大型屋面雨水（精选七篇）
大型屋面雨水 篇1
1 压力流雨水排放系统的工作原理及组成
1.1 压力流雨水排放系统的原理
压力流雨水排放系统采用特殊的雨水斗, 并利用复杂的计算来控制各段雨水管的管径, 平衡各雨水斗的压力和流量, 避免管道中的掺气, 从而使雨水管道中很容易形成液态单相流状态, 单相流迅速流动产生负压, 于是形成虹吸效应, 屋面雨水被迅速抽吸。
1.2 压力流雨水排放系统的组成
部分压力流雨水排放系统同样由雨水斗、雨水管组成, 但通常为多斗系统 (即多个雨水斗接入一根横管和立管) 。
1.2.1 虹吸雨水斗
与传统的雨水斗相比, 虹吸雨水斗特别设计了整流器, 因而在淹没水深较浅的情况下也能防止旋涡的生成, 避免空气被抽吸掺入。有关实验表明, 淹没水深为4cm时, 虹吸雨水斗就能实现管内不掺气的完全满流状态, 而普通雨水斗的淹没水深须达到40m。雨水斗按材质分类有铸铁雨水斗、铸铝雨水斗和不锈钢雨水斗, 排出管的管径有DN50、DN75和DN100三种规格, 其对应的试验排水能力分别为6L/s、12L/s、24L/s, 根据工程实践经验, 其实际排水能力可以达到试验排水能力的两倍左右。而DN100普通雨水斗的排水能力为15.5L/s, 且是相对固定的。
1.2.2 悬吊管
悬吊管在虹吸雨水系统中是必不可少的, 虹吸现象就在悬吊管与立管的连接处产生, 而且悬吊管把多个雨水斗连在一起, 节省了立管。因系统中雨水的流动是由负压推动, 属于有压流, 所以悬吊管不需要设坡度, 而且根据计算悬吊管多为DN50和DN75的小管, 可以大大节省屋面下的空间。重力流系统的悬吊管多为DN100～DN150, 坡度为2%～1%, 与其他管道的设置经常产生矛盾。
1.2.3 立管
压力流雨水排放系统的立管比重力流系统大大减少, 因为雨水斗数量少, 并且用悬吊管汇集到立管, 不过虹吸雨水系统的立管管径较大, 须隐藏在管井内。重力流系统多为单斗系统, 造成建筑内立管林立, 对装修影响很大。
2 压力流雨水排放系统的技术优势
降雨过程中屋面承接的雨水沿屋面坡向汇集到檐沟和天沟, 经雨水斗、悬吊管及立管、排出管排出。从水力学的观点可分为重力流屋面排水系统和压力流屋面排水系统两类。不同的屋面雨水排水系统, 采用不同的设计计算方法。此前, 我国的屋面排水系统按重力流设计, 屋面重力流雨水排水系统采用重力式雨水斗, 雨水斗的排水状况是自由堰流, 流入雨水斗的雨水掺入空气, 形成水气混合流, 雨水斗的设计流量小;按重力流计算的悬吊管要求不大于0.8的充满度和大于5%的坡度, 因此需要较大的管径和坡降;为了维持连接在同一悬吊管上的各个雨水斗的正常工作, 限定连接雨水斗的数量不多于4只, 导致雨水立管的根数增加。重力流屋面雨水排水系统受其水力特性的限制, 造成排水立管多、管径大、排水能力小, 对于大面积工业厂房及公共建筑屋面雨水排水系统则更显突出。压力流 (虹吸式) 屋面雨水排水系统, 采用虹吸式雨水斗, 排水能力有很大的提高;在符合水力计算的条件下, 接入悬吊管的雨水斗的个数不受限制, 因此减少了立管和埋地管的数量;悬吊管不需坡度, 安装方便、美观;系统按虹吸流计算, 可以减少选用管道的管径, 管内流速增加, 有利于提高自净能力;由于单一系统的悬吊管长度可达150m, 主立管可以靠近外墙, 建筑物内可以不需做管道井, 不埋设管道, 对于建筑物内地面下管道多或不宜设井的场所尤为适宜。可见, 压力流 (虹吸式) 屋面雨水排水系统与重力流相比有明显的技术优势。
3 设计步骤
计算屋面面积;计算总的降雨量;布置雨水斗, 组成屋面雨水排水管网;绘制水力计算草图, 标注各管段的长度;估算管径:对水平悬吊管采用悬吊管的总阻力损失值700mbar, 除以总等效长度, 计算出单位管长的压力损失的估算值, 以此选出各管段的管径。立管与排出管管径可采用相应的控制流速初选管径, 一般立管可比悬吊管最大直径小一号;进行第一次水力计算, 计算结果若已满足本文第5章的要求, 则可按计算结果绘成正式图纸;若第一次计算不满足本文第5章的要求, 则应对系统重新布置, 然后再次进行水力计算, 直至满足为止, 按最后结果绘制图纸。
4 压力流雨水排放系统水力计算要点
水力计算的目的是充分利用系统提供的可利用水头, 减小管径, 降低造价;使系统各节点由不同支路计算的压力差限定在一定的范围内;保证系统安全、可靠、正常地工作。
水力计算是在初步布置的管路系统上进行的, 计算的成功要遵守水力计算的各项要求。因此, 管路系统不同区段的管径、连接的配件, 以至管路的布置都可能有所变动。手工进行水力计算是非常繁琐的, 最好使用专用软件, 用Excel编制电子表格进行计算比较方便。水力计算的要点如下:
管道的设计最小流速不小于1m/s, 使管道有良好的自净能力, 这一要求适用于系统的所有管段;最大流速常发生在立管上, 宜小于6 m/s, 以减小水流动时的噪音, 最大不小于10 m/s。系统底部的排出管的流速压力流小于1.5 m/s, 减少水流对排水井的冲击。
排水管系统的总水头损失与排水管出口速度水头之和应小于雨水斗天沟底面与排水管出口的几何高差, 其压力余量宜稍大于100mbar (1mbar=100Pa) 。
压力流 (虹吸式) 屋面雨水排水系统的最大负压值在悬吊管与总立管的交叉点。该点的负压值, 应根据不同的管材而有不同的限定值。对于使用铸铁管和钢管的排水系统应小于-900mbar;对于塑料管道, 管径50～160应小于-800mbar, 管径200～300应小于-700 mbar。
压力流 (虹吸式) 屋面雨水排水系统各节点由不同支路计算得到的压力差不大于-150mbar。
压力流 (虹吸式) 屋面雨水排水系统使用内壁喷塑柔性排水铸铁管或钢管及高密度聚乙烯管等, 采用海曾-威廉公式计算管道的沿程阻力损失, 并采用不同的C值。
5 结论
大屋面雨水排水系统采用压力流排水具有许多优点:
(1) 雨水斗在屋面上可以灵活设置;
(2) 压力流雨水斗的排水能力大大高于同样规格的重力流雨水斗, 因此可减少雨水斗的设置数量;
(3) 由于压力流管道按满管流设计, 横管不需要设坡度, 因此可以降低地下室的层高, 节省建筑造价;
(4) 压力流的排水系统属单相满管流, 在同样条件下, 相同的屋面汇水面积可减少管道的数量和直径。从而减少室外雨水检查井的数量;
(5) 压力流时, 雨水在管道中高速流动, 可起到清洁管道的作用, 避免管道淤积。
虹吸式屋面雨水排放系统 篇2
屋面雨水的排放在任何工程都要遇到, 传统的屋面雨水排放是利用重力学原理, 由屋面坡度和排水沟将雨水集中到各个雨水斗位置, 利用雨水的重力由雨水管自然流出。由于水进入雨水斗时空气也大量混入, 故雨水管中是汽水混合的状态, 所以整个系统的雨水排放计算依靠人工手算为主, 又由于是汽水混合流, 所以管径计算的都很大, 数量也较多。这不但浪费材料, 也浪费空间。而且水平雨水管将雨水汇集起来, 再进入主管道, 由于管内雨水靠重力流动, 故水平要设置一定的坡度 (不小于5‰) , 这又浪费处置高度的空间, 影响吊顶等室内的标高, 总之, 传统的重力流排水方式耗材, 耗力, 浪费空间, 地下开挖范围大, 极不方便。
2 虹吸式屋面雨水排放系统工艺
2.1 系统原理
在降雨初期或雨量很小, 屋面雨水很少且高度未超过雨水斗高度时, 整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。随着降雨的持续, 当屋面雨水高度超过雨水斗高度时, 由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗, 通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡, 从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量, 使得系统中排水管道呈满流状态, 利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能, 在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用, 并在该处管道内呈最大负压。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。
降雨末期, 雨水量减少, 雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值 (根据不同的雨水斗产品设计而不同) , 雨水斗逐渐开始有空气掺入, 排水管内的虹吸作用被破坏, 排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态, 此时雨水排放趋于结束, 大部分雨水已经高速排出, 余水很少。
与悬吊管相似, 立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流, 气水浮化流过渡, 最终在虹吸作用形成的时候, 出现接近单向流的状态。
因此, 虹吸式屋面雨水排放系统所采用的雨水斗必须具有优化设计的反涡流功能的盖罩, 防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统, 并有助于当斗前水位升高到一定程度时, 形成水封完全阻隔空气进入。
2.2 虹吸式与重力式与面雨水排放系统的区别
