有關室內消火栓水槍上傾角的探討

朱永明

（中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103）

消防水流的有效射程通常用充實水柱表示。《建筑設計防火規范》[1]2.1.23條定義了水槍的充實水柱：從水槍噴嘴起至射流90%的水柱水量穿過直徑380 mm圓孔處的一段射流長度。

《消防給水及消火栓系統技術規范》[2]7.4.12條第2款：高層建筑、廠房、庫房和室內凈空高度超過8 m的民用建筑等場所，消火栓栓口動壓不應小于0.35 MPa，且消防水槍充實水柱應按13 m計算；其它場所，消火栓栓口動壓不應小于0.25 MPa，且消防水槍充實水柱應按10 m計算。《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》[3]7.1.9條：室內消火栓水槍的充實水柱不應小于10 m。《火力發電廠與變電站設計防火規范》[4]7.4.2條第2款：水槍的充實水柱長度應由計算確定。對于主廠房及二層或二層以上且建筑高度超過24 m的建筑，充實水柱長度不應小于13 m；對于超過4層且建筑高度≤24 m的建筑，水槍的充實水柱長度不應小于10 m；對于其它建筑，水槍的充實水柱長度不宜小于7 m。

當水槍的充實水柱長度小于7 m時，火場的輻射熱使消防人員無法接近著火點，達不到有效滅火目的；當水槍的充實水柱長度大于15 m時，因射流的反作用力而使消防人員無法把握水槍滅火，故水槍的充實水柱宜為7～15 m。

1 室內凈空高度、水槍充實水柱與水槍上傾角的關系

關于水槍充實水柱長度，《給水排水設計手冊》[5]有以下公式：

式中：Sk-水槍充實水柱長度，m；

H1-室內最高著火點距地面高度，m；

H2-水槍噴嘴距地面高度（m），一般為1 m；

α-水槍的上傾角，一般可采用45°，最大

上傾角不應大于60°。

當 α 為 45°時，（1）式轉化為：

室內最高著火點距地面高度為地（樓）面至上部樓板底面或吊頂底面之間的垂直距離，即室內凈空高度。取消防水槍噴嘴距地（樓）面的距離為 1 m，由（1）式可得：

圖1 水槍充實水柱示意圖

式中：Sk-水槍的充實水柱長度，m；

H凈高-保護建筑物的地（樓）面至上部樓板底面或吊頂底面之間的垂直距離，m；

α-水槍的上傾角。按設計手冊，一般可采用45°，最大上傾角不應大于60°。

對于某一給定的保護建筑物，室內凈空高度已知，根據⑶式即可得出水槍充實水柱長度。例如，保護建筑物的室內凈空高度為3.5 m時，取水槍上傾角為45°，根據⑶式可得充實水柱長度Sk為3.54 m。但是此值小于7 m，小于規范最低要求。其它室內凈空高度的充實水柱長度計算值見表1。

表1 室內凈空高度H凈高與水槍充實水柱長度Sk關系表（按α=45°計）

由表1可知，為達到最小充實水柱長度7 m，在水槍上傾角為45°的前提下，所需的建筑物室內凈空高度為6.0 m，要想達到13 m的充實水柱長度，建筑物的室內凈空高度需要大于10 m。當增大上傾角時，對建筑物室內凈空高度要求更高。在一般情況下，民用建筑的室內凈空高度為3～3.5 m，只有某些倉庫和特殊功能的建筑的室內凈空高度才能達到10 m。所以按水槍上傾角45°計算，充實水柱長度很少能達到規范要求。

由⑶式亦可知，對于規范中要求的某一特定充實水柱長度，水槍的上傾角與室內凈空高度存在一一對應關系，如表2。

表2 水槍的上傾角α（°）與室內凈空高度H凈高、充實水柱長度Sk的關系表

由表2可知，為達到7 m的充實水柱長度，當建筑物室內凈空高度為3.0 m時，水槍傾角為16.60°，當室內凈空高度為6.0 m時，水槍上傾角才需要45°。在同樣的室內凈空高度條件下，10 m充實水柱長度的水槍上傾角更小，13 m充實水柱長度的水槍上傾角最小。

由此可知，水槍的上傾角應綜合保護建筑物的室內凈空高度和充實水柱長度來確定，而不是一概而論地取45°。實際工程中，對很多建筑物來說，水槍上傾角45°是偏大的。

2 水槍充實水柱和上傾角的計算方法

水槍充實水柱長度由水槍噴嘴處壓力確定。《建筑給水排水工程》[6]給出了水槍噴嘴處壓力的計算公式：

式中：Hq-水槍噴嘴處壓力，kPa；

Sk-水槍的充實水柱長度，m；

αf-與水槍充實水柱長度有關的系數，αf=1.19+80（0.01Sk）4，也可以按表 3選用；

φ-與水槍噴嘴口徑有關的阻力系數，見表4。

表 3 系數 αf值

表4 系數φ值

水槍的射流量可由水槍噴嘴處壓力確定：

式中：qxh-水槍的射流量，L/s；

Hq-水槍噴嘴處壓力，kPa

表5 水槍水流特性系數B

由式（4）、（5）計算制成表 6，根據水槍口徑和充實水柱長度可查出水槍的射流量和壓力值。

表6 水槍充實水柱Sk、噴嘴處壓力Hq與流量qxh之間的關系表

根據《消防給水及消火栓系統技術規范》[2]表3.5.2，可得每支水槍的最小射流量qxh。除21 m＜高度h≤27 m的多層住宅最小射流量qxh為2.5 L/s外，其余最小射流量qxh均為5 L/s。

由（5）式可得：

與（4）式聯立得：

根據規范要求的水槍最小射流量qxh，可確定水槍充實水柱長度Sk。對于某一給定保護建筑物，室內凈空高度已知，由（3）式可得水槍上傾角：

由此可確定室內消火栓的保護半徑：

式中：R-室內消火栓保護半徑，m；

k-水帶折減系數，一般取0.8～0.9；

Ld-水帶長度，m；

Ls-消火栓水槍充實水柱長度的水平投影（m），Ls=Sk·cosα。

將式（8）、式（9）代入式（10）即可得消火栓的保護半徑。

3 結論

室內消火栓充實水柱長度與水槍上傾角的確定步驟如下。

根據規范規定的水槍最小射流量，計算得出水槍充實水柱長度。

根據規范規定的最小充實水柱長度復核計算值，取大值作為水槍充實水柱長度。

根據保護建筑物室內凈空高度和充實水柱長度，確定水槍上傾角。