷口直径 d f =19mm,水带长度 L d =25m ，采用直径d=65mm 衬胶水带。水枪喷嘴处出水压力按下式计算：
k
f k f q H S 1S 10?αα-=
（2）
式中 f α——实验系数，与充实水柱长度有关，4)01.0(8019.1K f S +=α；
?——实验系数，与水枪喷嘴口径有关；
k S ——水枪充实水柱长度，m ； q
H ——水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力，kPa ；
查表得f α=1.30，?=0.0097，代入（2）式中得：
58.138.13510
2.10097.0110
2.110110==??-??=
-=
kPa S S H K
f K f q ?αα mH 2O
水枪出水量按下式计算：
q xh BH q = (3)
式中 xh q ——水枪射流量，L/s ；
B ——水枪水流特性系数，与水枪喷嘴口径有关，d f =19mm 时，
取1.577；
q H ——同（2）式，mH 2O 。
将q H =13.58 mH 2O ，B=1.577代入（3）式得：
s L BH q q xh /6.48.51377.51=?==
规范规定每支水枪最小流量为x q =5L/s ，所以当0k S =10m 时，水枪出水量不满足规范要求。
② 根据水枪最小出流量反算消火栓充实水柱长度 根据下式计算：
B
q
H xh q 2
= （4）
式中 q H ——同（2）式；
xh q ——每支水枪最小出流量，L/s ； B ——同（3）式。
取x q =5L/s ，B=1.577代入（4）式中得：
a O mH B q H xh q .5kP 15885.15577
.1522
2
====
根据水枪喷口处压力计算K2S ： 将（2）式变形得： )
10(S K2q f q
H H ?+?=
?α （5）
式中 2S H k q f 、、、?α同（2）式。 将上述数据代入（5）式中可得：
)
10(S K2q f q
H H ?+?=
?α=114.5kPa=11.45 mH 2O
所以，{}{
}5.41,1310max S max S 210k ，，，设==k k k S S =11.45 mH 2O ，取12 mH 2O 根据设k S =12 mH 2O 可再计算水枪的实际出流量：
1.21121.00809.11)01.0(8019.14
4=?+=+=）（设k f S α
此时的水枪喷嘴处压力： ?
α-?=
f
k q S H 设1
1 （6）
式中 q H 、f α、?、设k S 同（2）式，设k S =12 mH 2O ，代入（6）可得：
O mH kPa S H f
k q 29.161690097
.021
.1121
1
1
1==-?=
-?=
?
α设
水枪口实际出水流量为：
s
BH q q xh .2L/5.91677.51=?==
本设计选用65mm 衬胶水带，水带长度25m ，查表得水带阻力系数d A =0.00172，计算水带水头损失；
2
xh d d d q L A H = （7）
式中 d H ——水带水头损失，kPa ；
d A ——水带阻力系数； d L ——水带长度，m ；
xh q ——同（3）式。
将d A =0.00172，d L =25m ，xh q =5.2L/s 代入（7）得：
22.25250172.00??==xh d d d q L A H =1.16 mH 2O
消火栓局部水头损失为k H =2 mH 2O ； 根据下式计算最不利消火栓口压力：
k d q xh H h H H ++= （8）
式中 xh H ——消火栓口水压，kPa ；
q H ——水枪喷嘴处的压力，kPa ；
d h ——水带的水头损失，kPa ；
k H ——消火栓栓口水头损失，kPa 。
k d q xh H h H H ++==169+11.6+20=200.6kPa=20.06 mH 2O 。
（2）消火栓保护半径的确定
消火栓保护半径按下式计算：
d s R L L =+ （9）
式中 R ——消火栓保护半径，m ；
L d ——水带有效长度，考虑水带的转弯，取折减系数为0.8； L s ——水枪充实长度在平面上的投影长度，倾角取45°。
代入数据得，d s R L L =+=0.8×25+12×cos45o =28.5m ，即保护半径为
28.5m 。
（3）消火栓间距及立管根数的确定
室内按一排消火栓布置，且应保证两支水枪充实水柱同时到达室内任何部位，消火栓间距按下式计算：
S =
式中 S ——两股水柱时的消火栓间距，m ； R ——消火栓保护半径，m ；
b ——消火栓最大保护高度，取9.4m 。 代入数据得：
S =22.49.528-=26.9 m 即消火栓的间距为27m 。 立管数量计算：
1+=
S
L
n （11） 式中 n ——立管数量； L ——建筑长度，m ；
S ——两股水柱时的消火栓间距，m 。 立管数量为：49.3126.9
78.31≈=+=+=
S L n 2. 消火栓管网水力计算
