虹吸式屋面雨水排放系统设计理论小享

传统的屋面重力式排水系统采用重力式的雨水斗，流入雨水斗的雨水易掺入空气，从而形成水、气混合流，影响雨水斗的雨水量，且悬吊管需要较大的管径和一定的坡度。通常，为了维持连接在同一悬吊管上的各个雨水斗的正常工作，连接雨水斗的数量一般不多于四只，因而增加了雨水管的根数。重力式屋面排水系统因受其水力特征的限制，造成排水立管多、管径偏大，因此对于大面积工业及公共建筑屋面雨水排水系统来说，它具有一定的局限性。
　　虹吸式屋面雨水排放系统克服了传统的屋面重力式排水系统所存在的缺陷，其排水能力也有很大的改善和提高，在满足水力计算的情况下，悬吊管接入的雨水斗数量一般不受到限制，从而节省了不少的立管；而且，悬吊管不需作坡度，其安装方便、外形美观；另外，该系统按虹吸式压力流计算可以减少选用管道的直径。有压流（虹吸式）屋面雨水排放系统是利用“伯努利”定律经过潜心、缜密的验证计算，充分利用屋面与地面的高差产生的能量，悬吊管中的负压和立管中的正压使该系统产生虹吸，并在满流状态下能快速排泄雨水。
　　虹吸式屋面雨水排放系统形成的条件是：
　　①具有特殊设计的能形成气水分离的雨水斗；
　　②管道连接的密封性；
　　③应进行精确的电脑程序化水力计算；
　　④平屋顶至少布置紧急溢流口，带檐沟的屋顶每边都需要布置紧急溢流口；
　　⑤其排水管的总水头损失不得大于雨水管系进、出口的几何高差，且悬吊管水头损失不得大于80kPa.
　　1　工程概况
　　中国小商品城福田市场（一期工程）位于浙江省义乌市，工程总面积3118×104㎡，由A、B、C、D、E五个市场交易区组成，建筑层数为五层。屋面面积为41503㎡，屋顶平面标高分别为1912m和1417m，结构为现浇钢筋混凝土框架，屋面防水层为柔性防水层。义乌地区的地理及常年雨水情况：义乌位于东经119°49′—120°12′，北纬29°02′13″—29°33′40″，四季分明，属亚热带季风气候。年最大降水198719mm，日最大降水14612mm.
　　2　工程应用
　　虹吸式屋面雨水排放系统广泛运用于工商业建筑及公共设施的大型屋面，包括平屋顶、斜屋顶、不同弧状穹形屋面和其他各类屋面结构。该系统的虹吸式雨水斗可根据屋面或汇水漕的材质进行调整配套，适用于隔热/隔气材质屋面（如混凝土保温屋面）、非隔热/隔气材质屋面、不锈钢/铜/镀锌/铝合金等金属材质屋面。我们结合本工程的特点，认为福田市场项目特别适合采用
　　虹吸式屋面雨水排放系统。虹吸式屋面雨水排放系统的设计是根据国家标准《建筑给排水设计规范（GBJ15-88）》修订稿及参考国内外同类系统的规范和先进的技术资料，设计时遵循以下原则：
　　（1）按照设计院提供的义乌地区暴雨强度和重现期计算雨水泄流量。义乌地区暴雨强度：
　　Q=3544（1+016375LgP）/（t+14）01845当P取3年，q5=383195L/s•10000㎡
　　（2）结合义乌地区建筑工程的实际特点，划分屋面排水分区和布置雨水系统（图1）。
　　（3）根据每个排水分区计算雨水泄流量和雨水斗的泄流量，以选择雨水斗并确定每个系统的雨水斗数量。
　　（4）根据建筑物的使用功能及建筑设计图、屋顶建筑平面图、屋面建筑物构造图和室外雨水管设计图，确定雨水斗和水平悬吊管的设计位置和标高。
　　（5）确定主立管和检查井的位置，雨水斗与水平悬吊管之间的垂直连接支管和水平连接支管的位置、标高和管段长度。
　　（6）根据每个系统的管径、管件、管段长度、流量、流速等数据，进行水力计算，最终确定最佳工况下的系统构成。
　　（7）根据每个系统图中的数据，在平面图上标注出雨水斗和各管段，完成施工平面图；根据需要绘制节点详图，完善材料清单，完成施工指导说明和计算书。
　　（8）本系统独特的工作原理决定了本工程所有系统的水平管段均按照水平设置，但为了排空管内的积水，应设013%的坡度，坡向主立管。
　　（9）检查口的设计按照GBJ15-88中的要求设计，其中心线距离地面为1m，室外埋地管的埋深设计按照设计院要求设计，其他方面的设计均参照GBJ15-88。

　　图1　屋面排水分区与布置示意图
　　3　系统选材
　　本系统管道采用排水用柔性接口铸铁管及管件（GBT12772-1999），是目前国际上通用的无承口管箍式直管和管件，该标准与ISO6594及欧标标准和美国标准基本相同。本工程所推荐的是欧标标准排水铸铁管，它具有抗老化、防火、隔音、管壁光滑、摩阻小和使用寿命长的特点，用管箍连接各管段减少了管道重量和方便施工。

　　图2　雨水斗示意图
　　4　设计计算说明
　　设计参数DN50雨水斗的局部阻力系数ζ取115，雨水管的额定泄流量为6L/s水平，则I=10617×Q1185/C1185×dj4187
　　式中I为水头损失（mH2O/m，1mH2O=918kPa）；
　　Q——为流量（L/s）；
　　dj——为计算内径（mm）；
　　C——为管道材质质数（铸铁管C=100）。
　　此外，本系统还使用了GEBERITDLSSOFT2WARE设计软件自动设计和计算。此设计系统只需将建筑项目的下述数据经过整理后输入电脑即可得出所需数据。
　　5　虹吸式屋面雨水排放系统的安装
　　福田市场屋面雨水排放系统由特制的雨水斗、弯头、斜三通和采用涂塑工艺防腐的铸铁管道组成（国内有好几家厂家生产，如泰宁），管道接口为配套的特制橡胶套筒不锈钢卡箍。管道的接头密封良好，为保证施工质量，除按照传统的排水管道施工规程GBJ302-88进行安装外，还遵循以下原则：
　　①雨水斗的安装应保证一定的水平度。按照设计位置，将雨水斗调整水平后固定牢固。
　　②各管段应严格地按照设计的长度进行下料、安装。如确因现场实际情况的限制需要改变管段的长度，则应进行设计核算以决定是否需要改变直径，以及如何改变，须根据核算的结果进行施工。
　　③管道的固定系统应牢固、可靠。
　　④水平悬吊管应该安装成水平状态，无须坡度。主立管安装施工时，应保证其垂直度在允许的误差范围内。埋地管道支座应牢固可靠，能够承受较大的水流冲击力。
　　⑤不锈钢卡箍接头在安装使用时，内部的橡胶套筒要正确放置，避免将其放置翘曲从而导致漏气、漏水现象的发生。固定用的紧固螺栓要循序渐进逐个拧紧，使每个螺栓受力均匀，管径较大时宜采用测力扭矩扳手拧紧。
　　6　日常维修
　　根据有关资料显示，整个虹吸系统由于没有电力和机械装置，而且雨水以一定的流速流经管道，具有自净能力。日常的维修工作几乎是没有的，唯一要做的是定期查看并清洗雨水斗。