湖南工程學(xué)院體育館屋面（虹吸）壓力流雨水系統(tǒng)水力分析

趙筱陽(yáng)，謝 穎

（1.湖南工程學(xué)院 基建處，湘潭411104；2.桂林理工大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，桂林541004）

0 引 言

圖1 湖南工程學(xué)院體育館

湖南工程學(xué)院建校60周年華誕盛大慶典剛剛落下帷幕，作為此次慶典活動(dòng)的主會(huì)場(chǎng)－－湖南工程學(xué)院體育館（如圖1所示），以其恢弘的氣勢(shì)，給參加慶典的各級(jí)政府領(lǐng)導(dǎo)和來(lái)賓留下了深刻的印象.體育館包括1個(gè)主賽場(chǎng)，6個(gè)訓(xùn)練館及若干辦公輔助用房.能滿足舉辦籃球體育賽事、文化娛樂(lè)及表演活動(dòng)等多功能用途.總建筑面積為11110m2.擁有3100座位，并可容納4000人集會(huì).屋蓋結(jié)構(gòu)橫向由不等高的三跨所組成：其中中間主跨跨度為33.6 m，是一個(gè)弧形倒三角形的鋼管桁架，凸出屋頂4.5 m，兩側(cè)的低跨則為跨度為15.9m的斜屋面，為坡度5%的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋蓋的周?chē)v向柱的距離為8.4 m.屋蓋內(nèi)的支座為無(wú)柱支撐，主跨拱形鋼管桁架支座為42m的大跨度立體桁架.拱形桁架拱頂?shù)臉?biāo)高為23.65m，支座的標(biāo)高為19.10m，兩側(cè)低跨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座為周邊框架柱和42m的大跨度立體桁架，其檐口標(biāo)高為15.30m.

1 湖南工程學(xué)院體育館屋面（虹吸）壓力流雨水系統(tǒng)介紹

體育館屋面雨水采用（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)，按重現(xiàn)期P＝10年，降雨歷時(shí)t＝5min計(jì)算降雨強(qiáng)度，屋面外圍設(shè)置不銹鋼天溝，天溝長(zhǎng)72m，寬500mm，高300mm，位置為外圍邊緣往里縮1000 mm，以便鋁塑板底板封檐和屋面板連成整體.圖2為體育館屋面（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)平面布置示意圖.

圖2 體育館排水系統(tǒng)平面示意圖

虹吸式雨水系統(tǒng)承擔(dān)的屋面總匯水面積為10100m2，系統(tǒng)總設(shè)計(jì)排水量為800.93L／s，（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)分為四個(gè)區(qū)，分別為S1、S2、S3和S4，共采用7個(gè)立管系統(tǒng)，杭州洞庭科技有限公司生產(chǎn)的不銹鋼（虹吸）壓力流雨水斗28個(gè)（5個(gè)YT－75，15個(gè)YT－90，8個(gè)YT－110），雨水斗均布于鋼天溝內(nèi).分區(qū)及其對(duì)應(yīng)的立管和雨水斗數(shù)目見(jiàn)下表1，其中立管HYL－1上連接5個(gè)雨水斗，HYL－3上連接3個(gè)雨水斗，其余立管上均連接4個(gè)雨水斗，HYL－4、HYL－6分別與HYL－5、HYL－7對(duì)稱.空氣擋板采用鋁合金.

表1 體育館屋面匯水分區(qū)

湘潭市尚無(wú)具體的暴雨強(qiáng)度公式，根據(jù)地理位置及降雨情況的相似性，采用株洲市暴雨強(qiáng)度公式算.屋面虹吸雨水系統(tǒng)降雨強(qiáng)度采用10年重現(xiàn)期降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)（降雨歷時(shí)5分鐘），采用50年重現(xiàn)期降雨強(qiáng)度校核（降雨歷時(shí)5分鐘），并按50年重現(xiàn)期降雨強(qiáng)度設(shè)置溢流口.重現(xiàn)期10年，t＝5min時(shí)，q＝792.71L／（s·104m2）；重現(xiàn)期50年，t＝5min時(shí)，q＝1062.65L／（s·104m2）.

