壓力流（虹吸式）屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

何灼文

摘 要：隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，大空間、大容量、大面積的公共建筑，工業(yè)廠房、庫房需求量越來越大。對屋面雨水排放技術(shù)的要求將越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的排水方式已不能完全滿足現(xiàn)代建筑的需求。而壓力流（虹吸式）雨水排水系統(tǒng)的應(yīng)用必將是現(xiàn)代建筑大面積屋面排水問題的非常有效的解決方式。

關(guān)鍵詞：壓力流；雨水排水系統(tǒng)

1 壓力流雨水排水系統(tǒng)原理：虹吸是利用重力作用，在管道內(nèi)產(chǎn)生局部真空，而產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。它通過利用能隔離空氣的雨水斗實現(xiàn)水、氣分離，開始時由于重力作用雨水不斷流向管內(nèi)，使管道內(nèi)逐漸產(chǎn)生真空。當(dāng)管中的水流呈現(xiàn)壓力流狀態(tài)時，形成虹吸效應(yīng)（密閉的管道系統(tǒng)內(nèi)形成滿流狀，雨水因重力作用在立管處跌落產(chǎn)生虹吸）。不斷進(jìn)行排水。虹吸（屋面雨水）排水系統(tǒng)，是經(jīng)過精密的水力計算，設(shè)計的能充分利用水的動能，在密閉的管道系統(tǒng)中產(chǎn)生連續(xù)不斷的虹吸作用，實現(xiàn)快速、高效的排除屋面雨水。它是解決大屋面雨水排放的先進(jìn)排水技術(shù)。

2 壓力流雨水排水系統(tǒng)的特點： 廣泛適用于各種不同類型、用途的建筑物；管道無需坡度敷設(shè)；降低管材的管徑；現(xiàn)場施工量減少；更少的材料，節(jié)省安裝空間；管道具有自潔能力。從設(shè)計到施工簡單快捷。適用于各種類型、各種用途的建筑物屋面，包括平屋頂屋面也能適用，這一點解決了傳統(tǒng)排水方式很難解決排除的問題；其排水懸吊管可作無坡度敷設(shè),懸吊管始終保持同一高度，可以騰出更多有效的建筑機(jī)電、設(shè)備安裝空間；相同管徑排水泄流量大，可降低排水管管徑或減少排水立管數(shù)量,節(jié)約安裝空間；管材及管件(配件)的使用量減少；所需地下埋管量較少,有效減少現(xiàn)場施工量和土方開挖、回填工作量；管內(nèi)水流流速大于1m/s,能使管道具有很好的自清自潔能力。

3 壓力流雨水排水系統(tǒng)的適用條件。各種屋面排水系統(tǒng)的選擇，除考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性以外，主要應(yīng)根據(jù)各種雨水排水系統(tǒng)的特點，結(jié)合不地以及該建筑的實際情況綜合分析后確定。

3.1 雨水排水系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮外排水，但要先征得建筑師同意。

3.2 屋面集水優(yōu)先考慮天溝形式，雨水斗應(yīng)設(shè)置于天溝內(nèi)。

3.3 虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)適用于大型屋面的庫房、工業(yè)廠房、公共建筑等。

3.4 不允許室內(nèi)冒水的建筑，應(yīng)采用密閉系統(tǒng)或外排水系統(tǒng)，不得采用敞開式內(nèi)排水系統(tǒng)。

3.5 寒冷地區(qū)應(yīng)盡量采用內(nèi)排水系統(tǒng)。

3.6 單斗與多斗系統(tǒng)比較，一般情況下，優(yōu)先采用單斗系統(tǒng)。但虹吸式雨水系統(tǒng)懸吊管上接入的雨水斗數(shù)量一般不受限制。

