高層建筑排水管道系統(tǒng)的排水特性分析

齊玉鐸 胡建坤

摘要：由于高層建筑使用和居住的人數(shù)眾多，所以其排水管道系統(tǒng)經(jīng)常會因為超出荷載而產(chǎn)生諸多的問題，產(chǎn)生了排水管道系統(tǒng)內(nèi)的隱患，對排水系統(tǒng)的正常運行造成了影響，因此，研究高層建筑排水管道系統(tǒng)的排水特性對高層建筑排水系統(tǒng)的使用有著非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑;排水管道系統(tǒng);排水特性

排水管道系統(tǒng)作為高層建筑中功能系統(tǒng)的重要組成部分，更需要對其進行深入的研究。同時，由于高層建筑的建設(shè)地點不同，建設(shè)高度不同和建設(shè)特征不同等差異，因此更需要對其排水性能進行差異化的分析，通過多種實驗方法來共同進行，確保高層建筑排水管道系統(tǒng)排水性能的穩(wěn)定。

1、排水管道對排水特性的影響

本次研究選擇了雙立管排水系統(tǒng)作為研究對象，在高層建筑的排水管道中，氣體和液體在進行碰撞的時候會產(chǎn)生一定的物理反應(yīng)，這樣就會導(dǎo)致排水管道內(nèi)的壓力瞬間產(chǎn)生出較大的變化，對保持管道的穩(wěn)定性是非常不利的。因此需要在排水系統(tǒng)中設(shè)置專用的通氣管道，這也就是本文所研究的雙立管排水系統(tǒng)。

考慮到普通民用高層建筑的特點，本次實驗選擇了高層建筑的中間樓層：15層，在排水管道上安裝壓力傳感器，通過壓力傳感器來檢測不同流量情況下的系統(tǒng)最大壓力變化值和最小壓力變化值。

最終研究結(jié)果顯示：排水流量會直接的影響到排水系統(tǒng)內(nèi)的壓力。當排水流量都為3.6L/s的時候，排水系統(tǒng)內(nèi)正壓和負壓的變化值分別為300Pa和-301Pa，在排水流量達到4L/s的時候，排水系統(tǒng)內(nèi)的正壓和負壓變化值分別為440Pa和-410Pa，符合正常UPVC排水管的壓力標準。再次，我們?nèi)”敬螌嶒灥闹虚g值，普通的雙立管排水系統(tǒng)，排水管材為UPVC，在高層建筑15層的通水能力在3.6L/s—4L/s之間。

同時，本次的研究結(jié)果還證明：當排水系統(tǒng)的總高度大于10層，那么排水管道的正壓力和負壓力都會出現(xiàn)較大的變化，我們以通水能力在3.8L/s進行計算，當水流以3.8L/s進行排水的過程中，排水系統(tǒng)內(nèi)的正壓為388Pa，負壓為401Pa，壓力波動大都集中在400Pa左右，因此可以看出，10層以上高層建筑的通水能力是根據(jù)由排水管道內(nèi)的正壓和負壓共同決定的。

我們再來研究10層或10層以下的數(shù)據(jù)，研究結(jié)果表明，在高層建筑10層及10層以下的排水系統(tǒng)中，排水管道的負壓變化較大，且變化波動的程度要遠遠的大于正壓。通過結(jié)果我們可以看出，排水系統(tǒng)中的排水特性是根據(jù)排水系統(tǒng)中的壓力所決定的，并且隨著高層建筑高度的不同，影響其壓力的壓力源也不同。

2、單立管排水系統(tǒng)的排水特性對比

2.1單立管系統(tǒng)的通水能力

臧振武在其碩士論文中以排水系統(tǒng)15層排水，并在系統(tǒng)14層至1層安裝壓力傳感器，用以實時監(jiān)測排水系統(tǒng)各樓層的壓力變化情況，由于天氣因素會對實驗結(jié)果產(chǎn)生一定干擾，在實驗塔的15層和33層安裝了多功能便攜式氣象站，以求掌握實驗時的外界因素，保證實驗數(shù)據(jù)的準確性。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)當普通UPVC單立管排水系統(tǒng)在高層部分采用定流量方式以2.5L/s的流量排水時，系統(tǒng)氣壓波動比較明顯，隨著樓層高度降低，負壓的變化幅度逐漸減小。

2.2樓層的壓力分布

相關(guān)的研究表明在15層以同等大小流量排水時，發(fā)現(xiàn)對于同一排水流量排水系統(tǒng)各層最大壓力值變化隨樓層降低而增大，當流量為0.5L/s時，排水系統(tǒng)各層最大壓力變化幅度較小，當流量為2.5L/s時，變化幅度最大。流量不管多大，系統(tǒng)最大壓力變化所在的樓層均為最低層，當壓力檢測樓層一致且頂層排水流量相同時，壓力變化幅度隨流量增大而增大，流量越小時壓力隨樓層的變化越不明顯。