该建筑属于公共建筑一类，火灾危险级别为中危险Ⅰ级，据《高规》）7.2.2条规定，该建筑室内消火栓用水量为40L/s ，按每个消火栓最小流量为5L/s ，相邻3根立管分配流量：最不利立管、次不利立管，同时动作3支水枪；第3根立管同时作用2个水枪。将水平环状管网断开，按枝状管网计算。消火栓计算简图见图3。
图3 消火栓计算简图
（1） 消火栓管网水力计算
1） 最不利点（0点）消火栓压力和出水量
前面已计算出最不利点消火栓压力和水枪实际出流量分别为：
O mH H xh 2006.20=，s L q xh /2.5=设
2） 0-1管段计算
该管段只供给一个消火栓，管径取消火栓的出口管径DN70。 管中流速根据下式计算：
2
4D Q
V π= （12） 式中：V ——管道流速，m/s ；
Q ——管段流量，L/s ； D ——管道的计算内径，m 。
消火栓给水管道流速一般1.4～1.8 m/s,不宜大于2.5m/s 。 代入数据得：
2
21007
.014.32
.544??==
-D Q V π=1.35 m/s 根据下式计算单位水头损失：
3
.12
00107.0D
V i =
(13)
式中：i ——每米管道的水头损失，m H 20/m ；
V ——管道流速，m/s ； D ——管道的计算内径，m 。
代入数据得：
3
.123.11021
01
007
.035.100107.000107.0?==---D V i =0.06 mH 2O/m 根据下式计算沿程水头损失 ：
l i h ?= (14)
式中： h ——沿程水头损失，mH 2O
L ——管段长度，m ；
i ——每米管道的水头损失，m H 2O/m
代入数据得：
1.306.0101010?=?=---l i h =0.19 mH 2O
1点消火栓压力为：
19.01.306.20101001++=++=--h H H H xh xh = 23.35 mH 2O
3） 管段1-2的计算：
节点1压力下消火栓1点的出流量计算：
B
L H H q d k
n xh n xh /1)1()1(+-=
--? （15）
式中 )1(-n xh q ——次不利点（n-1）处的流量，L/s ； )1(-n xh H ——次不利点（n-1）处的压力，mH 2O ；
k H ——消火栓局部水头损失，取2mH 2O 。 d L ——水带长度，m ；
?——水带阻力系数，取值0.00172；
B ——水枪水流特性系数，与水枪喷嘴口径有关，d f =19mm 时，取
1.577。
代入数据得：
/1.577
1250172.002
5.323/111+?-=
+-=
B L H H q d k xh xh ?=5.6 L/s 管段1-2的流量为消火栓0和1的流量之和：
即21-q =5.2+5.6=10. 8 L/s
s m D Q V /38.11
.014.38
.10442
221=??==
-π 3
.123.12
122
12
11.038.100107.000107.0?==---D V i = 0.04 mH 2O/m 1.304.0212121?=?=---l i h =0.12 mH2O
12.01.35.323212112++=++=--h H H H xh xh =26.57 mH 2O
4） 管段2-3的计算：
/1.577
1250172.002
7.526/122+?-=+-=
B L H H q d k xh xh ?=6.0L/s
管段2-3的流量为消火栓0、1和2的流量之和：
即 32-q =5.2+5.6+6.0=16. 8 L/s
s m D Q V /4.121.014.38
.16442
232=??==
-π
3
.123.13223
23
21
.04.1200107.000107.0?==---D V i = 0.10 mH 2O/m .24210.0323232?=?=---l i h =4.22 mH2O
2.24.24257.26323223++=++=--h H H H xh xh =72.99 mH 2O
5） 管段3-4的计算：
管道3-4只有动压损失，静压、流量均无变化，故而节点4的压力为：
28025.009.9724334?+=+=-h H H xh xh =73.06 mH 2O ；
4点与3点压力差为：34xh xh H H -=73.06-72.99=0.07 mH 2O
%096.0%1009
.9727
.00%100334=?=?-xh xh xh H H H
因此可以忽略3-4管段之间的水损，认为3点和4点的压力近似相等，mH 2O 。所以次不利管（XL-2）计算结果与最不利立管相同，同理也可知第三根立管（XL-3）计算结果也与最不利管相同。
计算结果详见表1。
表1 最不利消防立管水力计算表
假设7-水泵吸水管之间的水头损失为2m 。 3. 消防水箱有效体积计算
消防水箱应贮存10min 的室内消防用水量，计算得： 1000
601010??=
室内Q V （16）
式中 10V ——消防水箱10min 的室内消防用水量，m 3；