虹吸式屋面雨水排放系统排水管道均按满流有压状态设计, 因此虹吸排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度敷设。同时, 当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高, 因此系统具有较好的自清作用。而重力式排水设计计算不按满流计算, 雨水悬吊管的敷设坡度不得小于0.005。
虹吸排水系统中排水管泄流量要远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量, 也即排除同样的雨水流量, 采用虹吸排水系统的排水管管径要小于采用重力排水系统的排水管管径。
虹吸排水系统其实质是一种多斗压力流雨水排水系统。因此埋地管相对重力式排水系统要明显减少。
2.3 系统的组成
虹吸式屋顶雨水系统由雨水斗、管道、室外雨水管网三部分组成, 其中室外雨水管网的制作与普通雨水系统相同。
2.3.1 雨水斗
雨水斗是虹吸式屋顶雨水系统的核心部位, 是实现水汽分离的重点部位, 它的稳流性越好, 产生虹吸所需的屋面汇水高度越低, 总体性能就越优越。它是由雨水斗底座, 碟片, 格栅顶盖组成, 另外还有固定件, 法兰片, 焊接片, 防火保护帽等配件。
压力流 (虹吸式) 雨水斗材质为HDPE、铸铁或不锈钢。其各部分有不同的结构功能。雨水斗置于屋面层中, 上部盖有进水格栅。降雨过程中, 雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗, 当屋面汇水达到一定高度时, 雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态, 使雨水平稳地淹没泄流进入排水管。虹吸式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度, 使屋面承受的雨水荷载降至最小, 同时提高了雨水斗的额定流量。
目前国内的产品, 不同的厂家, 雨水斗的形式不同。同一厂家的产品, 也有多种形式的产品, 以适应不同屋面的排水要求。如:平屋面, 檐沟屋面、坡屋面、绿化屋面等, 选用雨水斗时略有不同, 但可以通过组合达到多样化的要求。随着广泛的推广使用, 国家必将统一这一产品的规格及制作标准, 做到产品通用。
由于雨水斗是虹吸式排水的关键部位, 故雨水斗的设计安装也有一定严格的要求:雨水斗离墙至少1米, 以能够广泛收集雨水;雨水斗之间距离一般不能大于20米, 以快速实现虹吸效应;平屋顶上如果是沙砾层, 雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60mm, 最小粒径必须为15mm, 以防止沙粒进入雨水斗而发生堵塞, 影响排水效果;虹吸式雨水斗应设置在屋面或天沟的最低点, 每个汇水区域的雨水斗数量不少于2个;如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内, 那么屋顶至少有160mm厚;断面呈连续梯形的屋面雨水斗开口, 为安装固定件, 尺寸必须是280mm x 280mm, 如果开口大于300mm x300mm, 屋顶则需加固;带隔离层的屋顶隔离层厚度至少40mm。如果隔离层厚于180mm, 雨水斗的底座必需延伸至能与连接管相连的恰当长度, 接口部位不能设在隔离层内。
雨水斗安装在屋面防水施工完成, 安装时旋掉保护螺丝, 将表面清洗干净, 安装上雨水斗配套的螺杆, 装上密封胶圈。雨水斗的进水口高度, 要保证天沟内雨水能通过雨水斗排净且雨水斗要水平安装。屋面铺设柔性防水卷材时, 将卷材在螺杆位置处钻孔。用螺帽将卷材压环, 空气挡板、雨水整流栅固定在雨水斗座上。根据要求, 调节好空气挡板上部的调节螺杆, 并固定螺杆。
雨水斗安装后, 必须对屋顶或天沟做灌水试验。试验时堵住所有雨水斗, 向屋顶或天沟灌水。水位应淹没雨水斗, 持续lh, 雨水斗周围屋面或天沟应不渗漏, 为合格。
2.3.2 管道
管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分, 必须确保系统安全可靠, 高效持续的运行。因此系统形成虹吸后, 管道内为满充雨水, 不能夹杂气体, 当然, 微小的不密封并不一定会造成渗漏, 但是足以造成漏气, 一旦排水管道内出现气团, 虹吸式排水的效率马上大大降低, 严重的甚至会破坏虹吸作用。故管道必须保证完全的密封性和完备的防火措施, 并且做到尽可能降低噪声, 吸收震动, 抗击冲击外力, 最大程度满足抗温度变化引起的形变。
