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inaH 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，1k 45sin 11.3S -=≈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：kf k f q H S 1S 10ϕαα-=（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；ϕ——实验系数，与水枪喷嘴口径有关；k S ——水枪充实水柱长度，m ；qH ——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，ϕ=0.0097，代入（2）式中得：mH 2O 58.138.135102.10097.01102.110110==⨯⨯-⨯⨯=-=kPa S S H Kf K f q ϕαα水枪出水量按下式计算：qxh 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 =13.58mH 2O ，B=1.577代入（3）式得：sL 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：q H xhq 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：aO mH B q H xh q .5kP 15885.15577.15222====根据水枪喷口处压力计算K2S ：将（2）式变形得：)10(S K2q f qH H ∙+∙=ϕα（5）式中2S H k q f 、、、ϕα同（2）式。

将上述数据代入（5）式中可得：)10(S K2q f qH H ∙+∙=ϕα=114.5kPa=11.45mH 2O所以，{}{}5.41,1310max S max S 210k ，，，设==k k k S S =11.45mH 2O ，取12mH 2O 根据设k S =12mH 2O 可再计算水枪的实际出流量：1.21121.00809.11)01.0(8019.144=⨯+=+=）（设k f S α此时的水枪喷嘴处压力：ϕα-∙=fk q S H 设11（6）式中q H 、f α、ϕ、设k S 同（2）式，设k S =12mH 2O ，代入（6）可得：OmH kPa H fk q 29.161690097.01111==-⨯=-∙=ϕα设水枪口实际出水流量为：sBH 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；2xhd 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 =1.16mH 2O消火栓局部水头损失为k H =2mH 2O ；根据下式计算最不利消火栓口压力：kd 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=20.06mH 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 sR 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 =(10)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-=26.9m即消火栓的间距为27m 。

立管数量计算：1+=SL 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：49.3126.978.31≈=+=+=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=，sL 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：24D 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,不宜大于2.5m/s 。

代入数据得：221007.014.32.544⨯⨯==-D Q V π=1.35m/s根据下式计算单位水头损失：3.1200107.0DV 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：2102101035.100107.000107.0⨯==---V i =0.06mH 2O/m根据下式计算沿程水头损失：li h ⋅=(14)式中：h ——沿程水头损失，mH 2OL——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 =0.19mH 2O1点消火栓压力为：19.01.306.20101001++=++=--h H H H xh xh =23.35mH 2O3）管段1-2的计算：节点1压力下消火栓1点的出流量计算：BL H H q d kn xh n xh /1)1()1(+-=--ϕ（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 ；ϕ——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：/1.5771250172.0025.323/111+⨯-=+-=B L H H q d k xh xh ϕ=5.6L/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=10.8L/ss m D Q V /38.11.014.38.10442221=⨯⨯==-π3.123.121221211.038.100107.000107.0⨯==---D V i =0.04mH 2O/m 1.304.0212121⨯=⋅=---l i h =0.12mH2O12.01.35.323212112++=++=--h H H H xh xh =26.57mH 2O4）管段2-3的计算：/1.5771250172.0027.526/122+⨯-=+-=B L H H q d k xh xh ϕ=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=16.8L/s s m D Q V /4.121.014.38.16442232=⨯⨯==-π3.123.132232321.04.1200107.000107.0⨯==---D V i =0.10mH 2O/m.24210.0323232⨯=⋅=---l i h =4.22mH2O2.24.24257.26323223++=++=--h H H H xh xh =72.99mH 2O5）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 =73.06mH 2O ；4点与3点压力差为：34xh xh H H -=73.06-72.99=0.07mH 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节点编号起点压力mH 2O 管道流量L/s 管长m 管径mm 流速m/s i 水力坡降mH 2O/m 水头损失mH 2O 终点压力mH 2O 0-120.06 5.2 3.170 1.350.060.1923.351-223.3510.8 3.1100 1.380.040.1226.572-326.5716.842.2100 2.140.10 4.2272.993-472.9916.8282000.950.00250.0773.064-573.0633.628200 1.070.010.2873.345-673.3444.428200 1.410.0170.5373.876-773.8744.432001.410.0170.0573.92假设7-水泵吸水管之间的水头损失为2m 。