高層建筑屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝技術(shù)探討

摘 要:本文結(jié)合筆者多年給排水設(shè)計(jì)實(shí)踐，從給排水設(shè)計(jì)與安裝施工二方面對(duì)高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和存在的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析闡述，并以實(shí)例進(jìn)行了分析說(shuō)明和總結(jié)。

關(guān)鍵詞:屋面雨水; 排水系統(tǒng); 給排水; 重力流; 壓力流

中圖分類(lèi)號(hào):TU231

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)07-0189-02

1引言

目前已建成或在建的高層住宅大多以商住綜合樓為主，其屋面雨水排水多采用重力流內(nèi)排水方式，雨水管道材質(zhì)及連接方式有焊接鋼管或無(wú)縫鋼管焊接、熱鍍鋅鋼管螺紋或溝槽連接、給水鑄鐵管水泥捻口或膠圈撞口、高壓稀土柔性排水鑄鐵管A型法蘭接口或柔性排水鑄鐵管W型接口、給水型及排水型UPVC管承插連接或粘結(jié)等多種形式。其中有些雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，選材得當(dāng)，運(yùn)行良好，而有些雨水排水系統(tǒng)卻因系統(tǒng)選擇、管道布置及管材選用考慮不周，在驗(yàn)收及使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

2高層商住綜合屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解屋面雨水排水各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流態(tài)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)布局。參照當(dāng)?shù)亟涤炅繌?qiáng)度合理確定設(shè)計(jì)雨水流量，并結(jié)合各種屋面排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，考慮其安全性和經(jīng)濟(jì)性，選擇適當(dāng)?shù)挠晁潘到y(tǒng)及管材，確保屋面雨水排水系統(tǒng)的排放能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，滿(mǎn)足管道系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)檢修的可操作性，并將水患損失減到最小限度。

2.1屋面雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流態(tài)及劃分

屋面雨水系統(tǒng)的流態(tài)是雨水排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，對(duì)屋面雨水排放過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)流態(tài)的認(rèn)知經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的探索，從重力流起步，轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫α?，再進(jìn)展到實(shí)質(zhì)性重力流直至目前較為成熟的壓力流。期間由清華大學(xué)等單位參加歷時(shí)八年的雨水試驗(yàn)，得出雨水流態(tài)為重力——壓力流的結(jié)論，即小流量時(shí)為重力流，大流量時(shí)為壓力流:雨水立管的下部為正壓區(qū)，上部為負(fù)壓區(qū);壓力零點(diǎn)隨流量的變化而變動(dòng)，流量增大時(shí)壓力零點(diǎn)向上移動(dòng):懸吊管的末端近立管處為負(fù)壓，始端為正壓，這個(gè)理論提供了屋面雨水排水系統(tǒng)按設(shè)計(jì)流態(tài)劃分的依據(jù)，為此屋面雨水排水系統(tǒng)按設(shè)計(jì)流態(tài)可分為重力流(半有壓流、無(wú)壓流)、壓力流。

2.2屋面雨水排水各系統(tǒng)的特點(diǎn)

重力流(含重力無(wú)壓流、重力半有壓流)和壓力流雨水排水系統(tǒng)從水的管內(nèi)流態(tài)、允許經(jīng)歷的流態(tài)、超重現(xiàn)期雨量排除、屋面溢流頻率、管材承壓要求等各方面各具特點(diǎn)，屋面雨水排水各系統(tǒng)的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

2.3設(shè)計(jì)雨水流量的確定

設(shè)計(jì)雨水流量的確定是選擇雨水排放系統(tǒng)的前提，可按下列公式進(jìn)行計(jì)算:

式中: ——設(shè)計(jì)雨水流量 ( L/s );

qj ——設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度 (L/s·ha);

——徑流系數(shù)，對(duì)于建筑屋面取0.9;

——匯水面積( m²);

匯水面積的確定除考慮屋面平面投影面積外，高出屋面的側(cè)墻應(yīng)附加其最大受雨面正投影的一半作為有效匯水面積。同樣貼近高層建筑外墻的裙房屋面雨水匯水面積應(yīng)附加其高出部分側(cè)墻面積的一半作為有效匯水面積。

設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度公式:

式中:qj——設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度(L/s·ha);

P——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期(a)，一般建筑屋面2～5，重要公共建筑屋面10a;

t ——降雨歷時(shí)( min )屋面雨水排水管道按5min計(jì)算;