但是管道的完全抗渗漏并不意味着系统密封性得到满足。一般情况下, 对于其它抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏, 只要有补救措施即可。但是虹吸系统一旦发生渗漏, 并不易发现。当突然出现暴雨的降雨强度, 则可能立即造成整个系统崩溃。进而因为屋面雨水无法及时排放, 严重时积水会超过屋面可负荷的荷载强度, 引起屋面坍塌。
当系统管道内形成虹吸作用时, 由于可供使用的管道管径不一定恰好是计算所得的管径尺寸, 因此管道内部会有很多溶解在水中的小气泡, 并不是完全理想化的液体单相流。这些微小气泡在流动过程中会逐渐释放, 然而这种气水混合流而非气水两相流的流态, 仍可以被看作虹吸作用是允许存在的状态, 并不影响虹吸作用的形成, 也不影响系统的排水能力。
但是, 溶解在水中的气泡并不意味着管道内的气团。如果排水管道内, 中间部分是气团, 沿壁部分是水流, 这样就是传统重力雨水排放系统的管内流态。管道内气团的存在, 严重影响虹吸作用时管内满流状态的形成, 水流在管内的充满度相当低, 大大减小了系统的排水能力。
由于虹吸系统是利用负压排水的, 因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。但是也不是完全的刚性体。因为虹吸系统的负压一般不大于-0.08Mpa。过大的负压会导致管内水流流速过快, 发生气蚀现象, 对于金属管道或者是金属质地的连接处产生极大的伤害 (-0.09Mpa已经接近气蚀的临界值) 。同时负压过高也会给系统带来极大的震动, 减少系统的使用寿命。
管道和配件都必须具备阻燃的条件, 当建筑物一处发生火灾时系统能够防止火灾被迅速传递到建筑物的其他部分。所以, 材料本身的阻燃性并不是最重要的, 整个管道系统的防火扩散性才是将灾害损失降至最低的关键。
管道安装要求:
悬吊系统应避免穿越建筑沉降缝伸缩缝。当因现场情况无法避免时, 应根据系统管材的特点, 考虑不同管材的挠度, 采取相应措施。
雨水横管与立管、立管与排出管的连接弯头采用两个45°弯头或R≥4D的90°弯头。
雨水立管上应按设计要求设置检查口, 检查口中心距地面1.0m。当采用高密度聚乙烯 (HDPE) 管时, 检查口的最大设置间距不大于30m。
雨水管穿过墙壁和楼板按要求设置套管
由于系统压力较大, 排出管宜采用能承压管, 并在出户口管道管径加大二级, 以便泄压, 从而不会冲坏与其连接的雨水井。
埋地雨水管的埋没深度应在冰冻线以下, 应考虑管线上部的荷载
HDPE管铺设在-般土质的管沟内铺一层厚度不小于100ram的砂垫层, 在穿入检查井与井壁接触的管端部位涂刷两道粘结剂, 并滚上粗砂, 然后用水泥砂浆砌入, 防止漏水, 雨水立管的底部弯管处, 应设混凝土支墩或采取牢固的固定措施。
雨水管道安装后应做灌水试验, 灌水高度必须到每个系统上部的雨水斗。高层建筑灌水可分段进行。满水15min, 水面下降后, 再灌满观察5min, 液面不降, 接口无渗漏为合格。
汽水混合流的排水过程中, 有一个非常重要的要求, 是关于在系统各部位内负压的限制, 规定负压不得低于-0.8公斤。其原因在于, 当负压在-0.92公斤左右时, 系统内的气泡会在压力的作用下破裂, 使整个管道说系统产生剧烈振动。
因此, 为保证系统的正常运行, 管道振动的危害是一个不容忽视的问题。如果振动不加以防范, 可能会影响减少建筑结构的使用寿命, 也可能会导致整个系统的破坏。安装固定系统的主要功能之一是吸收这些振动, 从而避免振动对建筑结构产生影响。故固定系统虽然是虹吸式雨水排放系统的辅助部分, 却起到至关重要的保护的作用。
当水流有90o的方向改变时, 此处弯头的连接方式, 必须注意设计一个衔接管段, 以保证流速不会突然大幅下降, 而是维持上升的状态, 从而整个虹吸式屋面雨水排放系统得以正常运行。
3 HDPE (高密度聚乙烯) 管材的优势
承压性能良好, 管壁在外荷载作用下, 不会破裂。能抵抗冲击压力, 减少水锤冲击破坏, 保证系统的安全运行, 维持虹吸作用的负压, 故虹吸式雨水系统的管道大多数采用HDPE材料。
管道连接方式方便灵活。管道可根据需要, 采用不同的连接方法, 如:对焊、电焊管箍连接、法兰连接、螺纹连接、伸缩管接头等。HDPE还可以和钢管, 铸铁管, 陶瓷管等其它管材的管道连接。只需通过专门的加热电焊机就可以进行操作。
HDPE管道是在热力条件下生产的, 材料本身的张力在制造过程中已消减, 所以成品以后可能产生的尺寸微变不会有任何危害, 将热胀冷缩引起的危害降至最小。
从物理和化学性质上看, HDPE管道的防腐能力极强, 不受各种酸、碱、盐所引起的电化学反应的影响。HDPE管道比金属管更耐磨损。管子重量轻, 施工方便, 可以事先预制, 安装工效大大提高。
4 结语