4 壓力流雨水排水系統(tǒng)的設(shè)置

4.1 雨水斗的設(shè)置。布置雨水斗時，應(yīng)以伸縮縫或沉降縫作為排水分水線，否則應(yīng)在該縫兩側(cè)各設(shè)置一個雨水斗。雨水斗的間距應(yīng)按計算確定，還應(yīng)考慮建筑物的結(jié)構(gòu)特點，如柱子的布置等，一般可采用12～24m，天溝的坡度可采用0.003～0.006。雨水斗的安裝要求，主要是連接處的密封應(yīng)不漏水，按不同水平面上的雨水斗分別設(shè)置單獨的立管。

4.2 連接管。連接管應(yīng)牢固地固定在建筑物的承重結(jié)構(gòu)上，其管徑一般與雨水斗短管的管徑相同，但不宜小于100mm。

4.3 懸吊管。懸吊管一般沿梁或屋架下弦布置，并應(yīng)牢固的固定在其上。其客徑不得小于雨水斗連接管管徑，如沿屋架懸吊時，其管徑不得大于300mm。懸吊管長度超過15m時，靠近墻、柱的地主應(yīng)設(shè)檢查口，且檢查口間距不得大于20m.重力流雨水系統(tǒng)的懸吊管管道充滿度不應(yīng)大于0.8，管道坡度一般不應(yīng)小于0.005，以利于流動而且便于清通。虹吸式雨水系統(tǒng)中的懸吊管，原則上為壓力流不需要設(shè)坡度，但由于大部分時間懸吊管內(nèi)可能處于非滿流排水狀態(tài)，宜設(shè)置不小于0.003的坡度，以便管道排空。懸吊管與雨水立管連接，應(yīng)采用兩個45°彎頭或90°斜三角。懸吊管不得設(shè)置在精密機(jī)械設(shè)備和遇水會產(chǎn)生危害的產(chǎn)品及原料的上空，否則應(yīng)采取預(yù)防措施。

4.4 立管。立管一般沿墻、柱明裝，在民用建筑內(nèi)，一般設(shè)在樓梯間、管井、走廊等處，不得設(shè)置在居住房間內(nèi)。立管的管徑不得小于與其連接的懸吊管管徑。對于重力流雨水系統(tǒng)立管的上部為負(fù)壓，下部為正壓，所以立管是處于壓力流狀態(tài)，排水能力較大。而排水管埋設(shè)在地下，是整個雨水管道系統(tǒng)中容易出問題的薄弱環(huán)節(jié)，立管的下端宜采用2個45°彎頭或大曲率半徑的90°彎頭接入排出管。

4.5 排出管?？紤]到降雨過程中常常有超過設(shè)計重現(xiàn)期的雨量、或水流摻氣占去一部分容積，所以在雨水排出設(shè)計時，要留有一定的余地。

4.6 埋地橫管。埋地管的最小管徑為200mm，最大不超過600mm，以保證水流通暢，便于清通。埋地管不得穿越設(shè)備基礎(chǔ)及其他地下構(gòu)筑物；埋地管的埋設(shè)深度，一般可參照排水管道的規(guī)定，在民用建筑中不得小于0.15m。雨水排水系統(tǒng)的管道材料可采用鑄鐵管、鋼管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混凝土管、陶土管。管材屋面計算面積超過5000m2時，必須設(shè)置至少兩個獨立的屋面雨水排水系統(tǒng)。

5 虹吸式屋面雨水系統(tǒng)的設(shè)計計算

虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)按壓力流進(jìn)行計算，應(yīng)充分利用系統(tǒng)提供的可利用水頭，以滿足流速和水頭損失允許值的要求。水力計算的目的是合理確定客徑，降低造價，使系統(tǒng)各節(jié)點由不同支路計算的壓力差限定在一定的范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)安全、可靠、正常地工作。

5.1 虹吸式雨水系統(tǒng)水力計算的一般規(guī)定。為了保障虹吸式雨水排水系統(tǒng)能夠維持正常的壓力流排水狀態(tài)，壓力流雨水排水系統(tǒng)應(yīng)符合以下規(guī)定：

