【给排水精品案例】关于钢结构厂房雨水排水系统的设计探讨

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一、概述

钢结构厂房与钢筋混凝土厂房的屋面和天沟结构不同，前者多采用钢结构屋面，下设檀条和钢梁；后者多采用预制钢筋混凝土大型屋面板及折线型屋架或大型钢结构屋架。钢结构厂房的屋面和天沟在连接处虽然设有屋面封檐板，但仍有搭接缝，屋面和天沟一般无防水卷材覆盖，而钢筋混凝土厂房的屋面防水卷材覆盖了整个天沟，因此当钢结构厂房的天沟中水位高度超过搭接缝时，雨水会从搭接缝处泛水进入室内。 钢结构厂房天沟深度由于受屋面檀条高度的限制一般在200mm左右，有效深度仅150mm左右，因此天沟很浅。另外钢结构厂房屋面坡度很大，沿屋面急流而下的雨水到达天沟处产生冲击涌流，造成天沟内水位波动很大，故天沟实际有效深度更浅。因此钢结构厂房屋面、天沟的防水能力很弱，一旦雨水系统排水不畅或雨量超过重现期时极易冒水。

钢结构厂房的屋面形式、屋面构造与民用建筑有许多不同，大面积钢结构厂房的屋面坡度大，若为多跨厂房则中间跨往往设有内天沟。屋面的形状有双坡屋面、多坡锯齿形屋面、多坡高低跨屋面等。

工业厂房地面和屋面泛水、冒水曾给我国的工厂造成过巨大的经济损失，地面和屋面的泛水、冒水除雨水系统计算不当外，很大一部分是由于雨水系统选择不当，而钢结构厂房的雨水排水系统设计相对于民用建筑有很多不同点。

钢结构厂房的屋面雨水排水系统可分为两种：外排水系统和内排水系统。外排水系统是利用屋顶天沟直接通过室外立管将雨水排到室外雨水管道或排水明渠中；内排水系统是利用室内雨水管道将雨水排到室外雨水管道中。

外排水系统：


内排水系统：

钢结构厂房的双坡屋面及其他形式屋面的边跨天沟即靠外墙的天沟可采用封闭系统直接外排式排除雨水，排水效果很好，只要计算合理，一般不会产生冒水现象。而对于多坡据齿形屋面和多坡高低跨屋面的内天沟雨水排水系统可有多种选择，如长天沟外排水方式、重力流悬吊管方式、敞开系统内埋地管方式、封闭系统内埋地管方式、压力流（虹吸式）屋面雨水排水方式等。各种雨水排水系统的选择应根据建筑物及屋面、天沟的结构形式、气候条件及生产工艺要求等经技术经济比较后确定。若雨水排水系统选择不当，则极易产生冒水、泛水现象，造成重大损失。上述雨水排水系统有各自的特点和适用条件及技术要求，分述如下。

二、雨水排水系统分类

1.长天沟外排水雨水系统

长天沟外排水雨水系统室内无雨水管，无室内漏水现象，工程造价低，设计施工方便，以往钢筋混凝土多坡锯齿形屋面和多坡高低跨屋面的内天沟采用该排水方式很多。《建筑给水排水设计规范》（GB50015—2003）规定天沟坡度不宜小于0.003，但《屋面工程质量验收规范》（GB50207—2002）及《机械工厂建筑设计规范》（JBJ7—96）中规定天沟、檐沟的纵向坡度不应小于1%，沟底水落差不得超过200mm。故长天沟外排水不能用于长度超过40m的厂房，而现在厂房长度一般都超过40m。对于长度不超过40m的厂房，由于天沟坡度不小于0.01，故天沟分水线处找坡厚度将达到200mm，钢结构厂房天沟深度受到檀条高度的限制，天沟深度一般在200mm以内，找坡厚度不可能达到200mm，因此钢结构厂房不应采用长天沟外排水。

另外，长天沟外排水雨水系统只在天沟端头设雨水斗，雨水斗数量很少，在寒冷地区易被冰雪堵住。现代化厂房由于美观上的要求，一般天沟不伸出女儿墙外，并且轻钢屋面与女儿墙之间有缝，开溢流口建筑上较难处理，故即使厂房长度不超过40m，也不宜采用长天沟外排水方式。 2. 重力流悬吊管雨水系统

重力流悬吊管雨水系统属于内排水系统，是将中间跨雨水用悬吊管连通到靠外墙处，向下排至室外雨水管道的排水系统。

大跨度多跨厂房的中间跨雨水若采用重力流悬吊管架空方式排除雨水，必须详细了解厂房的结构形式、屋面及屋架的结构形式、生产工艺要求等，在仔细分析的基础上，确定是否可采用悬吊管方式及如何布置悬吊管。