虹吸式屋面雨水排放系统在国外已经普遍使用, 在国内刚刚起步, 由于它的明显优势, 现在已经有很多厂家生产此产品, 有很多重点工程采用此方式进行屋面排水。相信随着建筑业的发展, 这种技术将得到进一步的发展, 将越来越完善, 这种屋面排水的方式将得到广泛的推广与使用。
参考文献
[1]范懋功.屋面雨水系统设计探讨.给水排水, 2005, 31 (3) :75-77
[2]黄秉政.对屋面雨水系统设计重现期的探讨.给水排水, 2005, 31 (3) :78-79
高层屋面雨水排水设计与实施 篇3
1 目前高层屋面雨水排水现状
目前已建成或在建的高层建筑屋面雨水排水多采用重力流内排水方式, 雨水管道材质及连接方式有焊接钢管或无缝钢管焊接、热镀锌钢管螺纹或沟槽连接、给水铸铁管水泥捻口或胶圈撞口、高压稀土柔性排水铸铁管A型法兰接口或柔性排水铸铁管W型接口、给水型及排水型UPVC管承插连接或粘结等多种形式。其中有些雨水排水系统设计合理, 选材得当, 运行良好, 而有些雨水排水系统却因系统选择、管道布置及管材选用考虑不周, 在验收及使用过程中出现问题的现象也时有发生。
2 高层屋面雨水排水设计
设计中瀚财富广场屋面雨水排水系统时, 充分了解屋面雨水排水各系统的设计流态, 根据建筑设计布局, 参照长沙降雨量强度合理确定设计雨水流量, 并结合各种屋面排水系统的特点, 考虑其安全性和经济性, 选择适当的雨水排水及管材, 确保了屋面雨水排水系统的排放能力满足设计规范的要求, 满足管道系统发生事故时检修的可操作性。对高层屋面排水设计综合如下:
2.1 屋面雨水系统的设计流态及划分
屋面雨水系统的流态是雨水排放系统设计的理论基础, 对屋面雨水排放过程中系统内流态的认知经过了长期的探索, 从重力流起步, 转变为压力流, 再进展到实质性重力流直至目前较为成熟的压力流。期间由清华大学、机械工业部第一设计院和第八设计院等单位参加历时雨水排水系统及管材, 确保屋面雨水排水系统的排放能力满足设计规范的要求, 满足管道系统发生事故时检修的可操作性, 并将水患损失减到最小限度。八年的雨水试验, 得出雨水流态为重力-压力流的结论, 即小流量时为重力流, 大流量时为压力流;雨水立管的下部为正压区, 上部为负压区;压力零点随流量的变化而变动, 流量增大时压力零点向上移动;悬吊管的末端近立管处为负压, 始端为正压, 这个理论提供了屋面雨水排水系统按设计流态划分的依据, 为此屋面雨水排水系统按设计流态可分为重力流 (半有压流、无压流) 、压力流。
2.2 设计雨水流量的确定
设计雨水流量的确定是选择雨水排放系统的前提, 可按下列公式进行计算:
qy=qjΨ Fw/1000
式中:
qy—设计雨水流量 (L/s) ;
qj—设计降雨强度 (L/s.ha) ;
Ψ—径流系数, 对于建筑屋面Ψ取0.9;
Fw—汇水面积 (m2) ;
汇水面积的确定除考虑屋面平面投影面积外, 高出屋面的侧墙应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积, 同样贴近高层建筑外墙的裙房屋面雨水汇水面积应附加其高出部分侧墙面积的一半作为有效汇水面积。
设计降雨强度公式:
qj=1.67A (1+clgP) / (t+b) n
式中:
qj—设计降雨强度 (L/s.ha) ;
P—设计重现期 (a) 一般建筑屋面2 a～5 a, 重要公共建筑屋面10 a;
t—降雨历时 (min) 屋面雨水排水管道按5 min计算;
A、b、c、n—当地降雨参数。
各地降雨强度公式可在室外排水设计手册上查出, 这里需注意的问题是设计降雨强度的公式, 由于各城市暴雨强度公式编制方法不一, 有用数理统计法的、有用解析法的、还有湿度饱和差法、图解法和CRA法等, 有的方法并不完全符合设计规范要求。另外, 有些资料年代久远或资料年数过短, 大部份暴雨强度公式是根据1983年前实测资料推导而得出的, 较为为滞后、陈旧。有的公式资料年代过短, 只依据8年、6年乃至5年的资料统计而成, 缺乏1975年暴雨和近年来的厄尔尼诺现象等反常雨量资料。在工程设计有条件时应收集当地降雨量资料重订公式, 使雨水排水工程有一个坚实的基础和前提。
2.3 屋面雨水排水各系统的特点
重力流 (含重力无压流、重力半有压流) 和压力流雨水排水系统从水的管内流态、允许经历的流态、超重现期雨量排除、屋面溢流频率、管材承压要求等各方面各具特点, 屋面雨水排水各系统的特点如下表:
2.4 高层建筑屋面雨水排水系统选择
①雨水系统选择原则与次序
按安全性大小, 各雨水系统排列的次序为半有压重力流系统→压力流系统→无压重力流系统。按经济性优劣, 各雨水系统排列的次序为压力流排水系统→半有压重力流系统→无压重力流系统。
②高层建筑屋面雨水排水