2.3排水檢測方法的特性對比

相關(guān)的實驗表明，普通UPVC單立管排水系統(tǒng)以定流量排水時，系統(tǒng)各層的通水能力比較穩(wěn)定，變化范圍在1.8L/s—2.2L/s，并且表現(xiàn)出通水能力隨系統(tǒng)高度降低有緩慢增大的趨勢。同時發(fā)現(xiàn)在排水時間間隔為1s時，對排水安全最不利，以定流量檢測方法時，系統(tǒng)壓力減小幅度不大，采用瞬間流檢測方法時，系統(tǒng)壓力減小幅度較大，當排水流量大小一定時，負壓變化值均大于正壓變化值，因此在建筑排水系統(tǒng)設(shè)計時要確保高層部分的通氣能力。

3、雙立管排水系統(tǒng)的排水特性

3.1雙立管系統(tǒng)的通水能力

通過相關(guān)的實驗發(fā)現(xiàn)，雙立管系統(tǒng)最大正壓變化值、最大負壓變化值均隨排水流量的增加而增大。當流量在3.8L/s時，達到破封的判定標準;通過不同流量時系統(tǒng)的壓力變化值發(fā)現(xiàn)雙立管排水系統(tǒng)在緩解正壓變化與負壓變化方面均有比較明顯的效果，系統(tǒng)較高時，雙立管排水系統(tǒng)的排水安全方面更加可靠。

3.2各樓層的壓力分布

通過不同流量下的正壓分布可以看出，對于同一排水系統(tǒng)，在相同的樓層位置，排水流量越大該層的壓力變化值越大，壓力隨流量的變化規(guī)律更為突出。其次是與單立管系統(tǒng)相比，雙立管系統(tǒng)壓力變化值隨測壓樓層的變化規(guī)律更為明顯，單立管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對簡單，補氣方式比較單一，雙立管系統(tǒng)負壓變化的規(guī)律性相對較弱。

4、排水管件對排水特性的影響

4.1彎頭對排水特性的影響

本次實驗分別采用立管底部的45度彎頭和90度彎頭，通過對比不同角度彎頭排水過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來分析其對排水特性的影響。

實驗結(jié)果表示，當使用90度彎頭來連接排水管的時候，如果排水流量大于1L/s，水流所引起的最大正壓要大于45度的配件，如果流量較小，那么90度和45度的壓力值無太大變化。

此實驗結(jié)果表明，不同角度的彎頭會產(chǎn)生不同的排水特性，在高層建筑的排水系統(tǒng)中，水和氣是并存的，如果層數(shù)較低，那么當水和氣共同下落的時候，所產(chǎn)生的速度較小，動能較弱，并不會引起太大的水躍現(xiàn)象，如果層數(shù)較高，下降速度較快，水躍現(xiàn)象較為嚴重，那么則應(yīng)該采取45度的彎頭，這樣當進行排水管的連接時，管道內(nèi)部的斷面會大于90度的彎頭，這樣就會平穩(wěn)管道內(nèi)的氣體，降低壓力的變化幅度。

4.2管坡對排水特性的影響

在測試管坡的時候，實驗采取45度的彎頭，排水管坡度分為0.026和0，其余參數(shù)與上述實驗一致。

實驗結(jié)果顯示，當排水管坡度為0.026的時候，系統(tǒng)最大負壓值為-350Pa，當排水管的坡度為0的時候，系統(tǒng)最大負壓的變化值為-220Pa。產(chǎn)生這一變化的主要原因為：當坡度為0的時候，排水管內(nèi)的氣體和水體進入到排水管并下降的速度幾乎為0，因此，這種下落的狀態(tài)會產(chǎn)生必要的負壓變化。

在正壓的實驗中，當坡度為0.026的時候，排水管內(nèi)的正壓為209Pa，當坡度為0的時候，排水管內(nèi)的正壓為195Pa，由此可以看出，坡度的大小對排水系統(tǒng)內(nèi)正壓的影響不大。但從實際的情況來說，高層建筑中的很多排水設(shè)備都需要一定的坡度，所以，在實際設(shè)計的過程中，排水管道仍然需要一定的坡度。

結(jié)語

前人主要通過經(jīng)驗法、終限理論法、實測法對高層建筑排水管道系統(tǒng)特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)當排水點樓層為15層時，達到了水封破壞的判定值，定流量排水檢測方法的壓力變化值受排水點樓層高度影響的規(guī)律性更明顯，排水支管坡度對單立管排水系統(tǒng)的最大正壓變化值和最大負壓變化值均會產(chǎn)生一定影響，在以后的高層排水管道系統(tǒng)建設(shè)中需要通過多種實驗方法來共同進行，以此確保高層建筑排水管道系統(tǒng)排水性能的穩(wěn)定，通過對排水特性的研究有利于為建筑排水設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。

參考文獻：

[1]何傳正.排水系統(tǒng)水封設(shè)計的新概念[J].給水排水，2014（3）.

[2]袁玉梅.特殊單立管排水系統(tǒng)在我國的發(fā)展[J].建筑給排水，2015（4）.