分級分梯次排水在屋面雨水排水系統(tǒng)中的理論探討

趙筱陽， 陳愛軍

（1.湖南工程學(xué)院 基建處，湘潭411104；2.湖南工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院，湘潭411104）

0 引 言

針對上述問題，筆者提出可在進行屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)設(shè)計時考慮分級分梯次排水，即可參考溢流擋水板的設(shè)置方式，設(shè)置導(dǎo)流板將一些匯水分區(qū)的雨水排至相鄰分區(qū)的天溝內(nèi)，同時該部分分區(qū)的天溝停止工作.其中導(dǎo)流板的高度可設(shè)置為該區(qū)雨水斗臨界水深的高度，這樣可保證雨水流量較少、屋面水深較淺時，雨水能被導(dǎo)流至相鄰分區(qū)實現(xiàn)分級分梯次排水，而流量較大時該分區(qū)雨水系統(tǒng)可正常工作.

1 研究背景

以湖南工程學(xué)院體育館（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)作為研究背景.由表1可得出屋面虹吸壓力流雨水排水系統(tǒng)對應(yīng)不同管徑雨水斗的的斗前臨界水深hL1.定義降雨歷時5min，天溝內(nèi)水深達到臨界水深的降雨強度為臨界降雨強度，對應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為臨界重現(xiàn)期.

表1 （虹吸）壓力流雨水斗臨界水深

湖南工程學(xué)院體育館屋面所設(shè)計的天溝尺寸（長×寬）為72m×0.5m，底面積S為36m2.系統(tǒng)所采用的暴雨強度公式中參數(shù)A1、C、n、b分別為6.635、0.95、0.623、0.首先按屋面分區(qū)計算各區(qū)對應(yīng)的臨界降雨強度和臨界重現(xiàn)期.

臨界重現(xiàn)期 P1＝10－0.98≈0.1（年）

同樣的可求得S2區(qū)臨界降雨強度和臨界重現(xiàn)期，計算結(jié)果如表2所示.

表2 體育館屋面各匯水分區(qū)臨界降雨強度和臨界重現(xiàn)期

2 理論計算分析

由表2可知，各分區(qū)的臨界重現(xiàn)期相差很小，約等于0.1年.按屋面總面積（10097m2）和所有天溝的面積（144m2）來計算總的臨界降雨強度和臨界重現(xiàn)期，以總的臨界重現(xiàn)期作為分界標準，斗前臨界水深采用最小雨水斗斗徑對應(yīng)的最低臨界水深.計算過程如下：

雨量重現(xiàn)期＜臨界重現(xiàn)期，即降雨強度低于臨界降雨強度時，按《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015－2003）規(guī)定的重現(xiàn)期設(shè)計的天溝所形成的水深會低于臨界水深，系統(tǒng)難以形成虹吸.可考慮屋面部分雨水分區(qū)設(shè)置導(dǎo)流板（導(dǎo)流板高度設(shè)置為臨界水深高度），將雨水引至相鄰分區(qū)的天溝內(nèi)，同時該部分分區(qū)天溝停止工作，使天溝能夠收集到更大面積的雨水.例如在湖南工程學(xué)院體育館屋面（虹吸）壓力流雨水排水系統(tǒng)中，可考慮設(shè)置導(dǎo)流板將S2區(qū)的雨水匯集到S1區(qū)的天溝內(nèi)，同時S2區(qū)的天溝停止工作；設(shè)置導(dǎo)流板將S3區(qū)的雨水匯集到S4區(qū)的天溝內(nèi)，同時S3區(qū)的天溝停止工作.當雨量重現(xiàn)期為0.09年時，對應(yīng)的降雨強度為2.655L／（s·104m2）），S1區(qū)的雨水流量為：

S2區(qū)的雨水流量為：

S3區(qū)的雨水流量為：

S4區(qū)的雨水流量為：

若不采取任何措施，S1區(qū)天溝水深：

S2區(qū)天溝水深：

S3區(qū)天溝水深：

S4區(qū)天溝水深：

設(shè)置導(dǎo)流板，將S2區(qū)的雨水匯集到S1區(qū)的天溝，S3區(qū)的雨水匯集到S4區(qū)的天溝，S1區(qū)天溝水深h≈8（mm），S4區(qū)天溝水深h≈15（mm）.在此必須注意，使天溝內(nèi)雨水保持在臨界水深高度所對應(yīng)的降雨強度和重現(xiàn)期較小，原有的暴雨強度公式將不再適用，此時應(yīng)該選擇相應(yīng)重現(xiàn)期范圍的暴雨強度公式進行計算.由于湖南工程學(xué)院體育館所使用的株洲市暴雨強度公式在低重現(xiàn)期的范圍內(nèi)并不準確，因此以上計算僅對設(shè)置導(dǎo)流板進行分級分梯次排水后，同一匯水時間天溝內(nèi)水深的增加進行定性的說明.

3 工程應(yīng)用

臨界降雨強度（單位L／（s·104m2））：

根據(jù)暴雨強度公式，可依據(jù)下式結(jié)果進一步求得臨界重現(xiàn)期：

4 結(jié)束語

根據(jù)上述求得的臨界重現(xiàn)期推導(dǎo)公式（3），針對具體工程情況計算得到臨界重現(xiàn)期PL1，與雨量重現(xiàn)期P進行對比，當雨量重現(xiàn)期P＜PL1時，可考慮屋面部分雨水分區(qū)設(shè)置導(dǎo)流板，將雨水引至相鄰分區(qū)的天溝內(nèi)，同時關(guān)閉該部分分區(qū)的天溝，使天溝能夠收集到更大面積的雨水，以增加斗前水深；當雨量重現(xiàn)期P＞PL1時，所有的屋面雨水分區(qū)正常收集雨水，以保證雨水迅速收集排出，防止雨水停留時間過長導(dǎo)致的屋面荷載增大.同時也應(yīng)當注意到，當雨量重現(xiàn)期很?。?PL1）時，屋面所匯集的雨水量較少，且前期虹吸雨水排水系統(tǒng)以重力流的方式運行也能排出一部分雨水.

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

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