系统选择结论通过屋面雨水排水各系统特点的对比, 兼顾安全性与经济性, 结合高层建筑屋面汇水面积较小、溢流频率应尽量减少的实际情况, 综合权衡, 高层建筑屋面雨水排水系统一般优先选用半有压重力流系统;但对于高层建筑附属的大面积裙房屋面的雨水排放, 为防止高层屋面雨水从裙房屋面溢出, 裙房屋面雨水需单独排放, 尤其受排放立管的限制, 应积极推行压力流排水方式。在选择内排还是外排时, 大部分高层建筑中考虑建筑外立面装饰的要求, 选择内排;在中瀚财富广场中选择外排, 南方雨水较多, 外排水系统应用较为普遍, 且经过了多年的实践检验, 技术已较为成熟, 这恰恰是给排水专业的设计范畴。
③高层建筑屋面雨水排水系统管材选用对于半有压重力流雨水系统, 在使用过程中可能并允许发生承压现象, 管道发生堵塞时系统将承受静水压, 最高承压等同于屋面雨水斗的高度, 故高层建筑半有压重力流雨水管不能采用传统的污废水管材, 需采用可承压的管材、配件和接口方式, 额定压力不低于最高屋面雨水斗的高度, 且能承受0.5个大气压力的真空负压, 可承压的管材有金属管 (如焊接钢管或无缝钢管焊接、热镀锌钢管螺纹连接或沟槽连接) 、承压塑料管 (如给水塑料管粘结、承插连接) 及其他管道 (如钢塑复合管等) 。对于压力流雨水系统, 雨水管道必须选用承压管材、配件及接口方式, 工作压力应大于建筑净高度产生的静水压, 且能承受0.9个大气压的真空负压, 现多采用内壁光滑的金属管、塑料管或其他复合管如高强度聚乙烯管等, 如采用塑料管, 管材抗环变形外压力应大于0.15 MPa。现雨水设计管材选用存在问题较多, 如高层建筑采用普通柔性排水铸铁管、排水UPVC管, 无论是工程施工还是物业管理均造成了较大的后患, 故半有压重力流雨水系统与压力流雨水系统必须按上述规定选用管材。
2.5 应注意的问题
①检修措施:
考虑到雨水管道使用过程中雨水的腐蚀性、不排水时雨水管因空置与空气接触, 管道的使用寿命多小于建筑物的设计使用年限, 因此在选择管材时需选用抗腐蚀性较好的材质, 管道布置时应考虑管道维修及更换的需要。另外尚需考虑使用过程中雨水管道堵塞后的清掏设施, 如设置立管检查口或三通加盲堵等, 设置的位置应兼顾美观并将发生水患时的损失减到最小。
②防溢流措施:
同一立管上承接不同高度的雨水斗时, 最低斗的几何高度不小于最高斗几何高度的2/3, 阳台雨水排水立管单独设置, 不能承接屋面雨水斗排水。
③明确的雨水斗选型及参数:
设计施工图中需明确标注出雨水斗的选型及设计排水流量参数, 避免施工单位因雨水斗参数不详而错误选型引起排水能力的变化。
④超设计重现期雨水的排放:
尽管重力流雨水排放系统在确定系统负荷时预留了排超设计重现期雨水的余量, 但仍需按规范规定进行复核, 高层建筑的屋面排水工程排水能力不应小于50年重现期的雨水量, 如不满足, 需按规定设置溢流设施, 高层建筑屋面可增设一根立管, 以保证总排水能力满足50年重现期的雨水量。
3 屋面雨水排水系统施工
屋面雨水排水系统施工是将雨水系统的设计转化为实物, 进而发挥其排除雨水功能的过程。在施工过程中, 根据不同施工阶段的特点和工作内容重点加以控制。
(1) 图纸审查阶段:
了解了设计意图, 区分屋面雨水排水系统的类型是属于重力流还是属于压力流, 明确屋面雨水斗的选型及设计参数, 确定雨水排水管的材质、配件及接口方式的承压要求, 结合工程情况复核所选管材、配件及接口方式的承压能力是否满足规范要求。
(2) 管道安装阶段:
在确定了雨水管的村质及连接方式后, 在管道安装阶段主要控制二个方面:第一是悬吊管、排出管及其他横管的坡度, 在管道安装前根据现场实际情况, 进行管道安装这么样, 尽量减少管道的弯头。对于设计图纸与现场不符的情况及时与设计人员协商, 调整管道布置, 确保雨水系统的安全有效。第二是立管及水平管的固定支架形式及固定支架形式及固定部位, 雨水管道的支吊托架的安装方式、间距、固定点即要保证管道安装时的安装牢固, 又要满足灌水试验时管道及接口部位牢固可靠, 不发生位移或变形。在立管与派出管交接的弯头部位必须根据接口周围结构情况采取有效加固措施, 防止雨水冲击引起管道接口渗漏。对于落地式排出管, 加固的方法如图1所示, 架空式排出管, 加固的方法如图2所示。
(3) 管道试验阶段:
雨水管道灌水试验时, 按施工规范规定需整根立管进行灌水, 高度达到屋面雨水斗, 1小时液面不下降为合格.在现场试验时, 首先检查管道是否全部连接完成, 各支吊托架安装是否按方案或交底安装到位且固定牢固, 再根据设计雨水管道的材质及连接方式复核最不利点是否满足静水压的要求, 特别是设于底部的检查口、清扫口部位。使用塑料管含给水型UPVC管做雨水管, 做满水试验时因UPVC管的柔韧性较大, 承受静水荷载能力差, UPVC塑料雨水立管应每10层分别做满水试验, 而不能按《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002规范要求的整根管做满水试验, 施工时相应采取措施, 增加三通与盲堵。
