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深圳某大型公建屋面虹吸雨水排水设计
郑学成
（前海开发投资控股有限公司,广东深圳518000）
摘 要：随着建筑技术的不断发展,超大型建筑不断涌现,大型公建屋面虹吸式雨水排水系统的应用越来越普遍.目前国际上虹吸式雨水排放技术已经很成熟.本文结合屋面虹吸式排水系统进行详细的阐述.
关键词：屋面雨水；虹吸雨水；排水设计
前言
随着城市的不断发展,人们的生活质量得到了显著的提高,各种大型建筑工程不断的出现,这些大型公众建筑一般包括剧院、体育场、火车站和体育中心,建筑的免提和高度正在不断增加,在这样的过程中,传统的重力排水技术已经不能满足目前建筑物的排水要求了,且传统重力流排水立管管道数量及安装占用的空间对建筑整体空间及高度效果影响很大,而利用虹吸原理的压力流排水系统近年来成为解决大型屋面排水的有效途径之一.本文以深圳某大型建筑综合体为例对虹吸雨水排水进行介绍.
1屋面虹吸雨水排水系统的组成及虹吸原理
一般情况下,屋面虹吸雨水排水系统的主要组成部分包括虹吸雨水斗、尾管、连接管、雨水悬吊管、雨水立管、排水出户管、检查口和固定及悬吊系统.
虹吸的主要工作原理体现在这样几个方面：虹吸可以将空气中的雨水进行气液分离,使管道中形成部分的真空,在这样的情况下,就可以产生相应的虹吸现象.虹吸式雨水排水系统是根据“努伯利”方程,通过精确的水力计算利用屋面专用雨水斗实现水气分离.在目前的建筑物排水设计当中,一般存在有两种排水原理,首先,在降雨的过程中,如果建筑屋面的水面高度没有超过雨水斗的斗前高度的话,其中的排水技术为传统的重力排水系统,在水面较高的情况下,可以采用屋面虹吸雨水排水系统来对屋面的雨水进行清除,在排水的过程中,雨水在经过雨水管道变径的时候,根据雨水的动能,使雨水进行节流,从而在管道中产生一定的负压,管道在负压的作用下可以对屋面的雨水进行抽吸,从而产生连续的虹吸现象,在这样的情况下,就可以对屋面进行高效的排水,目前,屋面虹吸雨水排水系统被广泛的应用到各种大型建筑的排水系统当中.
2屋面虹吸雨水排水系统的优势分析
屋面虹吸雨水排水系统在具体的应用中具有良好的应用优势,在传统的重力排水系统当中,一般采用的是重力式的雨水斗,在降雨的时候,雨水进行雨水斗的过程中,容易掺入一定量的空气,增加排泄量,从而使雨水排泄的速度较慢,另外在此系统当中,其中的悬吊管需要较大的截面和相应的坡度,为了保证雨水斗的正常工作,其中雨水管的立管数量一般较多,在这样的情况下,重力式屋面排水系统在大型建筑上的应用中,就显得有些局限性.
与传统的重力式屋面排水系统相比,虹吸式屋面排水系统不仅在雨水的排泄量上占据了主要的优势,同时适应目前大型建筑的特点,在水力计算得到满足的情况下,其中悬吊管的雨水斗数量不受限制,在这样的情况下,立管的数量将会大大减少,并且与此同时,不需要对其中的悬吊管进行坡度的设计,在整体的造型可以与大型建筑物相互结合,具有美观大方的特点.
以深圳某公建项目为例,建筑屋面面积及高出屋面的侧墙面积总和约2.10万m2,屋面分为小面积绿化种植屋面（种植屋面覆土1m）及硬铺地上人屋面等几种形式,屋面径流系数为1,按深圳市暴雨强度公式,10年重现期,雨水径流时间5min,整个屋面雨水流量约为1194L/S.若按重力流雨水排水设计,采用87型雨水斗,屋面需设DN100斗100个.按虹吸雨水排水系统设计,同流量下仅需设了48个规格为DN100的虹吸斗,雨水斗数量仅为重力流排水的一半.
不可否认,相对于传统重力流排水系统,虹吸式雨水排水在大型建筑屋面雨水排水系统设计中具有节省管材、节省空间、高效安全等优点.
3屋面虹吸雨水排放系统的设计过程及注意事项
3.1方案初步设计
虹吸系统的初步设计主要包括暴雨强度、汇水面积、雨水斗型号及数量等的确定和雨水斗、管道的布置.
（1）暴雨强度
在选择暴雨强度和重现期时要考虑建筑物用途和其重要性等因素,并结合《建筑给排水设计规范》和《建筑屋面雨水排水系统技术规程》的相关规定来确定,虹吸系统的重现期不应小于规范要求.