悬吊管在厂房内易受到振动，管材应保证封闭、严密、不漏水、一般采用钢管、PVC-U给水塑料管、ABS给水塑料管或孔网钢塑管等。悬吊管不应布置在遇水会引起危害的生产设备、产品和原料等上方，以防管道产生凝结水或漏水而造成损失。悬吊管系统也不适合在洁净厂房内使用。

对于钢结构厂房，则不宜采用重力流悬吊管架空方式排除中间跨雨水。钢结构厂房钢结构屋面下为与屋面同坡度的钢梁，无屋架，若悬吊管沿厂房横向布置，由于悬吊管与屋面距离大很大（屋脊处最大）且悬吊管管径较大，因此影响厂房美观。若悬吊管沿厂房纵向（天沟方向）布置，存在较多问题，由于钢结构厂房柱子小，柱距一般在6m以上，而悬吊管管径往往较大，一方面影响厂房内的美观，另一方面悬吊管除了在各个柱子处做支架外，两个柱子之间还要做吊架，若没有吊车梁，屋面上很难受力，一般在柱间做桁架或管道支撑钢梁，管道固定于桁架或管道支撑钢梁上，这样的做法既复杂又影响美观。所以钢结构大跨度多跨厂房的中间跨内天沟雨水不宜采用重力流悬吊管架空方式排除。

3. 敞开系统内埋地管雨水系统

敞开系统内埋地管雨水系统，即在厂房内设埋地雨水管和检查井，在钢结构厂房的中间跨内天沟雨水排水中采用该方式是比较普遍的。该系统没有本文2节中提到的问题，但室内雨水检查井存在冒水的可能。 为避免雨水从室内检查井中冒出，雨水量建议按5a≤P≤10a重现期5min暴雨强度计算，埋地雨水管按重力流计算。

敞开系统内埋地管雨水系统，雨水立管中高速掺气水流在检查井内进行气水分离，能量转换产生正压喷溅。沈阳某厂房在下暴雨时曾发生过井内气流将多个检查井盖掀开。后不得不将沙袋压在井盖上，为消除管内气流以稳定水流，敞开系统排出管应在室外设放气井。埋地管起端检查井较浅，易受气流的影响而冒水，因此建议在起端检查井中设一伸顶通气管沿柱子伸出屋面。起端检查井不得接入生产废水排水管。 敞开系统内埋地管雨水系统的设计，还应考虑尽可能改善雨水从立管进入埋地管的水流状态，否则由于管道接不当会加剧水流在检查井中的紊乱，使井内水流不畅、水位升高或气水翻腾，造成冒水的可能。改善水流状态的有效措施有以下几种：（1）接入室内检查井的雨水排出管其出口与下游埋地排水管宜采用管顶平接，以减小水流落差，从立面改善水流条件。（2）接入时水流转角不得小于135.

，以从平面上改善水流条件。（3）检查井内做高流槽导流，流槽高出管顶200mm，并且检查井深度不小于700mm，以改善水流状态，避免冒水。

采用上述排气和改善水流状态的措施后，可大大减少敞开系统内埋地管雨水系统的冒水问题。但敞开系统内埋地管雨水系统毕竟存在地面冒水的可能，故洁净厂房及防水要求高的厂房不宜采用该系统。

4. 封闭系统内埋地管雨水系统

要从根本上解决雨水内排水系统的室内冒水问题，对于钢结构厂房的中间跨内天沟，可采用封闭系统内埋地管雨水系统排除雨水，即室内设密闭埋地管和钢筋混凝土室内雨水检查口井（参见01S 519-26）。封闭系统埋地管应保证封闭、严密、不漏水，该雨水系统的管材应用承压管材，如PVC-U给水塑料管、钢管、ABS给水塑料管、给水铸铁管等。埋地横管检查口制作方法为：横管上开三通加法兰盖堵，并设橡胶垫密封。为消除管内气流以增大排水能力，排出管应在室外设放气井，并在室内设伸顶通气管沿柱子伸出屋面通气。设计时还需注意密闭埋地管和检查井的位置应避开设备基础。封闭系统埋地管交叉或长度超过30m及立管接入处应设检查井，埋地雨水管按满流设计。

封闭系统内埋地管雨水系统无开口部位，不会引起水患，管道为压力排水，排水能力较大，但由于该系统造价较高，施工较繁琐且维护不便，再加上习惯因素的影响，在南北方都较少使用。但该系统经多次暴雨检验，效果很好。

5. 压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统

以上介绍的为传统的重力流雨水排水系统，是设计中一直沿用的屋面雨水排水方式，系统采用重力流雨水斗。此传统的重力流雨水排水系统往往排水管多、管径大、检查井多、排水能力小，对于大面积钢结构厂房屋面雨水排水系统则更显突出。