2 S2區(qū)中HYL－2系統(tǒng)的水力分析

表2 雨水斗的額定流量與斗前水深

匯水分區(qū)S2若選用重力流排水系統(tǒng)，需要14個(gè)DN100的87型雨水斗（查表2知該型號(hào)雨水斗額定流量為12L／s），14根排水立管（重力流系統(tǒng)每根立管上只連接一個(gè)雨水斗），體育館內(nèi)地下需設(shè)置排水溝才能解決此排水問(wèn)題.而采用虹吸壓力流雨水系統(tǒng)后，僅需要用7個(gè)De90型（虹吸）壓力流雨水斗（26L／s）、2根排水立管就可以直接將此匯水分區(qū)內(nèi)雨水排至室外.每個(gè)雨水斗分配的流量為25.153L／s，其中立管 HYL－2布置4個(gè)（虹吸）壓力流雨水斗，管段1－2、12－13、14－15和16－17與雨水斗同管徑De90.湖南工程學(xué)院體育館虹吸雨水HYL－2系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3.0.330（m）；

圖3 體育館虹吸雨水HYL－2系統(tǒng)圖

以管段1－2為例計(jì)算如下：

查相應(yīng)的壓力流雨水排水系統(tǒng)水力計(jì)算圖表，得流速v＝1．47m／s；

總損失h＝hj＋hf＝0．330＋0．135＝0．465（m）；

表3 虹吸雨水HYL－2屋面雨水計(jì)算

最大水頭損失路徑11－10－9－8－7－6－17－16，可用高差18.80m，總損失18.51mH2O，剩余壓頭0.29mH2O；最小水頭損失路徑11－10－9－8－7－6－5－4－13－12，可用高差18.80m，總損失18.27mH2O，剩余壓頭0.53mH2O.要求最大平衡誤差0.51m，計(jì)算最大平衡誤差0.24m，滿足工程要求.懸吊管流速＞1.0m／s，立管流速＞2.2 m／s.滿足虹吸壓力流雨水排水系統(tǒng)水力計(jì)算相關(guān)要求.

3 匯水分區(qū)3中HYL－4系統(tǒng)的水力分析

匯水分區(qū)3若選用重力流排水系統(tǒng)，那么它需要21個(gè)87型雨水斗，21根排水立管；采用虹吸壓力流雨水系統(tǒng)僅需要8個(gè)De110型（虹吸）壓力流雨水斗，2根排水立管就可以直接將此匯水分區(qū)內(nèi)雨水排至室外.湖南工程學(xué)院體育館虹吸雨水HYL－4系統(tǒng)圖見(jiàn)圖4，水力計(jì)算數(shù)值見(jiàn)表4.

圖4 體育館虹吸雨水HYL－4系統(tǒng)圖

表4 虹吸雨水HYL－4屋面雨水計(jì)算

6－7 164.14 0.9 250 6.133 0.142 0.9 1.853 －3.338 7－8 164.14 11.3 250 3.923 0.048 0.8 1.171 －4.059 8－9 164.14 17.7 200 6.133 0.142 0.15 2.489 －6.363 9－10 164.14 5 250 2.471 0.016 0 0.071 1.081（1.009）11－12 41.035 1 110 2.398 0.032 2.9 0.882 0 12－4 41.035 0.7 125 2.398 0.032 1 0.312 －0.176（－0.488）13－14 41.035 1 110 3.923 0.107 1.7 1.387 0 14－5 41.035 0.7 110 2.398 0.032 1 0.312 －1.019（－1.331）15－16 41.035 1 110 3.923 0.107 2.8 2.303 0 16－6 41.035 0.7 110 2.398 0.032 1 0.312 －1.597（－1.909）

最大水頭損失路徑10－9－8－7－6－16－15，可用高差18.70m，總損失17.57mH2O，剩余壓頭1.13mH2O；最小水頭損失路徑10－9－8－7－6－5－4－12－11，可用高差：18.70m，總損失17.35 mH2O，剩余壓頭1.35mH2O.要求最大平衡誤差0.51m，計(jì)算最大平衡誤差0.22m，滿足工程要求.懸吊管流速＞1.0m／s，立管流速＞2.2m／s.滿足虹吸壓力流雨水排水系統(tǒng)水力計(jì)算相關(guān)要求.

4 結(jié)束語(yǔ)

目前大多數(shù)的建筑設(shè)計(jì)更多地是考慮外立面的美觀漂亮和施工的方便以及如何增加建筑物的使用壽命和面積等情況，傳統(tǒng)的重力雨水排水系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步受到限制，已經(jīng)難于滿足當(dāng)今的設(shè)計(jì)理念.（虹吸）壓力流排水系統(tǒng)具有造價(jià)低、荷載小、排水能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其在大型公共建筑的屋面排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將會(huì)日益廣泛，而在復(fù)雜的屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，手工計(jì)算耗時(shí)久，且誤差較大.因此，建議根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中各參數(shù)的要求，編制一套（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)的水力計(jì)算程序，可大大提高設(shè)計(jì)效率并獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)果.

[1]趙筱陽(yáng).（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)在大型體育場(chǎng)館屋面中的應(yīng)用研究：[湖南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2011.

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