王欣欣
(遼寧省建筑設(shè)計研究院，遼寧沈陽 110005)

　　摘　要：屋面雨水的壓力流排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的重力流排水系統(tǒng)相比，既可以減少雨水斗和雨水管的使用數(shù)量、節(jié)省建筑造價，又可減少施工周期。針對沈陽龍騰大廈花卉展覽中心屋面雨水排水系統(tǒng)的選擇進行了分析和探討。?
　　關(guān)鍵詞：壓力流排水系統(tǒng)；屋面雨水；設(shè)計?
　　中圖分類號：TU992.24
　　文獻標識碼：C
　　文章編號 ：1000-4602(2001)10-0037-02

1　工程概況

　　龍騰大廈位于沈陽市大東區(qū)，占地約2.6×10⁴m²,總建筑面積為15×10⁴m²,地下2層，地上主體建筑44層，附屬樓32層，裙房6層。主體建筑為五星級賓館，總高度為154.30m；附屬樓為住宅，總高度為98.65m。裙房包括：商場、娛樂、餐飲、保齡球、花卉展覽中心等，總高度為32.90m。?
　　該建筑裙房部分的第6層為大型花卉展覽中心，層高為10m，面積約6000m²,屋面設(shè)計由兩個弧形和一個三角形構(gòu)成。整個屋面為金屬網(wǎng)架、桁架支承的輕質(zhì)鋁合金板結(jié)構(gòu)，中間鑲嵌白色三角形玻璃，屋面采用雨水內(nèi)排水系統(tǒng)。?

2 屋面雨水排水系統(tǒng)方案比較

　　花卉展覽中心大型金屬玻璃屋面的雨水排水設(shè)計是該工程給排水設(shè)計中的難點。該屋面匯水面積為8 600m²,屋面由東向西是曲線、直線交替變化，最大坡度為30°,最大坡長為40m ,屋面縱向可利用的自然最低排水位置有兩處。因屋面的北、西相鄰兩側(cè)均為高層建筑，且無法讓雨水管穿過，而只能向東側(cè)排至市政雨水管道，造成雨水橫管水平距離過長。
　　根據(jù)流體力學的理論，屋面雨水排水系統(tǒng)可分為兩種類型，即重力流和壓力流(亦稱虹吸流或滿管流)排水系統(tǒng)。?
2.1　重力流排水系統(tǒng)
　　重力流排水系統(tǒng)在我國工程項目設(shè)計中的應用具有悠久的歷史，是經(jīng)常采用的傳統(tǒng)式的設(shè)計方法。該系統(tǒng)由重力流雨水斗、連接管、懸吊管、立管、排出管等組成，其主要工作原理是 利用屋面雨水本身的重力作用將雨水斗收集的雨水經(jīng)排水管道自流排放。排水橫管采用的是 非滿管流理論，其充滿度控制在0.8以下，管內(nèi)流速在0.7m/s以上。系統(tǒng)中立管排水采用水膜重力流理論，充水率在0.35以下。因排水管道內(nèi)被空氣占去了一部分空間，故水流呈氣、液二相流態(tài)。尤其是因為排水立管中心被空氣氣流占據(jù)了大部分空間，導致管道排水的有效斷面大大減少，從而增大了管道直徑。由于是依靠雨水本身的作用進行排水，故排水橫管的 設(shè)計坡度取值是決定排水系統(tǒng)能否迅速將屋面雨水排除的主要因素。
　　龍騰大廈花卉展覽中心屋面若采用重力流排水系統(tǒng)，按雨水設(shè)計重現(xiàn)期P=5a、降雨歷時5min、暴雨強度為5.29×10^-2L/(s·m²)、屋面匯水面積為8600m²估算，當DN100埋地管滿流，允許匯水面積200m²，坡度為0.20時,則至少應設(shè)置43根雨水管。而當雨水橫管坡度為0.02時，從排水橫管起點至排出管穿越基礎(chǔ)處約有70m,此時排水橫管 的坡降為1.40m。由此可見,過多的排水橫管和過大的排水坡降對地下一層的建筑有效高度 將產(chǎn)生嚴重的影響,且使室外雨水井的數(shù)量過多。
2.2　壓力流排水系統(tǒng)
　　壓力流排水系統(tǒng)始創(chuàng)于20世紀60年代末，在世界各地已有3.6×10⁸m²多種類型屋 面排水的設(shè)計和施工經(jīng)驗，目前，大面積屋面采用壓力流排水系統(tǒng)的優(yōu)點已得到廣泛認可。但該系統(tǒng)在我國特別是北方地區(qū)應用較少。其主要工作原理是充分利用屋面壓力流雨水斗 與排出管之間的幾何高差，當降雨強度達到設(shè)計值時，管道內(nèi)是滿流狀態(tài)，雨水從水平管( 懸吊管)轉(zhuǎn)入立管跌落時，管道內(nèi)形成負壓，產(chǎn)生虹吸作用，進而快速排除屋面雨水。因此，壓力流排水系統(tǒng)亦稱為虹吸流或滿管流排水系統(tǒng)。
　　由于國內(nèi)采用壓力流排水系統(tǒng)較少并缺乏相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和資料，因此本工程參照英國森瑪夏博士發(fā)明的UV系統(tǒng)—虹吸屋面雨水系統(tǒng)的理論進行設(shè)計。重力流雨水斗與壓力流雨水斗的 排水負荷比較見表1。

