超高层建筑塔楼屋面雨水排水以采用半有压流雨水排水系统为主。当超高层外墙采用幕墙时,会受条件限制无法设置溢流口。或溢流口设置高度相对天沟面较高、或不设溢流口时,系统内极易出现满管流(或分段的满管水塞流)现象,当建筑高度大于150m时,塔楼雨水出户管宜采用消能检查井,一个消能检查井宜承接一根半有压流雨水排水管。工程中往往受条件限制,多根雨水排出管接一个消能井,该消能井的大小需要借助CFD模拟计算。
上海中心大厦具体CFD模拟过程详见《CFD模拟技术在上海中心大厦屋面雨水系统消能措施上的应用研究》一文,上海中心大厦于66F(标高308m)处避难层设有雨水减压水箱,该文主要论述的是针对减压水箱溢流排水(很容易出现满流)的消能措施,其模拟分析结果如下(原文摘录):
1)雨水检查井在接入上海中心大厦塔楼雨水溢流管后,即模拟加压0.2mpa时,从检查井井内流态、冲刷面压强、检查井顶部压强等几个指标来看,设有通气管的矩形检查井比圆形检查井(图标图集)消能效果相对较好。
2)从安全的角度来看,即便是消能效果较好的设有通气管的矩形检查井,其消能效果也明显不如未设通气管的消能池,可见雨水检查井并不适合直接接入上海中心这种超高层的塔楼屋面雨水管。
3)从消能池的模拟情况来看,设DN250和DN300管径通气管的雨水消能池在冲涮面冲刷压强、水井顶部压强、以及消能池内流态方面均没太大差别,但相比设DN200管径通气管的消能池尤其是不设通气管消能池的运行工况却有明显改观,顶部高压是引起消能池井盖顶起和雨水溢出的主要原因。
注:1~4为裙房De315虹吸雨水管,5为塔楼中部(66F:标高308m)雨水减压水箱DN200溢流排水管,6为裙房De160虹吸雨水管,7~8为雨水机房DN200事故排水泵出水管。
消能池的设计应经过CFD模拟验证,对于其他工程,若条件相似,但难以进行CFD模拟验证时,可借鉴上海中心消能池的设计经验,即:
a. 消能池(包括污水检测井)可设置于地下一层靠外墙处,不一定非要设置在室外,设置在室外、且接入多根虹吸雨水管时,消能池面积较大,对室外场地占用较大,可能影响室外管线的安装。
b. 消能池应设置通气管,影响通气管管径的主要因素为接入消能池的管道的动水压力,当接入的最高虹吸雨水管管径、高度、数量均不大于本案例时,设置DN250的通气管可满足消能池的通气要求。
c. 对于仅接纳裙房虹吸雨水排水的消能池,由于消能压力小,通气管管径可更小,一般可按DN200考虑。通气管可就近接至裙房屋面或绿化带隐蔽处等其他方便通气的位置。
d. 消能池的平面尺寸可参考上海中心大厦,其检修人孔应开在消能池顶部,防止室外排水倒灌进入地下室。当设置于室外绿化带内时,应突出地面,且保证不被淹没。当设置在室内时,宜设置在紧靠走道的专用小房间内,盖板上锁。
e. 消能池底部设置小坑,小坑内设置潜水泵,当人孔位于室内时,可在消能池内设置报警水位,报警水位启动潜水泵,报警水位应高于满管溢流水位。潜水泵出水管应接至室外相对下游的雨水检查井。
随着建筑结构造型的日新月异,对建筑整体的外形要求越来越高,部分建筑项目的建筑构造不允许透气管伸至屋面或从顶层侧排至室外的情况,下迂回式建筑排水及透气系统用于克服现有屋顶式排气结构的局限性问题。
该系统已在应用于广州“珠江城大厦”,为该项目的创新设计,由于建筑专业不允许伸顶通气管穿越顶层的玻璃阳光会所,将顶部卫生间透气管下迂回至避难层侧排出。该创新申报获得实用新型专利,专利名称:下迂回式建筑排水及透气系统。相关论文:《建筑排水专用通气管下迂回侧排系统的研究》。(分享仅供学习,如有侵权,请联系删除。)
(注:上图中设置的泄气阀为备用功能,平时闸阀关闭,吸气阀设置于室内与现行《建水标》相关条文要求不符。)
建筑层数较少时, 伸顶通气管在连接最顶部卫生间通气管后不继续伸顶, 通气管往下迂回至可以侧接出建筑室外的建筑层, 水平设置的通气管单侧接至室外即可。同时设置横管坡向污水立管以便于排除通气管内冷凝积水。通气横管接至建筑室外处需结合建筑外立面设置侧排透气帽。如下图所示:
建筑层数较多且高度较高时, 需要平衡高空风压以免破坏水封。需要在通气管下迂回单侧排放系统的基础上, 通气横管反向排至对立面建筑室外并与正向通气横管连通。如下图所示:
根据《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)(公消〔2018〕57号)》第十四条:
室内消防给水系统应采用高位消防水池和地面(地下)消防水池供水。高位消防水池、地面(地下)消防水池的有效容积应分别满足火灾延续时间内的全部消防用水量。
对于建筑高度大于250m的超高层,需设置储存火灾延续时间内全部消防用水量的高位消防水池。
对于建筑高度为200m~250m的超高层建筑,建议设置高位消防水池,采用高压给水系统,当储存一次灭火用水量困难、但采取了安全可靠的补水措施时,可仅储存不低于50%的消防用水量。