A、b 、c 、n——當(dāng)?shù)亟涤陞?shù)。

各地降雨強(qiáng)度公式可在窒外排水設(shè)計(jì)手冊(cè)上查出，這里需注意的問(wèn)題是設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度的公式，由于各城市暴雨強(qiáng)度公式編制方法不一，有用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的、有用解析法的、還有濕度飽和差法、圖解法和CRA法等。有的方法并不完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。在工程設(shè)計(jì)有條件時(shí)應(yīng)收集當(dāng)?shù)亟涤炅抠Y料重訂公式，使雨水排水工程有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和前提。

2.4高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)選擇

2.4.1雨水系統(tǒng)選擇原則與次序

按安全性大小。各雨水系統(tǒng)排列的次序?yàn)榘胗袎褐亓α飨到y(tǒng)→壓力流系統(tǒng)→無(wú)壓重力流系統(tǒng)。

按經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)劣.各雨水系統(tǒng)排列的次序?yàn)閴毫α髋潘到y(tǒng)→半有壓重力流系統(tǒng)→無(wú)壓重力流系統(tǒng)。

2.4.2高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)選擇

通過(guò)屋面雨水排水各系統(tǒng)特點(diǎn)的對(duì)比，兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合高層商住綜合屋面匯水面積較小、溢流頻率應(yīng)盡量減少的實(shí)際情況，綜合權(quán)衡，高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用半有壓重力流系統(tǒng)。但對(duì)于高層建筑附屬的大面積裙房屋面的雨水排放，為防止高層屋面雨水從裙房屋面溢出，裙房屋面雨水需單獨(dú)排放，但如受排放立管的限制，應(yīng)積極推行壓力流排水方式。

在選擇內(nèi)排還是外排時(shí)。大部分高層商住樓中考慮建筑外立面裝飾的要求。北方地區(qū)受自然氣候條件的約束，內(nèi)排水系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍，且經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)踐檢驗(yàn)。技術(shù)已較為成熟，這恰恰是給排水專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)范疇。

2.4.3高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)管材選用

對(duì)于半有壓重力流雨水系統(tǒng)，在使用過(guò)程中可能并允許發(fā)生承壓現(xiàn)象。管道發(fā)生堵塞時(shí)系統(tǒng)將承受靜水壓，最高承壓等同于屋面雨水斗的高度。故高層建筑半有壓重力流雨水管不能采用傳統(tǒng)的污廢水管材，需采用可承壓的管材、配件和接口方式，額定壓力不低于最高屋面雨水斗的高度，且能承受0.5個(gè)大氣壓力的真空負(fù)壓，可承壓的管材有金屬管(如焊接鋼管或無(wú)縫鋼管焊接、熱鍍鋅鋼管螺紋連接或溝槽連接)、承壓塑料管(如給水塑料管粘結(jié)、承插連接)及其他管道(如鋼塑復(fù)合管等)。對(duì)于壓力流雨水系統(tǒng)，雨水管道必須選用承壓管材、配件及接口方式，工作壓力應(yīng)大于建筑凈高度產(chǎn)生的靜水壓，且能承受0.9個(gè)大氣壓的真空負(fù)壓，現(xiàn)多采用內(nèi)壁光滑的金屬管、塑料管或其他復(fù)合管如高強(qiáng)度聚乙烯管等，如采用塑料管，管材抗環(huán)變形外壓力應(yīng)大于0.15MPa?，F(xiàn)雨水設(shè)計(jì)管材選用存在問(wèn)題較多，如采用普通柔性排水鑄鐵管、排水UPVC管，無(wú)論是工程施工還是物業(yè)管理均造成了較大的后患，故半有壓重力流雨水系統(tǒng)與壓力流雨水系統(tǒng)必須按上述規(guī)定選用管材。

2.5應(yīng)注意的問(wèn)題

2.5.1檢修措施:考慮到雨水管道使用過(guò)程中雨水的腐蝕性、不排水時(shí)雨水管因空置與空氣接觸，管道的使用壽命多小于建筑物的設(shè)計(jì)使用年限，因此在選擇管材時(shí)需選用抗腐蝕性較好的材質(zhì)，管道布置時(shí)應(yīng)考慮管道維修及更換的需要。另外尚需考慮使用過(guò)程中雨水管道堵塞后的清掏設(shè)施，如設(shè)置立管檢查口或三通加盲堵等，設(shè)置的位置應(yīng)兼顧美觀并將發(fā)生水患時(shí)的損失減到最小。