表1　單斗雨水斗排水負荷　　　L/s? 項目 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 壓力流雨水斗* 6～12 12～24 20～80 注：*不同型號的雨水斗排水負荷不同。

　　由表1可見，壓力流雨水斗的排水量大于重力流雨水斗。設(shè)計中采用排水量較大的DN100壓力流雨水斗。

3　排水系統(tǒng)設(shè)計

　　最初決定本工程的屋面雨水設(shè)計重現(xiàn)期選擇5年，但當超過設(shè)計重現(xiàn)期的大雨來臨或當排水管道阻塞時，都將產(chǎn)生溢流。溢流設(shè)計一般有兩種方法：其一是在屋面一定高度設(shè)置溢流堰 或溢流口；其二是在屋面一定高度設(shè)置一套專用的溢流虹吸系統(tǒng)，這樣不僅增加造價，而且會使管道系統(tǒng)過于復雜。最后決定，屋面雨水設(shè)計重現(xiàn)期采用20年，既解決了雨水溢流問題，又降低了管道系統(tǒng)的復雜性。?
　　當P=20a時其降雨歷時5min的暴雨強度為6.98×10^-2L/(s·m²)，匯水面積為8600m²,屋面的排水量為600L/s。屋面共分4個匯水區(qū)域，設(shè)置2條排水溝(見圖1)， 各區(qū)域匯水面積見表2。

表2　　各排水區(qū)域匯水面積 匯水區(qū)域 匯水面積(m²) 雨水斗數(shù)目(只) A 2300 DN100×4 B 2000 DN100×4 C 2000 DN100×4 D 2300 DN100×4

　　屋面雨水斗采用進口不銹鋼壓力雨水斗，設(shè)計排水負荷為每個40L/s。雨水管采用離心排水鑄鐵管，不銹鋼卡箍連接，并采用EDPM橡膠密封。雨水懸吊橫管采用無坡敷設(shè)。?

4　結(jié)果與討論

　　將兩種不同屋面雨水設(shè)計流態(tài)進行比較，結(jié)果見表3。?

表3　　兩種設(shè)計流態(tài)比較 設(shè)計流態(tài) 設(shè)計暴雨重現(xiàn)期(a) 雨水斗 雨水管道 檢查井數(shù)量?(個) 規(guī)格(mm) 數(shù)量(只) 規(guī)格(mm) 數(shù)量(只) 重力流 5 DN100 43 DN100 220 43 DN150 500 DN200 350 壓力流 20 DN100 21 DN100 460 21 DN150 50 DN200 320

　　大屋面雨水排水系統(tǒng)采用壓力流排水具有許多優(yōu)點：
　?、儆晁吩谖菝嫔峡梢造`活設(shè)置；
　?、趬毫α饔晁返呐潘芰Υ蟠蟾哂谕瑯右?guī)格的重力流雨水斗，因此可減少雨水斗的設(shè)置數(shù)量；
　　③由于壓力流管道按滿管流設(shè)計，橫管不需要設(shè)坡度，因此可以降低地下室的層高，節(jié)省建筑造價；
　?、軌毫α鞯呐潘到y(tǒng)屬單相滿管流，在同樣條件下，相同的屋面匯水面積可減少管道的數(shù)量和直徑。從而減少室外雨水檢查井的數(shù)量；
　?、輭毫α鲿r，雨水在管道中高速流動，可起到清潔管道的作用，避免管道淤積。
　　目前，壓力流排水系統(tǒng)的各種配件大部分還依賴進口。國內(nèi)上海建筑設(shè)計研究院已經(jīng)開發(fā)研制出了國產(chǎn)系列產(chǎn)品，這可以使工程造價大大減小。

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　　電　話：(024)23390445×1?
　　收稿日期：2001-07-16