5.1.1 雨水斗的設(shè)置。虹吸式雨水斗應(yīng)設(shè)置在天溝或檐溝內(nèi)，天溝的寬度和深度應(yīng)按雨水斗的安裝要求確定，一般溝的寬度不得小于550mm，溝的深度不得小于300mm.一個計算匯水面積內(nèi)，不論其面積大小，均應(yīng)設(shè)置不少于兩個雨水斗，而且雨水斗之間的距離不應(yīng)大于20m。屋面匯水最低處應(yīng)至少設(shè)置一個雨水斗，同一系統(tǒng)中的雨水斗宜在同一個平面上。

5.1.2 幾何高度。懸吊管應(yīng)低于雨水斗的出口1m以上。雨水排水系統(tǒng)管道中的總水頭損失與流出水頭之和不得大于雨水管進(jìn)、出口的幾何高差。

5.1.3 水流速度。系統(tǒng)中的所有管段，管道內(nèi)的設(shè)計最小流速應(yīng)大于1m/s，以使管道有良好的自凈能力。最大流速常發(fā)生在立管上，立管的設(shè)計流速宜小于6m/s，但不宜小于2.2m/s，以減小流動時的噪音，但最大有宜大于10m/s。立管底部接至室外窨井的排出管管內(nèi)流速不宜大于1.5m/s.雨水管系統(tǒng)的出口應(yīng)放大管徑，出口的水流速度不宜大于1.8m/s，以減少水流對排水井的沖擊，如出口速度大于1.8m/s，應(yīng)采取消能措施，宜通過消能井溢流至室外排水管道。

5.1.4 水頭損失。雨水排水系統(tǒng)的總水頭損失和流速水頭之和應(yīng)小于雨水斗天溝底面與排水管出口的幾何高差，其壓力余量宜稍大于100pa。壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)懸吊管與立管交點（轉(zhuǎn)折點）處的最大負(fù)壓值，對于金屬管道不得大于80kpa；對于塑料管道應(yīng)視產(chǎn)品的力學(xué)性能而定，但不得大于70kpa。管段計算所得壓力值應(yīng)基本平衡，即系統(tǒng)中各節(jié)點的上游不同支路的計算水頭損失之差，在管徑小于等于DN75時，不應(yīng)大于10kpa；管徑小于等于DN100時，不應(yīng)大于5kpa，否則應(yīng)高整管徑重新計算。

5.2 虹吸式雨水排水系統(tǒng)屋面匯水面積計算的一般要求：5.2.1 一般坡屋面按水平投影面積計算；5.2.2 高出匯水面的側(cè)墻，應(yīng)將側(cè)墻面積的1/2折算為匯水面積。同一匯水區(qū)內(nèi)高出的側(cè)墻多于一面時，按有效受水側(cè)墻面積的1/2折算入?yún)R水面積； 5.2.3 高層建筑裙房屋面，應(yīng)附加其高出部分側(cè)墻面積的1/2；5.2.4 半球形屋面或斜坡較大的屋面，其匯水面積等于屋面的水平投影面積與豎向投影面積的1/2相加之和。

根據(jù)以上方法計算得出匯水面積再來計算相應(yīng)雨水設(shè)計流量。

雨水設(shè)計流量：

Q=k1Ψq.F

式中Q——雨水設(shè)計量（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——徑流系數(shù)，屋面一般取0.9

q——設(shè)計降雨強(qiáng)度（L/S. m2）

F——匯水面積（m2）

設(shè)計時新采用的設(shè)計降雨歷時，設(shè)計降雨強(qiáng)度，設(shè)計雨水流量的計算，應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性程度，匯水區(qū)域性質(zhì)，氣象特征等因素確定。由于系統(tǒng)的水力計算充分利用了雨水水頭，系統(tǒng)流量負(fù)荷求預(yù)留排除超設(shè)計重現(xiàn)期雨水的能力，因此對于一般建筑物設(shè)計重現(xiàn)期不宜小于2~5年，重要的公共建筑屋面，生產(chǎn)工藝不允許滲漏的工業(yè)廠房屋面設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和溢流造成的危害程度確定，不宜小于10年。