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        壓力流(虹吸式)屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

        2009-07-28 08:00:22何灼文
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2009年13期
        關(guān)鍵詞:虹吸式匯水立管

        何灼文

        摘 要:隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展,大空間、大容量、大面積的公共建筑,工業(yè)廠房、庫房需求量越來越大。對屋面雨水排放技術(shù)的要求將越嚴格,傳統(tǒng)的排水方式已不能完全滿足現(xiàn)代建筑的需求。而壓力流(虹吸式)雨水排水系統(tǒng)的應(yīng)用必將是現(xiàn)代建筑大面積屋面排水問題的非常有效的解決方式。

        關(guān)鍵詞:壓力流;雨水排水系統(tǒng)

        1 壓力流雨水排水系統(tǒng)原理:虹吸是利用重力作用,在管道內(nèi)產(chǎn)生局部真空,而產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。它通過利用能隔離空氣的雨水斗實現(xiàn)水、氣分離,開始時由于重力作用雨水不斷流向管內(nèi),使管道內(nèi)逐漸產(chǎn)生真空。當管中的水流呈現(xiàn)壓力流狀態(tài)時,形成虹吸效應(yīng)(密閉的管道系統(tǒng)內(nèi)形成滿流狀,雨水因重力作用在立管處跌落產(chǎn)生虹吸)。不斷進行排水。虹吸(屋面雨水)排水系統(tǒng),是經(jīng)過精密的水力計算,設(shè)計的能充分利用水的動能,在密閉的管道系統(tǒng)中產(chǎn)生連續(xù)不斷的虹吸作用,實現(xiàn)快速、高效的排除屋面雨水。它是解決大屋面雨水排放的先進排水技術(shù)。

        2 壓力流雨水排水系統(tǒng)的特點: 廣泛適用于各種不同類型、用途的建筑物;管道無需坡度敷設(shè);降低管材的管徑;現(xiàn)場施工量減少;更少的材料,節(jié)省安裝空間;管道具有自潔能力。從設(shè)計到施工簡單快捷。適用于各種類型、各種用途的建筑物屋面,包括平屋頂屋面也能適用,這一點解決了傳統(tǒng)排水方式很難解決排除的問題;其排水懸吊管可作無坡度敷設(shè),懸吊管始終保持同一高度,可以騰出更多有效的建筑機電、設(shè)備安裝空間;相同管徑排水泄流量大,可降低排水管管徑或減少排水立管數(shù)量,節(jié)約安裝空間;管材及管件(配件)的使用量減少;所需地下埋管量較少,有效減少現(xiàn)場施工量和土方開挖、回填工作量;管內(nèi)水流流速大于1m/s,能使管道具有很好的自清自潔能力。

        3 壓力流雨水排水系統(tǒng)的適用條件。各種屋面排水系統(tǒng)的選擇,除考慮安全性、經(jīng)濟性以外,主要應(yīng)根據(jù)各種雨水排水系統(tǒng)的特點,結(jié)合不地以及該建筑的實際情況綜合分析后確定。

        3.1 雨水排水系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮外排水,但要先征得建筑師同意。

        3.2 屋面集水優(yōu)先考慮天溝形式,雨水斗應(yīng)設(shè)置于天溝內(nèi)。

        3.3 虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)適用于大型屋面的庫房、工業(yè)廠房、公共建筑等。

        3.4 不允許室內(nèi)冒水的建筑,應(yīng)采用密閉系統(tǒng)或外排水系統(tǒng),不得采用敞開式內(nèi)排水系統(tǒng)。

        3.5 寒冷地區(qū)應(yīng)盡量采用內(nèi)排水系統(tǒng)。

        3.6 單斗與多斗系統(tǒng)比較,一般情況下,優(yōu)先采用單斗系統(tǒng)。但虹吸式雨水系統(tǒng)懸吊管上接入的雨水斗數(shù)量一般不受限制。