2.5.2防溢流措施:同一立管上承接不同高度的雨水斗時(shí)，最低斗的幾何高度不小于最高斗幾何高度的2/3，陽(yáng)臺(tái)雨水排水立管單獨(dú)設(shè)置，不能承接屋面雨水斗排水。

2.5.3明確的雨水斗選型及參數(shù):設(shè)計(jì)施工圖中需明確標(biāo)注出雨水斗的選型及設(shè)計(jì)排水流量參數(shù)，避免施工單位因雨水斗參數(shù)不詳而錯(cuò)誤選型引起排水能力的變化。

2.5.4超設(shè)計(jì)重現(xiàn)期雨水的排放:盡管重力流雨水排放系統(tǒng)在確定系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)預(yù)留了排超設(shè)計(jì)重現(xiàn)期雨水的余量，但仍需按規(guī)定進(jìn)行復(fù)核，高層建筑的屋面排水工程排水能力不應(yīng)小于50年重現(xiàn)期的雨水量，如不滿(mǎn)足，需按規(guī)定設(shè)置溢流設(shè)施，高層住宅屋面可增設(shè)一根立管，以保證總排水能力滿(mǎn)足50年重現(xiàn)期的雨水量。

3高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)安裝施工要點(diǎn)

高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)安裝施工是將雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)物，進(jìn)而發(fā)揮其排除雨水功能的過(guò)程。在施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同施工階段的特點(diǎn)和工作內(nèi)容分重點(diǎn)加以控制。

3.1圖紙審查階段

了解設(shè)計(jì)意圖，區(qū)分屋面雨水排水系統(tǒng)的類(lèi)型是屬于重力流還是屬于壓力流，明確屋面雨水斗的選型及設(shè)計(jì)參數(shù)，確定雨水排水管的材質(zhì)、接口方式及承壓要求，結(jié)合工程情況復(fù)核所選項(xiàng)管材、配件及接口方式的承壓能力是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.2管道安裝階段

在確定了雨水管的材質(zhì)及連接方式后，在管道安裝階段主要控制二個(gè)方面:第一是懸吊管、排出管及其他橫管的坡度，在管道安裝前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行管道安裝放樣，盡量減少管道的彎頭。對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)不符的情況及時(shí)與設(shè)計(jì)人員協(xié)商，調(diào)整管道布置，確保雨水系統(tǒng)的安全有效。第二是立管及水平管的固定支架形式及固定部位，雨水管道的支吊托架的安裝方式、間距、固定點(diǎn)即要保證管道及接口部位牢固可靠，不發(fā)生位移或變形。在立管與排出管交接的彎頭部位必須根據(jù)接口周?chē)Y(jié)構(gòu)情況采取有效加固措施，防止雨水沖擊引起管道接口滲漏。對(duì)于落地式排出管，加固的方法如圖1所示，架空式排出管，加固的方法如圖2所示。

3.3管道試驗(yàn)階段

雨水管道灌水試驗(yàn)時(shí)，按施工規(guī)范規(guī)定需整根立管進(jìn)行灌水，高度達(dá)到屋面雨水斗，1小時(shí)液面不下降為合格。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，首先檢查管道是否全部連接完成，各支吊托架安裝是否按方案或交底安裝到位且固定牢固，再根據(jù)設(shè)計(jì)雨水管道的材質(zhì)及連接方式復(fù)核最不利點(diǎn)是否滿(mǎn)足靜水壓的要求，特別是設(shè)于底部的檢查口、清掃口部位。使用塑料管含給水型UPVC管做雨水管，做滿(mǎn)水試驗(yàn)時(shí)因UPVC管的柔韌性較大，承受靜水荷載能力差，UPVC塑料雨水立管應(yīng)每10層分別做滿(mǎn)水試驗(yàn)，而不能按《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50242-2002規(guī)范要求的整根管做滿(mǎn)水試驗(yàn)，施工時(shí)相應(yīng)采取措施，增加三通與盲堵。

3.4管道驗(yàn)收階段

管道驗(yàn)收前對(duì)各雨水管系統(tǒng)做好成品保護(hù)，特別注意屋面雨水斗的臨時(shí)封堵措施，即要保證降雨時(shí)能臨時(shí)排放雨水，又要保證雨水系統(tǒng)不被雜物堵塞，確?？⒐を?yàn)收時(shí)順利移交給建設(shè)單位。