压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统在国外已有几十年的使用历史，该系统应用于大型屋面、造型复杂的屋面比重力流雨水排水系统具有更多优越性，能够更好地满足建筑要求，更快地排除屋面雨水。但压力流（虹吸式）雨水排水系统由于造价高，设计计算复杂（需要专门计算软件），再加上习惯因素的影响，使系统的使用受到一定限制。但是随着经济的发展、使用要求的不断提高，目前该系统的使用趋势不断上升。

三、钢结构厂房雨水排水系统设计应注意一些问题

除概述中一、二段所提到的问题外，钢结构厂房雨水排水系统设计还应注意以下问题。

钢结构厂房的雨水排水系统设计时应慎重考虑，准确计算。首先建议取较大的重现期，一般可取10a。天沟按建筑规定应有1%的坡度，由天受到天沟深度的限制，天沟内找坡厚度不宜太大，故天沟内雨水斗的间距建议在12m以内。据此原则布置好雨水斗后，划分汇水面积，确定天沟排水量，计算天沟断面积，天沟的深度同檩条高度，天沟的宽度由计算确定。在确定天沟的宽度时，除了满足排水量外，还要考虑结构专业在天沟下设置托架的影响，该托架紧贴天沟底，沿天沟纵向设置，可能影响雨水斗及其下的雨水管道的安装。可与结构专业协商，将天沟底的托架靠天沟侧边设置，确保托架边与天沟边的距离满足雨水斗及其下的雨水管道安装要求，或将天沟宽度放大，以消除托架的影响。一般钢结构厂房的天沟宽度不宜小于600mm。

钢结构厂房的屋面由彩钢板搭接而成，搭接处采用螺钉紧固于擅条上或采用360度直立暗扣式连接，彩钢板上一般无防水卷材，屋面防水能力较弱。每块彩钢板由波峰和波谷组成，搭接处位于波峰，雨水在波谷内流动。因此当屋面雨水量太大时，雨水可能会漫过波峰，甚至淹没波峰，这时搭接处可能完全淹没于水中，从而使雨水从搭接处进入室内。对于具有高低跨屋面的钢结构厂房，若高跨屋面面积很大，则不能将高跨屋面的雨水排入低跨屋面，防止低跨屋面雨水量太大，从而使雨水淹没彩钢板搭接缝而漏水。因此面积较大的高跨屋面应单独设置雨水排水系统并直接排出室外，而不能直接排入低跨屋面。

根据《建筑给水排水设计规范》：建筑屋面雨水工程应设置溢流设施，一般建筑的重力流屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于10a重现期的雨水量，重要公共建筑、高屋建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于50a重现期的雨量。屋面雨水管道的设计重现期为2-10a，因此超过雨水管道设计重现期雨水量需要从溢流设施溢出。溢流设施的设置对于钢结构厂房尤其重要，若无溢流设施或溢流设施太小，超过雨水管道设计重现期的雨水量会在天沟内积聚，使天沟内水位迅速上升而淹没屋面板与天沟的搭接缝，雨水会从搭接缝处泛水进入室内。

钢结构天沟可在天沟外侧每隔一定距离设置圆管溢流口或方形溢流口，建筑均有标准图。计算溢流口尺寸时，应先计算需要从溢流设施溢出的雨水量，然后根据曼宁公式计算出溢流口尺寸并提交建筑专业。 钢结构厂房在设置雨水管道时，尽量避免雨水管穿外墙，以防止墙面雨水通穿管处进入室仙，当必须穿外墙时，应有密封措施。

重力流雨水斗具有整流作用，避免形成过大的旋涡，稳定斗前水位，减少掺气并能拦截树叶等杂物。重力流雨水排水系统必须装设重力流雨水斗，但实际工程中很多施工单位直接在钢结构天沟开孔，并在天沟下焊接钢短管与雨水立管相连，未装雨水斗，这种做法降低了雨水系统的排水能力，树叶等杂物随雨水进入雨水管后极易堵塞雨水管。为避免这种情况，首先设计图纸应将雨水斗表达清楚，并在项目交底时向施工单位提出设置雨水斗的要求。

四、 结语

随着经济的发展，业主对钢结构厂房屋面雨水排水系统设计的安全性要求越来越高，而大面积钢结构厂房的雨水排水系统设计看似简单，实际需要考虑的因素很多，包括结构形式、气候条件、经济水平、生产工艺要求等，这就要求设计人员认真对待，仔细分析，确定合理方案。另外，一个雨水排水系统的设计是否成功，还往往需要实践的验证，需要我们多了解多调查并进行必要的设计回访。以上就是本人来同乘公司半年多的时间内，参阅大量相关资料以及在参与的实际工程设计中的一点心得体会，请广大同行不吝指教。