        4 壓力流雨水排水系統(tǒng)的設(shè)置

        4.1 雨水斗的設(shè)置。布置雨水斗時,應(yīng)以伸縮縫或沉降縫作為排水分水線,否則應(yīng)在該縫兩側(cè)各設(shè)置一個雨水斗。雨水斗的間距應(yīng)按計算確定,還應(yīng)考慮建筑物的結(jié)構(gòu)特點,如柱子的布置等,一般可采用12~24m,天溝的坡度可采用0.003~0.006。雨水斗的安裝要求,主要是連接處的密封應(yīng)不漏水,按不同水平面上的雨水斗分別設(shè)置單獨的立管。

        4.2 連接管。連接管應(yīng)牢固地固定在建筑物的承重結(jié)構(gòu)上,其管徑一般與雨水斗短管的管徑相同,但不宜小于100mm。

        4.3 懸吊管。懸吊管一般沿梁或屋架下弦布置,并應(yīng)牢固的固定在其上。其客徑不得小于雨水斗連接管管徑,如沿屋架懸吊時,其管徑不得大于300mm。懸吊管長度超過15m時,靠近墻、柱的地主應(yīng)設(shè)檢查口,且檢查口間距不得大于20m.重力流雨水系統(tǒng)的懸吊管管道充滿度不應(yīng)大于0.8,管道坡度一般不應(yīng)小于0.005,以利于流動而且便于清通。虹吸式雨水系統(tǒng)中的懸吊管,原則上為壓力流不需要設(shè)坡度,但由于大部分時間懸吊管內(nèi)可能處于非滿流排水狀態(tài),宜設(shè)置不小于0.003的坡度,以便管道排空。懸吊管與雨水立管連接,應(yīng)采用兩個45°彎頭或90°斜三角。懸吊管不得設(shè)置在精密機械設(shè)備和遇水會產(chǎn)生危害的產(chǎn)品及原料的上空,否則應(yīng)采取預(yù)防措施。

        4.4 立管。立管一般沿墻、柱明裝,在民用建筑內(nèi),一般設(shè)在樓梯間、管井、走廊等處,不得設(shè)置在居住房間內(nèi)。立管的管徑不得小于與其連接的懸吊管管徑。對于重力流雨水系統(tǒng)立管的上部為負壓,下部為正壓,所以立管是處于壓力流狀態(tài),排水能力較大。而排水管埋設(shè)在地下,是整個雨水管道系統(tǒng)中容易出問題的薄弱環(huán)節(jié),立管的下端宜采用2個45°彎頭或大曲率半徑的90°彎頭接入排出管。

        4.5 排出管??紤]到降雨過程中常常有超過設(shè)計重現(xiàn)期的雨量、或水流摻氣占去一部分容積,所以在雨水排出設(shè)計時,要留有一定的余地。

        4.6 埋地橫管。埋地管的最小管徑為200mm,最大不超過600mm,以保證水流通暢,便于清通。埋地管不得穿越設(shè)備基礎(chǔ)及其他地下構(gòu)筑物;埋地管的埋設(shè)深度,一般可參照排水管道的規(guī)定,在民用建筑中不得小于0.15m。雨水排水系統(tǒng)的管道材料可采用鑄鐵管、鋼管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混凝土管、陶土管。管材屋面計算面積超過5000m2時,必須設(shè)置至少兩個獨立的屋面雨水排水系統(tǒng)。

        5 虹吸式屋面雨水系統(tǒng)的設(shè)計計算

        虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)按壓力流進行計算,應(yīng)充分利用系統(tǒng)提供的可利用水頭,以滿足流速和水頭損失允許值的要求。水力計算的目的是合理確定客徑,降低造價,使系統(tǒng)各節(jié)點由不同支路計算的壓力差限定在一定的范圍內(nèi),以保證系統(tǒng)安全、可靠、正常地工作。

        5.1 虹吸式雨水系統(tǒng)水力計算的一般規(guī)定。為了保障虹吸式雨水排水系統(tǒng)能夠維持正常的壓力流排水狀態(tài),壓力流雨水排水系統(tǒng)應(yīng)符合以下規(guī)定:

        5.1.1 雨水斗的設(shè)置。虹吸式雨水斗應(yīng)設(shè)置在天溝或檐溝內(nèi),天溝的寬度和深度應(yīng)按雨水斗的安裝要求確定,一般溝的寬度不得小于550mm,溝的深度不得小于300mm.一個計算匯水面積內(nèi),不論其面積大小,均應(yīng)設(shè)置不少于兩個雨水斗,而且雨水斗之間的距離不應(yīng)大于20m。屋面匯水最低處應(yīng)至少設(shè)置一個雨水斗,同一系統(tǒng)中的雨水斗宜在同一個平面上。

        5.1.2 幾何高度。懸吊管應(yīng)低于雨水斗的出口1m以上。雨水排水系統(tǒng)管道中的總水頭損失與流出水頭之和不得大于雨水管進、出口的幾何高差。

        5.1.3 水流速度。系統(tǒng)中的所有管段,管道內(nèi)的設(shè)計最小流速應(yīng)大于1m/s,以使管道有良好的自凈能力。最大流速常發(fā)生在立管上,立管的設(shè)計流速宜小于6m/s,但不宜小于2.2m/s,以減小流動時的噪音,但最大有宜大于10m/s。立管底部接至室外窨井的排出管管內(nèi)流速不宜大于1.5m/s.雨水管系統(tǒng)的出口應(yīng)放大管徑,出口的水流速度不宜大于1.8m/s,以減少水流對排水井的沖擊,如出口速度大于1.8m/s,應(yīng)采取消能措施,宜通過消能井溢流至室外排水管道。

        5.1.4 水頭損失。雨水排水系統(tǒng)的總水頭損失和流速水頭之和應(yīng)小于雨水斗天溝底面與排水管出口的幾何高差,其壓力余量宜稍大于100pa。壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)懸吊管與立管交點(轉(zhuǎn)折點)處的最大負壓值,對于金屬管道不得大于80kpa;對于塑料管道應(yīng)視產(chǎn)品的力學(xué)性能而定,但不得大于70kpa。管段計算所得壓力值應(yīng)基本平衡,即系統(tǒng)中各節(jié)點的上游不同支路的計算水頭損失之差,在管徑小于等于DN75時,不應(yīng)大于10kpa;管徑小于等于DN100時,不應(yīng)大于5kpa,否則應(yīng)高整管徑重新計算。

        5.2 虹吸式雨水排水系統(tǒng)屋面匯水面積計算的一般要求:5.2.1 一般坡屋面按水平投影面積計算;5.2.2 高出匯水面的側(cè)墻,應(yīng)將側(cè)墻面積的1/2折算為匯水面積。同一匯水區(qū)內(nèi)高出的側(cè)墻多于一面時,按有效受水側(cè)墻面積的1/2折算入?yún)R水面積; 5.2.3 高層建筑裙房屋面,應(yīng)附加其高出部分側(cè)墻面積的1/2;5.2.4 半球形屋面或斜坡較大的屋面,其匯水面積等于屋面的水平投影面積與豎向投影面積的1/2相加之和。

        根據(jù)以上方法計算得出匯水面積再來計算相應(yīng)雨水設(shè)計流量。

        雨水設(shè)計流量:

        Q=k1Ψq.F

        式中Q——雨水設(shè)計量(L/S)

        k1——流量校正值,一般取1,屋面坡度大于2.5%取1.5-2

        Ψ——徑流系數(shù),屋面一般取0.9

        q——設(shè)計降雨強度(L/S. m2)

        F——匯水面積(m2)

        設(shè)計時新采用的設(shè)計降雨歷時,設(shè)計降雨強度,設(shè)計雨水流量的計算,應(yīng)符合國家標準的有關(guān)規(guī)定。設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性程度,匯水區(qū)域性質(zhì),氣象特征等因素確定。由于系統(tǒng)的水力計算充分利用了雨水水頭,系統(tǒng)流量負荷求預(yù)留排除超設(shè)計重現(xiàn)期雨水的能力,因此對于一般建筑物設(shè)計重現(xiàn)期不宜小于2~5年,重要的公共建筑屋面,生產(chǎn)工藝不允許滲漏的工業(yè)廠房屋面設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和溢流造成的危害程度確定,不宜小于10年。

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