目前国内超过200m的超高层住宅非常少,因此,此部分仅讨论公共建筑高位消防水池的设置。
部分超高层为渐缩性结构,屋面面积较小,核心筒占据了相当一部分空间,电梯机房及其他设备用房以外的同层空间布置分散,同平面设置消防水泵房及高位消防水池存在困难,可考虑按如下2种方式处理:
将消防水池设置于消防水泵房及其他机房之上。消防水池下局部采用双层板,水池与电梯机房等不能毗邻的房间通过双层板及板间空隙间隙隔开,板间设置侧排水设施,进一步保证电梯机房的安全运行。
(注:下图仅为一种设计形式,实际项目中可灵活处理,例如消防水池放屋面,顶部临时高压消火栓泵设置于水池下方楼层。具体实施案例见:广州西塔、长沙世茂环球金融中心。)
a. 高位消防水池并不意味着一定要设置在屋面,当屋面确无条件设置时,允许水池设置在最靠近屋面且便于设置消防水池的楼层。
b. 消防水泵房和消防水池当不能设置于屋面时,可优先考虑紧靠屋面的设备楼层或设备机房区域,其次考虑利用最靠近屋面的避难层,当避难层空间不够时,可考虑紧挨避难层设置专用设备层。
c. 当同层设置消防水泵房及消防水池较困难时,可考虑将消防水池有效水深做高,水池跨楼层设置,消防水泵房设置于下层。(具体实施案例详见:深圳京基一百大厦)
高层建筑或高耸结构减振控制,一般采用阻尼器技术。研究表明,阻尼器置于顶端,控制效果最好,而对于250m以上的超高层建筑,需设置高位消防水池,由于阻尼器和高压消防灭火系统自身的特点要求,把两者结合,设计出阻尼器消防水池,不但能节省造价,还能提高建筑消防安全性,一举两得。(具体实施案例详见:广州电视新塔-绰号-“小蛮腰”)
阻尼器消防水池是一个移动的消防水池,水池底部与楼面之间布置双向滑轨限位支座。因此与常规的消防水池不同,阻尼器消防水池外壁要求平滑,不影响移动,其结构承重梁柱都在水池内部,而且水池外观呈不规则几何形体,梁柱布置更加复杂。设计该水池时需要考虑内部空间关系,避免形成死水区域或无效容积。在水池结构施工的时候就需要预埋相应的套管,把各个因结构梁柱分隔而成的独立空间连接互通,才能保证足够的消防水池有效容积。
3)管道连接
阻尼器有位移的要求,使得与消防水池连接的相关管道不得采用刚性管道,必须采用能跟阻尼器一起移动的柔性可挠管道。
a. 采用不锈钢金属软管法兰连接。
(不锈钢金属软管抗疲劳、柔软性好、减震降噪、密封性强、使用寿命长。法兰连接拆卸方便、连接强度高、严密性好。)
b. 把大管径的管道分成多根小管径管道。
(阻尼器消防水池频繁移动,小管径的金属软管灵活、适应性强,可减少对阻尼器移动的影响,更换方便。)
c. 所有水池进出水管在水池壁处连接金属软管前设置控制阀门。
(有效控制每根金属软管,即使其中一根金属软管因故障而脱落,可马上关闭其对应的阀门。保证水池内有足够的消防水量及避免水淹机房。)
d. 金属软管长度预留足够余量。
(广州塔阻尼器消防水池底面距离地面2.4m,水池最大计算位移为1.5m。据此计算金属软管长度为2.83,实际采用金属软管长4m。)
1、擦窗机设备层排水
当前,很多超高层采用全玻璃幕墙,要求考虑幕墙的清洗,擦窗机设备层会有雨水进入,实际上,因设备层排水多为飘雨,水量很小,完全可以采用重力流排放,可设置地漏及单独的立管进行排放。
2、生活给水中间水箱水质保证措施
超高层建筑生活给水系统当设置中间水箱时,二次供水在中间转输水箱中的水力停留时间更长,造成余氯在输配水管道和中间转输水箱中衰减情况更加严重,对于水力停留时间过长的二次加压与调蓄供水系统,应考虑在余氯过低供水区或中间转输水箱处设置补氯设施。
3、简易预作用灭火系统
上海地标《民用建筑水灭火系统技术规程》和消防部门要求,上海中心大厦所有场所均应设置自动灭火设施。楼层强、弱电间可采用脉冲干粉自动灭火系统或自动喷水灭火系统。该项目楼层强、弱点间采用简易预作用喷淋系统(见图),其电磁阀的开启由感烟探测器控制。
4、喷淋系统可靠性提高措施
可将报警阀组后的供水区域各层设置,即一组报警阀向奇数楼层供水,另一组报警阀向偶数楼层供水,当失火楼层供水的报警阀失效时,其上、下相邻楼层的自动喷水灭火系统依然有效,为相邻楼层人员的疏散提供安全保证。
5、防护冷却系统
目前各类工程对幕墙的使用相当广泛,特别是在建筑内部采用玻璃分隔的案例和实际建筑效果的需求越来越多,一部分玻璃分隔是仅作为内部空间分隔的需要,另一部分则是要作为防火分隔的构建。需要重点关注建筑中用于防火分隔的内幕墙系统。
当作为防火分隔时,可以采用防火玻璃来直接使用,,但防火玻璃除了价格贵以外,单块玻璃的大小以及窗框形式的限制,往往难以满足建筑的要求,这时,窗玻璃喷头+非隔热性防火玻璃的组合体系也可作为一种可以实现的方式。
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