(4) 管道验收阶段:
管道验收前对各雨水管系统做好成品保护, 特别注意屋面雨水斗的临时封堵措施, 即要保证降雨时能临时排放雨水, 又要保证雨水系统不被杂物堵塞, 确保竣工验收时顺利移交给建设单位。
4 结论
通过上述分析, 结合中瀚财富广场工程实例, 对于高层建筑屋面雨水排水系统的设计归纳如下:
(1) 重力半有压流雨水排水系统较其他系统更加实用、经济、有效。
(2) 根据管材及配件的特性, 本着安全、经济的原则, 高层建筑屋面雨水系统宜优先选用镀锌钢管沟槽连接或螺纹连接, 如考虑为更换管道预留条件, 穿楼板及墙体部位可设置套管。根据给水型UPVC管道配件的承压能力及以往施工经验, 屋面高度40 m以下的高层建筑可选用给水型UPVC管道。便于检修、操作处, 同时兼顾美观。
(3) 检查口或清扫口宜设于便于检修、操作处, 同时兼顾美观。立管与悬吊管或与排出管连接部位应设置清扫口, 各检查口及清扫口宜增设泄水装置, 以保证发生故障时能够实现有组织泄水, 减少水患损失。
摘要：随着人民生活水平的提高, 生态建筑与节能建筑已成为未来建筑发展的一种趋势, 无论普通住宅还是高档公寓、大型写字楼, 其建筑高度越来越高, 这就对建筑给排水设计与施工提出了更高的要求。本文通过中瀚财富广场工程实例, 对屋面雨水排水的设计与施工进行了详细的阐述, 可为设计与施工单位提供参考依据。
虹吸式屋面雨水排水系统设计 篇4
关键词：屋面排水,虹吸雨水斗,系统,设计
随着建筑技术的不断发展,大面积、大跨度屋面(汇水面积超过5 000 m2)排水技术逐渐成了人们重点关注和研究的课题。目前大型单体建筑如:机场航站楼、会展中心、体育场馆、博物馆、图书馆、美术馆、科技馆、大剧院、综合性商业广场、火车站站台及雨棚、工业厂房和物流仓库等,它们的超大型建筑屋面的大跨度、大面积,使屋面荷载承受能力较小,这就要求在降雨时屋面积蓄的雨水要在较短的时间内迅速排出。传统重力流雨水排放系统要达到这一要求,必须增加雨水斗数量及立管数量,加大立管管径,这样就占据了大量宝贵的建筑空间,经济性差。而采用虹吸式雨水排放系统,系统管道中雨水流态为满管压力流状态,排水量大,排放迅速且立管数量少,管径小,水平悬吊管无坡度,减轻了屋面负荷,节省了建筑空间,设计方案灵活,防排水结合,并可针对建筑美观要求进行设计,在最大限度满足建筑使用功能要求的同时,节能、生态、环保。
1 虹吸式雨水排放系统设计
1.1 虹吸系统原理
虹吸式屋面雨水排放系统,利用屋面与地面之间的势能,屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速排至室外[1]。降雨来临时,屋面逐渐形成积水,由于采用了科学设计的气水分离虹吸式雨水斗,当屋面雨水高度达到设计的斗前水位时,雨水连续通过连接管、水平悬吊管,经立管跌落时形成虹吸作用,使得系统中排水管道呈满管压力流状态,迅速排除至市政管网[2]。
1.2 虹吸系统设计
虹吸式屋面雨水排水系统设计依据是,工程设计单位提供的设计条件图纸、业主的设计要求、工程所在地的气象参数(暴雨强度公式,降雨厚度等),以及设计和施工规范、规程,标准、图集、技术措施、企业标准等。
1.2.1 屋面虹吸雨水排放方案
虹吸雨水专业公司设计师依据业主的要求,在仔细研读工程图纸之后,确定屋面虹吸排水系统设计方案,通常分为如下几个步骤。
1)确定采用虹吸雨水斗的材质、型号、设计位置和数量
屋面虹吸雨水斗的材质选择主要考虑了雨水斗的使用寿命,一般选择外观美观、防腐性能好、使用过程中无需进行防腐处理的不锈钢雨水斗。
结合屋面结构及天沟分布情况对屋面进行汇水区域划分,计算各汇水区域的雨水量;结合天沟的长度及每个雨水斗的间距不宜超过20 m、被结构梁隔断的天沟两端都需设置雨水斗的原则布置雨水斗,从而确定各汇水区域雨水斗的数量。
虹吸雨水斗排水能力计算[3]:
式中:Qd为虹吸雨水斗排水量,m3/s;3.3为转化系数,m0.5/s;d为水斗出水短管内径,m;H为雨水斗顶部至出水口的高度,m;P为虹吸系统设计最大负压,m。
由式(1)可见,屋面虹吸雨水斗的排水量取决于三个因素:雨水斗顶部至出水口的高度,雨水斗出水短管的内径大小,虹吸系统的最大负压大小。
屋面降雨量计算见式(2):
式中:Q为屋面雨水量,L/s;K为暴雨强度系数,无量纲;q5为5 min暴雨强度值,q5=1.67i;Fw为屋面汇水面积,由屋面水平投影面积及高出屋面侧墙折合面积组成,m2;i为5 min平均降雨量,i=H/t;t为降雨历时,一般按照5 min计算,min。
