對(duì)虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的研究

■宋鵬飛，田文濤 ■鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

近年來，伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國城市建設(shè)如火如荼。千姿百態(tài)的建筑如雨后春筍般拔地而起，城市面貌日新月異。由于傳統(tǒng)的重力流雨水排水系統(tǒng)已無法滿足要求，一些大型建筑不得不采用新興的屋面雨水排水系統(tǒng)。比如上海世博會(huì)主題館、新茂大廈等就采用了虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)。下面結(jié)合上海世博會(huì)主題館對(duì)這種新型的系統(tǒng)做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

1 上海世博會(huì)主題館介紹

主題館在世博會(huì)期間承擔(dān)著演繹與展示“城市，讓生活更美好”主題的重任，是永久性場(chǎng)館之一。主題館是國內(nèi)最大的大跨度雙弦張拉桁架結(jié)構(gòu)，占地面積11.5 公頃，總占地面積達(dá)到了12.9 萬平方米，建筑高度為27.1 米。其中西展廳南北跨180 米，東西跨126 米，。它的屋面由形狀相同或?qū)ΨQ的單元組成，5min 內(nèi)的雨水流量達(dá)到了4400L/s。

2 虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)

2.1 原理

該系統(tǒng)利用雨水斗將氣水分離。降雨初期，排水系統(tǒng)與重力流排水系統(tǒng)一樣。當(dāng)屋面雨水高度超過雨水斗時(shí)，雨水斗會(huì)控制進(jìn)水量，減少漩渦，使雨水管道充滿，產(chǎn)生真空。利用雨水的勢(shì)能，雨水連續(xù)不斷的進(jìn)入排水管，形成虹吸現(xiàn)象，快速的將屋頂?shù)挠晁懦觥?/p>

2.2 系統(tǒng)組成

(1)虹吸式雨水斗—設(shè)在天溝或屋面的最低處，雨水由此進(jìn)入排水管道，具有整流、導(dǎo)流作用。(2)連接管—豎向短管，起到連接雨水斗和懸吊管的作用。(3)懸吊管—懸吊在屋架、樓板和梁下或架空在柱上的雨水橫管。為了維修方便，一般靠近墻柱。(4)溢流口—當(dāng)降雨量超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)排水能力時(shí)用來溢水的孔口或裝置。(5)固定件—用于固定水平管和立管的裝置。(6)埋地管—敷設(shè)于地下，將立管的雨水排至室外雨水管道。(7)附屬構(gòu)筑物—主要有檢查井、檢查口井和排氣井，一般設(shè)置在排出管與埋地管連接處，埋地管轉(zhuǎn)彎、變徑及超過30m 的直線管路上［1］。用于埋地管道的檢修、清掃和排氣。

3 主題館選擇虹吸式雨水排放系統(tǒng)的必要性

為什么選擇這種系統(tǒng)而不選用傳統(tǒng)的重力流排水系統(tǒng)呢?歸結(jié)起來有以下幾點(diǎn)原因:(1)主題館屋面結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，屋面面積大，無法滿足重力流需要一定坡度的要求，而虹吸式則不需要。(2)主題館作為要永久保留的建筑，虹吸式雨水系統(tǒng)管材的使用壽命長，并且后期可以節(jié)省維修費(fèi)用。(3)世博園工期緊張，虹吸式系統(tǒng)施工簡(jiǎn)單、快捷，有助于緩解施工壓力。(4)重力流立管較多并且影響美觀，而虹吸式可以減少立管和雨水斗數(shù)量，節(jié)約管材，并且管徑小，便于加工處理。(5)虹吸雨水排水系統(tǒng)一般選用不銹鋼管，它具有管壁薄、韌性強(qiáng)、阻力小和抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且使用壽命長，節(jié)省了世博館的維護(hù)費(fèi)用。(6)虹吸式排水系統(tǒng)的排水管道內(nèi)為滿流狀態(tài)，而重力流系統(tǒng)則為氣液混合狀態(tài)，前者的泄流能力更強(qiáng)。此外，虹吸式系統(tǒng)中雨水流速快，管道的自凈能力較強(qiáng)，不易結(jié)垢。

