屋面雨水压力流排水系统设计

王欣欣
(辽宁省建筑设计研究院，辽宁沈阳 110005)

　　摘　要：屋面雨水的压力流排水系统与传统的重力流排水系统相比，既可以减少雨水斗和雨水管的使用数量、节省建筑造价，又可减少施工周期。针对沈阳龙腾大厦花卉展览中心屋面雨水排水系统的选择进行了分析和探讨。?
　　关键词：压力流排水系统；屋面雨水；设计?
　　中图分类号：TU992.24
　　文献标识码：C
　　文章编号 ：1000-4602(2001)10-0037-02

1　工程概况

　　龙腾大厦位于沈阳市大东区，占地约2.6×10⁴m²,总建筑面积为15×10⁴m²,地下2层，地上主体建筑44层，附属楼32层，裙房6层。主体建筑为五星级宾馆，总高度为154.30m；附属楼为住宅，总高度为98.65m。裙房包括：商场、娱乐、餐饮、保龄球、花卉展览中心等，总高度为32.90m。?
　　该建筑裙房部分的第6层为大型花卉展览中心，层高为10m，面积约6000m²,屋面设计由两个弧形和一个三角形构成。整个屋面为金属网架、桁架支承的轻质铝合金板结构，中间镶嵌白色三角形玻璃，屋面采用雨水内排水系统。?

2 屋面雨水排水系统方案比较

　　花卉展览中心大型金属玻璃屋面的雨水排水设计是该工程给排水设计中的难点。该屋面汇水面积为8 600m²,屋面由东向西是曲线、直线交替变化，最大坡度为30°,最大坡长为40m ,屋面纵向可利用的自然最低排水位置有两处。因屋面的北、西相邻两侧均为高层建筑，且无法让雨水管穿过，而只能向东侧排至市政雨水管道，造成雨水横管水平距离过长。
　　根据流体力学的理论，屋面雨水排水系统可分为两种类型，即重力流和压力流(亦称虹吸流或满管流)排水系统。?
2.1　重力流排水系统
　　重力流排水系统在我国工程项目设计中的应用具有悠久的历史，是经常采用的传统式的设计方法。该系统由重力流雨水斗、连接管、悬吊管、立管、排出管等组成，其主要工作原理是 利用屋面雨水本身的重力作用将雨水斗收集的雨水经排水管道自流排放。排水横管采用的是 非满管流理论，其充满度控制在0.8以下，管内流速在0.7m/s以上。系统中立管排水采用水膜重力流理论，充水率在0.35以下。因排水管道内被空气占去了一部分空间，故水流呈气、液二相流态。尤其是因为排水立管中心被空气气流占据了大部分空间，导致管道排水的有效断面大大减少，从而增大了管道直径。由于是依靠雨水本身的作用进行排水，故排水横管的 设计坡度取值是决定排水系统能否迅速将屋面雨水排除的主要因素。
　　龙腾大厦花卉展览中心屋面若采用重力流排水系统，按雨水设计重现期P=5a、降雨历时5min、暴雨强度为5.29×10^-2L/(s·m²)、屋面汇水面积为8600m²估算，当DN100埋地管满流，允许汇水面积200m²，坡度为0.20时,则至少应设置43根雨水管。而当雨水横管坡度为0.02时，从排水横管起点至排出管穿越基础处约有70m,此时排水横管 的坡降为1.40m。由此可见,过多的排水横管和过大的排水坡降对地下一层的建筑有效高度 将产生严重的影响,且使室外雨水井的数量过多。
2.2　压力流排水系统
　　压力流排水系统始创于20世纪60年代末，在世界各地已有3.6×10⁸m²多种类型屋 面排水的设计和施工经验，目前，大面积屋面采用压力流排水系统的优点已得到广泛认可。但该系统在我国特别是北方地区应用较少。其主要工作原理是充分利用屋面压力流雨水斗 与排出管之间的几何高差，当降雨强度达到设计值时，管道内是满流状态，雨水从水平管( 悬吊管)转入立管跌落时，管道内形成负压，产生虹吸作用，进而快速排除屋面雨水。因此，压力流排水系统亦称为虹吸流或满管流排水系统。
　　由于国内采用压力流排水系统较少并缺乏相关的设计规范和资料，因此本工程参照英国森玛夏博士发明的UV系统—虹吸屋面雨水系统的理论进行设计。重力流雨水斗与压力流雨水斗的 排水负荷比较见表1。

表1　单斗雨水斗排水负荷　　　L/s? 项目 DN50 DN75 DN100 重力流雨水斗 　 平篦型 球柱型 平篦型 球柱型 2 6 3.5 12 压力流雨水斗* 6～12 12～24 20～80 注：*不同型号的雨水斗排水负荷不同。

　　由表1可见，压力流雨水斗的排水量大于重力流雨水斗。设计中采用排水量较大的DN100压力流雨水斗。

3　排水系统设计

　　最初决定本工程的屋面雨水设计重现期选择5年，但当超过设计重现期的大雨来临或当排水管道阻塞时，都将产生溢流。溢流设计一般有两种方法：其一是在屋面一定高度设置溢流堰 或溢流口；其二是在屋面一定高度设置一套专用的溢流虹吸系统，这样不仅增加造价，而且会使管道系统过于复杂。最后决定，屋面雨水设计重现期采用20年，既解决了雨水溢流问题，又降低了管道系统的复杂性。?
　　当P=20a时其降雨历时5min的暴雨强度为6.98×10^-2L/(s·m²)，汇水面积为8600m²,屋面的排水量为600L/s。屋面共分4个汇水区域，设置2条排水沟(见图1)， 各区域汇水面积见表2。

表2　　各排水区域汇水面积 汇水区域 汇水面积(m²) 雨水斗数目(只) A 2300 DN100×4 B 2000 DN100×4 C 2000 DN100×4 D 2300 DN100×4

　　屋面雨水斗采用进口不锈钢压力雨水斗，设计排水负荷为每个40L/s。雨水管采用离心排水铸铁管，不锈钢卡箍连接，并采用EDPM橡胶密封。雨水悬吊横管采用无坡敷设。?

4　结果与讨论

　　将两种不同屋面雨水设计流态进行比较，结果见表3。?

表3　　两种设计流态比较 设计流态 设计暴雨重现期(a) 雨水斗 雨水管道 检查井数量?(个) 规格(mm) 数量(只) 规格(mm) 数量(只) 重力流 5 DN100 43 DN100 220 43 DN150 500 DN200 350 压力流 20 DN100 21 DN100 460 21 DN150 50 DN200 320

　　大屋面雨水排水系统采用压力流排水具有许多优点：
　　①雨水斗在屋面上可以灵活设置；
　　②压力流雨水斗的排水能力大大高于同样规格的重力流雨水斗，因此可减少雨水斗的设置数量；
　　③由于压力流管道按满管流设计，横管不需要设坡度，因此可以降低地下室的层高，节省建筑造价；
　　④压力流的排水系统属单相满管流，在同样条件下，相同的屋面汇水面积可减少管道的数量和直径。从而减少室外雨水检查井的数量；
　　⑤压力流时，雨水在管道中高速流动，可起到清洁管道的作用，避免管道淤积。
　　目前，压力流排水系统的各种配件大部分还依赖进口。国内上海建筑设计研究院已经开发研制出了国产系列产品，这可以使工程造价大大减小。

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　　电　话：(024)23390445×1?
　　收稿日期：2001-07-16