4工程實(shí)例分析

實(shí)例一:湖南某學(xué)院教師住宅樓:該建筑物最高部位只14層，檐高41m，雨水管材選用排水UPVC管，立管設(shè)于陽(yáng)臺(tái)內(nèi)，每層與陽(yáng)臺(tái)地漏相連。顯然雨水立管的設(shè)計(jì)已違反設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，盡管施工單位提出陽(yáng)臺(tái)排水管不能伸頂直接排放屋面雨水，但建設(shè)單位及設(shè)計(jì)單位卻未予采納。工程竣工后，在一次強(qiáng)降雨中因排水量負(fù)荷增大，底部排出管略有堵塞，造成雨水沿陽(yáng)臺(tái)地漏返至戶(hù)內(nèi)，三層以下的住戶(hù)均遭受了不同程度的損失。建設(shè)單位不得不被動(dòng)地對(duì)立管進(jìn)行改造，但住戶(hù)已全部精裝到位，這不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，而且給住戶(hù)也帶來(lái)很大的不便，這個(gè)工程的教訓(xùn)很值得反思。

實(shí)例二:湖南長(zhǎng)沙一高層商住綜合樓工程，地上30層，雨水斗設(shè)置高度達(dá)100m，雨水管材選用給水型塑料管，承插連接、螺紋緊固，管井內(nèi)排至地下一層頂板下后再排至室外散水。盡管雨水管為給水型塑料管，但由于底層排出管承受的靜壓高達(dá)1MPa，首層立管檢查口將無(wú)法承受整根立管的靜水壓。施工單位為尊重設(shè)計(jì)的選擇，只能采取分段灌水的試驗(yàn)方式，在立管上增設(shè)三通，在灌水試驗(yàn)完成后再用盲板進(jìn)行封閉。

實(shí)例三:常德某高層公寓樓工程，該工程最高部位為25層，屋面雨水斗設(shè)置高度92m，采用內(nèi)排半有壓重力流雨水系統(tǒng)至室外散水，雨水管材為高壓柔性排水鑄鐵管，法蘭接口，在首層設(shè)有立管檢查口。經(jīng)審查材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告，高壓柔性排水鑄鐵管可承壓1MPa，但設(shè)于首層的鑄鐵立管檢查口的壓蓋無(wú)法承受1MPa的壓力，無(wú)法按施工規(guī)范進(jìn)行整根立管的灌水試驗(yàn)，施工單位只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整灌水方案:以檢查口部位為界分段進(jìn)行試驗(yàn)。為此，先將立管檢查口由單側(cè)法蘭改為雙側(cè)法蘭，再于首層立管檢查口上部加盲堵封閉后灌水至屋面雨水斗高度，立管檢查口下部將管道兩端封堵后用試壓泵加壓至管道可能承受的最大靜水壓力0.92MPa，全部合格后再加裝立管檢查口。

以上三個(gè)工程實(shí)例中，實(shí)例一教師住宅樓工程屬設(shè)計(jì)考慮不周，未滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求而造成隱患。而實(shí)例二，三高層商住樓住宅及高層公寓樓工程，盡管雨水管材具有一定的承壓能力，但配件的承壓能力與管道不匹配，造成了施工中被動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)方案。雖滿(mǎn)足了管道正常排水的需要，但排放超設(shè)計(jì)重現(xiàn)期雨水時(shí)，由于管內(nèi)流量增大，

壓力零點(diǎn)向上抬高，檢查口部位承壓將逐漸增大，在發(fā)生管道堵塞時(shí)檢查口部位也將承受靜水壓，出現(xiàn)這些意外情況后，雨水排水系統(tǒng)將有可能在檢查口部位發(fā)生進(jìn)脫造成水患。

5結(jié)論及建議

綜上所述，對(duì)于高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工時(shí)，重力半有壓流雨水排水系統(tǒng)較其他系統(tǒng)更加實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、有效;根據(jù)管材及配件的特性，本著安全、經(jīng)濟(jì)的原則，其屋面雨水系統(tǒng)宜優(yōu)先選用鍍鋅鋼管溝槽連接或螺紋連接，如考慮為更換管道預(yù)留條件，穿樓板及墻體部位可設(shè)置套管。根據(jù)給水型UPVC管道配件的承壓能力及以往經(jīng)驗(yàn)，屋面高度40m以下的建筑可選用給水型UPVC管道;檢查口或清掃口宜設(shè)于便于檢修、操作處，同時(shí)兼顧美觀。立管與懸吊管或排出管連接部位應(yīng)設(shè)置清掃口，各檢查口及清掃口宜增設(shè)泄水裝置，以保證發(fā)生故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)有組織泄水、減少水患損失。

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