4 虹吸式系統(tǒng)的弊端

虹吸式系統(tǒng)確實(shí)有諸多優(yōu)勢(shì)，但其也有弊端。一方面，虹吸式排水系統(tǒng)并非適合所有建筑，比如對(duì)于一些小型建筑，建筑高度不夠高，體現(xiàn)不出虹吸式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)增加投資。另一方面，虹吸式排水系統(tǒng)立管數(shù)量較少，若其中一根立管不工作，可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理的選擇雨水排水系統(tǒng)。

5 各部分布置及安裝

(1)雨水斗。應(yīng)該將雨水斗設(shè)計(jì)為下沉式，以此避免雨水斗中摻入空氣。此外應(yīng)根據(jù)雨水斗的位置、形狀、規(guī)格及尺寸，配合土建施工做好預(yù)留。

(2)懸吊管與立管的安裝。在放線之前應(yīng)根據(jù)圖紙校核是否與其他管線沖突;保證管道定位的準(zhǔn)確，特別是彎頭、大小頭、三通等處的定位，而且標(biāo)高不能任意變動(dòng)，以免破壞虹吸條件;懸吊管與立管之間通常用45°三通或90°斜三通連接。當(dāng)懸吊管長度大于15m 時(shí)，應(yīng)設(shè)檢查口或者帶法蘭盤的三通以便于檢修;立管管徑一般不小于懸吊管管徑，并且其連接的懸吊管不多于兩根，常沿墻或柱布置，而且在距地面1m處設(shè)置檢查口;懸吊管的安裝片間距不超過2.5m，并且安裝片固定位置要準(zhǔn)確，要在一條直線上，埋設(shè)應(yīng)牢固。

(3)埋地管的布置。埋地管敷設(shè)于地下，其材料一般采用鋼筋混凝土管、陶土管等非金屬管，要避免穿越基礎(chǔ)或被重物壓壞。同時(shí)其坡度還要滿足要求。

(4)附屬構(gòu)筑物的布置。為防止冒水現(xiàn)象發(fā)生，檢查井直徑不應(yīng)小于1m，井深不應(yīng)小于0.7m［2］，并設(shè)置高流槽導(dǎo)流;檢查口井設(shè)置在內(nèi)排水系統(tǒng)的埋地管上;排氣井布置在埋地管起端，檢查井與排出管之間。

(5)溢流口的設(shè)置。溢流口應(yīng)設(shè)置在雨水能方便到達(dá)的地方，其高度的確定視屋面允許的最高溢流水位而定，并且低于建筑面所允許的最大積水面積。

6 灌水試驗(yàn)和系統(tǒng)調(diào)試

管道安裝完畢之后，須按照要求進(jìn)行灌水試驗(yàn)和系統(tǒng)調(diào)試。具體方法如下:(1)對(duì)于埋地管道，使其充滿水并保持15min，待其穩(wěn)定之后再灌滿觀察5min［3］，若液面不再下降，則管道的接口無滲漏情況。

(2)立管的灌水高度要達(dá)到其上部的雨水斗，試驗(yàn)持續(xù)1h，不滲不漏為合格(3)灌水試驗(yàn)完成后，在屋面按照設(shè)計(jì)的最大與水量進(jìn)行噴水，觀察系統(tǒng)能否及時(shí)有效地排水。

7 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新材料的應(yīng)用，虹吸式系統(tǒng)將日趨成熟與完善，得到更廣闊的發(fā)展空間。該系統(tǒng)憑借其節(jié)約管材、施工方便和節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn)也必將在大型建筑的雨水排水系統(tǒng)中起到更加重要的作用。

［1］王增長.建筑給水排水工程［M］.北京:建筑工業(yè)出版社.2010:200.

［2］吳樹根、裴桂紅.建筑給水排水工程［M］.北京:中國水利水電出版社.2012:177.

［3］壓力流(虹吸式)屋面雨水排水系統(tǒng)的技術(shù)及安裝［J］.廣東建材.2007，(12).