王欣欣
(遼寧省建筑設計研究院，遼寧沈陽 110005)

　　摘　要：屋面雨水的壓力流排水系統與傳統的重力流排水系統相比，既可以減少雨水斗和雨水管的使用數量、節省建筑造價，又可減少施工周期。針對沈陽龍騰大廈花卉展覽中心屋面雨水排水系統的選擇進行了分析和探討。?
　　關鍵詞：壓力流排水系統；屋面雨水；設計?
　　中圖分類號：TU992.24
　　文獻標識碼：C
　　文章編號 ：1000-4602(2001)10-0037-02

1　工程概況

　　龍騰大廈位于沈陽市大東區，占地約2.6×10⁴m²,總建筑面積為15×10⁴m²,地下2層，地上主體建筑44層，附屬樓32層，裙房6層。主體建筑為五星級賓館，總高度為154.30m；附屬樓為住宅，總高度為98.65m。裙房包括：商場、娛樂、餐飲、保齡球、花卉展覽中心等，總高度為32.90m。?
　　該建筑裙房部分的第6層為大型花卉展覽中心，層高為10m，面積約6000m²,屋面設計由兩個弧形和一個三角形構成。整個屋面為金屬網架、桁架支承的輕質鋁合金板結構，中間鑲嵌白色三角形玻璃，屋面采用雨水內排水系統。?

2 屋面雨水排水系統方案比較

　　花卉展覽中心大型金屬玻璃屋面的雨水排水設計是該工程給排水設計中的難點。該屋面匯水面積為8 600m²,屋面由東向西是曲線、直線交替變化，最大坡度為30°,最大坡長為40m ,屋面縱向可利用的自然最低排水位置有兩處。因屋面的北、西相鄰兩側均為高層建筑，且無法讓雨水管穿過，而只能向東側排至市政雨水管道，造成雨水橫管水平距離過長。
　　根據流體力學的理論，屋面雨水排水系統可分為兩種類型，即重力流和壓力流(亦稱虹吸流或滿管流)排水系統。?
2.1　重力流排水系統
　　重力流排水系統在我國工程項目設計中的應用具有悠久的歷史，是經常采用的傳統式的設計方法。該系統由重力流雨水斗、連接管、懸吊管、立管、排出管等組成，其主要工作原理是 利用屋面雨水本身的重力作用將雨水斗收集的雨水經排水管道自流排放。排水橫管采用的是 非滿管流理論，其充滿度控制在0.8以下，管內流速在0.7m/s以上。系統中立管排水采用水膜重力流理論，充水率在0.35以下。因排水管道內被空氣占去了一部分空間，故水流呈氣、液二相流態。尤其是因為排水立管中心被空氣氣流占據了大部分空間，導致管道排水的有效斷面大大減少，從而增大了管道直徑。由于是依靠雨水本身的作用進行排水，故排水橫管的 設計坡度取值是決定排水系統能否迅速將屋面雨水排除的主要因素。
　　龍騰大廈花卉展覽中心屋面若采用重力流排水系統，按雨水設計重現期P=5a、降雨歷時5min、暴雨強度為5.29×10^-2L/(s·m²)、屋面匯水面積為8600m²估算，當DN100埋地管滿流，允許匯水面積200m²，坡度為0.20時,則至少應設置43根雨水管。而當雨水橫管坡度為0.02時，從排水橫管起點至排出管穿越基礎處約有70m,此時排水橫管 的坡降為1.40m。由此可見,過多的排水橫管和過大的排水坡降對地下一層的建筑有效高度 將產生嚴重的影響,且使室外雨水井的數量過多。
2.2　壓力流排水系統
　　壓力流排水系統始創于20世紀60年代末，在世界各地已有3.6×10⁸m²多種類型屋 面排水的設計和施工經驗，目前，大面積屋面采用壓力流排水系統的優點已得到廣泛認可。但該系統在我國特別是北方地區應用較少。其主要工作原理是充分利用屋面壓力流雨水斗 與排出管之間的幾何高差，當降雨強度達到設計值時，管道內是滿流狀態，雨水從水平管( 懸吊管)轉入立管跌落時，管道內形成負壓，產生虹吸作用，進而快速排除屋面雨水。因此，壓力流排水系統亦稱為虹吸流或滿管流排水系統。
　　由于國內采用壓力流排水系統較少并缺乏相關的設計規范和資料，因此本工程參照英國森瑪夏博士發明的UV系統—虹吸屋面雨水系統的理論進行設計。重力流雨水斗與壓力流雨水斗的 排水負荷比較見表1。

表1　單斗雨水斗排水負荷　　　L/s? 項目 DN50 DN75 DN100 重力流雨水斗 　 平篦型 球柱型 平篦型 球柱型 2 6 3.5 12 壓力流雨水斗* 6～12 12～24 20～80 注：*不同型號的雨水斗排水負荷不同。

　　由表1可見，壓力流雨水斗的排水量大于重力流雨水斗。設計中采用排水量較大的DN100壓力流雨水斗。

3　排水系統設計

　　最初決定本工程的屋面雨水設計重現期選擇5年，但當超過設計重現期的大雨來臨或當排水管道阻塞時，都將產生溢流。溢流設計一般有兩種方法：其一是在屋面一定高度設置溢流堰 或溢流口；其二是在屋面一定高度設置一套專用的溢流虹吸系統，這樣不僅增加造價，而且會使管道系統過于復雜。最后決定，屋面雨水設計重現期采用20年，既解決了雨水溢流問題，又降低了管道系統的復雜性。?
　　當P=20a時其降雨歷時5min的暴雨強度為6.98×10^-2L/(s·m²)，匯水面積為8600m²,屋面的排水量為600L/s。屋面共分4個匯水區域，設置2條排水溝(見圖1)， 各區域匯水面積見表2。

表2　　各排水區域匯水面積 匯水區域 匯水面積(m²) 雨水斗數目(只) A 2300 DN100×4 B 2000 DN100×4 C 2000 DN100×4 D 2300 DN100×4

　　屋面雨水斗采用進口不銹鋼壓力雨水斗，設計排水負荷為每個40L/s。雨水管采用離心排水鑄鐵管，不銹鋼卡箍連接，并采用EDPM橡膠密封。雨水懸吊橫管采用無坡敷設。?

4　結果與討論

　　將兩種不同屋面雨水設計流態進行比較，結果見表3。?

表3　　兩種設計流態比較 設計流態 設計暴雨重現期(a) 雨水斗 雨水管道 檢查井數量?(個) 規格(mm) 數量(只) 規格(mm) 數量(只) 重力流 5 DN100 43 DN100 220 43 DN150 500 DN200 350 壓力流 20 DN100 21 DN100 460 21 DN150 50 DN200 320

　　大屋面雨水排水系統采用壓力流排水具有許多優點：
　　①雨水斗在屋面上可以靈活設置；
　　②壓力流雨水斗的排水能力大大高于同樣規格的重力流雨水斗，因此可減少雨水斗的設置數量；
　　③由于壓力流管道按滿管流設計，橫管不需要設坡度，因此可以降低地下室的層高，節省建筑造價；
　　④壓力流的排水系統屬單相滿管流，在同樣條件下，相同的屋面匯水面積可減少管道的數量和直徑。從而減少室外雨水檢查井的數量；
　　⑤壓力流時，雨水在管道中高速流動，可起到清潔管道的作用，避免管道淤積。
　　目前，壓力流排水系統的各種配件大部分還依賴進口。國內上海建筑設計研究院已經開發研制出了國產系列產品，這可以使工程造價大大減小。

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　　電　話：(024)23390445×1?
　　收稿日期：2001-07-16