（2）汇水面积
汇水面积计算是方案初步设计的关键,汇水面积准确才能保证系统正常的工作和建筑的安全,汇水面积是汇集的降雨最终可以排放到计算天沟里的全部面积.根据建筑图纸及相关资料计算屋面汇水面积.该项目塔楼为高层,裙房屋面为大范围的平屋顶,分散绿地种植屋面,项目汇水面积按裙房屋面面积及高层南侧建筑侧墙面积的1/2的总和计,总汇水面积约2.10万m2.
（3）虹吸式雨水排水系统雨水设计流量：
Q等于k1Ψq.F
式中：Q－雨水设计量（L/S）
k1－流量校正值,一般取1,屋面坡度大于2.5%取1.5～2
Ψ－径流系数,屋面径流系数取1
q－设计降雨强度（L/S.m2）
F－汇水面积（m2）
设计时采用的设计降雨历时,设计降雨强度,设计雨水流量的计算,应符合国家标准的有关规定.设计重现期根据建筑物的重要性程度确定,该项目为重要的公共综合体,按重现期10年设计屋面雨水排水系统,另设溢流口满足50年重现期的降雨排水设计流量.
（4）雨水斗型号和数量
在对雨水的流量进行计算之后,需要根据计算的结果和建筑的具体特点,来合理选择雨水斗的数量和型号,影响雨水斗数量和型号的因素不仅包括总会水量,还要满足相邻雨水斗之间的距离要求,一般情况下,相邻两个雨水斗之间的距离应该不小于20m,这样才能满足具体的排水标准.在对雨水斗的数量进行确定之后,就需要对雨水斗的流量进行选择和确定,一般情况下,雨水斗有25L/s和40L/s两种流量,在流量选择过大的时候,会使雨水斗的管径也相应的增大,在流量选择小的时候,雨水斗的数量就会相应的增加,所以说在对流量进行选择的时候,要结合总排水量和雨水斗的数量来进行.
（5）绘制图纸
在对雨水斗的数量和流量进行确定之后,需要根据建筑物的具体涉及特点,对雨水斗的分布位置进行系统的布置,在对相关数据进行测量之后,需要将这些数据和位置进行图纸绘制,保证其整体的合理性.
3.2系统深化校核
系统深化校核具体指的是对系统的总水量进行计算,在计算的过程中,需要对管道的管径和系统的充满度进行确定,在虹吸系统中,管径的大小对其中所产生的负压有着直接的影响,在进行计算的时候,应该考虑到不同天气情况下的计算结果,以此来保证整个系统的可靠性和合理性.
4屋面虹吸雨水排水系统的设计计算
虹吸式屋面雨水排水系统按压力流进行计算,应充分利用系统提供的可利用水头,以满足流速和水头损失允许值的要求.水力计算的目的是合理确定客径,降低造价,使系统各节点由不同支路计算的压力差限定在一定的范围内,以保证系统安全、可靠、正常地工作.
虹吸式雨水系统水力计算的一般规定：
（1）雨水斗的设置
一般情况下,雨水斗的位置处于天沟之中,天沟的具体情况应该根据雨水沟的数量和流量来进行确定,但是无论天沟的面积大小,雨水斗的数量应该不小于两个,在同一个系统中,雨水斗可以被设置到同一系统位置当中.
（2）几何高度
悬吊管应低于雨水斗的出口1m以上.雨水排水系统管道中的总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差.
（3）水流速度
一般情况下,系统中的水流速度要大于1m/s,这样不仅能够保证系统中雨水的排泄速度,同时也使管道有着相应的自净能力,防止管道出现阻塞的现象.
（4）水头损失
雨水排水系统的总水头损失和流速水头之和应小于雨水斗天沟底面与排水管出口的几何高差,其压力余量宜稍大于100pa.压力流屋面雨水排水系统悬吊管与立管交点（转折点）处的最大负压值,对于金属管道不得大于80kpa；对于
塑料管道应视产品的力学性能而定,但不得大于70kpa.
根据以上计算过程,本项目共设虹吸斗38个,其中YG80A负担流量22.5L/S的虹吸斗16个,YG100A负担流量35.5L/S的虹吸斗14个,YG125A负担流量43.5L/S的虹吸斗8个,共11个系统即11根排水立管及相应的排水出户管,相比重力流雨水排水系统需设100根DN100排水立管或设50根DN150排水立管,虹吸排水立管数量大大减少,且占用顶板下高度相比重力流排水小很多.
5结语
根据以上的叙述,可以发现,虹吸式屋面雨水排放技术在目前的大型建筑中,具有良好的应用效果,在对此系统进行设计的时候,需要结合多个方面,来对系统的整体进行计算,以此来保证虹吸式屋面雨水排放系统的可靠性和合理性.
参考文献：
[1]GB50015-2003（2009年版）建筑给排水设计规范[S]
[2]核工业第二研究设计研究院．给水排水设计手册（第2版）[M]．北京：中国建筑工业出版社,2001
[3]CECS183－2015虹吸式屋面雨水排水系统技术规程[S]
[4]C142-2014建筑屋面雨水排水系统技术规程[S]
排水设计论文范文结:
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