2)确定虹吸系统选用的管材及管件
虹吸雨水系统可选用的管材包括金属管和非金属管,这些管材在满足虹吸系统对系统正负压要求的同时,尚需综合考虑装饰要求、防火要求等因素。依据CJJ 127—2009《建筑排水金属管道工程技术规程》,虹吸排水系统可采用的金属管材有排水用薄壁不锈钢管及涂塑钢管。金属管用于对装饰和防火要求较高的场合,比如某些铝厂熔铸车间,室内温度高,适于采用金属管材。虹吸排水系统选用的非金属管材为HDPE管材,该管材具有其他非金属管材不具备的理化性能,如耐腐性、抗冲击性、耐磨性,且具有生态环保特性,燃烧产物无毒害作用,不会产生二英等对人有毒害物质[4]。
对于不同管材,虹吸系统设计时的最大设计负压见表1。
系统最大负压位于悬吊管接立管位置处。负压产生原因,是由于虹吸雨水斗与水平悬吊管的高度差较小所致。选择管材时,可依据最大设计负压的大小,对系统进行计算,从而确定系统各管段的管径。有针对性地选择管材,使得我们的设计文件能更好地满足业主的使用要求,同时也节省了工程造价。设计负压越大,整个系统的管径越小。
虹吸雨水系统所使用的管件必须与选择的管材同材质,且连接方式可靠,才能保证系统的密封性。排水管件需要有利于排水,比如管道变径最好采用偏心变径,且其安装方向需要有利于排水,采用的三通是顺水的45°斜三通,选用的HDPE管件最好是一次注塑成型的产品,焊接管件在实际使用中,由于连接雨水斗与水平管处应力较大,容易开裂。
3)确定水平悬吊管道的走向、立管位置、地下室悬吊管走向及排出管方向
屋面雨水斗的位置确定后,需按图纸布置管道走向、选定立管位置及确定地下管的走向等。
水平悬吊管离天沟底面的标高差,一般取决于屋面结构梁的高度,水平管贴屋面结构梁底走。系统设计的管径大小,有时候需考虑建筑功能的要求,比如室内净空的要求。一旦天花要求的高度受到限制,虹吸管道就不应设计过大,这就涉及到前期与建筑设计院的设计配合协调工作。
立管一般尽量选择放置在管道井内,当无专门的水井时,一般尽量靠近结构柱设置,不能放置在安装电设备的房间、电梯间或对安静有较高要求的房间内,所以立管位置应尽量与建筑设计单位进行沟通协调。立管的位置放置在多层建筑的楼梯间、过道中时,需慎重考虑,因为很多建筑到一层有承台,存在无法出户的问题,同时存在当需要立管转置时,管道一拐弯就到了其它房间的中部(吊顶下),错层的问题无法处理,故应尽量靠近其它合适位置来布置。
从系统设计的角度考虑,虹吸立管应尽可能布置在各雨水斗对称的位置,这与水力平衡要求有关。由于虹吸雨水系统各雨水斗离立管的距离不同,水力总损失大小不同,依据GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》要求,各雨水斗至系统过渡段的总水头损失之差不得大于10 kPa[5]。立管位置越是对称布置,整个系统的管径越小,水力越平衡,排水量越大。一般调节系统平衡有如下几种措施:其一,调小靠近系统立管处的连接管管径;其二,调整靠近系统立管处的连接管的长度;其三,在靠近系统立管处的雨水斗与水平悬吊管上采取增大阻力损失的措施,如增加变径。
埋地管的走向需要考虑室外排水管井的位置,尽量选择对排水有利的方向敷设埋地管。地下室的悬吊管贴结构梁底走,其标高在结构梁底标高下200mm左右。管道走向的确定,还需要结合其他相关专业管线的布置图,必要时与建筑设计单位沟通确定初步方案,经设计单位确定后,再出施工图。
1.2.2 屋面天沟的技术要求
天沟排水量计算式为水力学连续性方程,见式(3);天沟内水流速的计算公式为曼宁公式(Manning equation),见式(4)。
式中:qr为屋面雨水流量,L/s;v为天沟内水流速度,m/s;w为天沟过水断面面积(a×b),m2;n为天沟的粗糙系数,0.012;R为水力半径,为(a×b)/(a+2b),m;I为汇水坡度,取值0.005,无量纲;a为天沟宽度,m;b为天沟有效水深,m。
某虹吸雨水工程中,以雨水子系统YL-1对应的单斗流量为最大,单斗设计流量为27.54 L/s,虹吸雨水运行时,其天沟汇水坡度I为0.005,将数值代入式(3):
当天沟有效过水断面尺寸为600 mm(宽)×150 mm(深)时,由(5)式可计算得到天沟排除雨水量为114.26 L/s,可满足屋面雨水排放的要求。另外,由于天沟深度尚需考虑50年暴雨重现期的溢流过水流量及溢流堰口的高度,故建议天沟尺寸为600 mm(宽)×300 mm(深)。
1.2.3 屋面溢流系统的技术要求
按照GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》的要求,屋面需要设置溢流设施。屋面溢流设施有溢流口和溢流管道系统两种形式。考虑到工程造价,一般优先设计溢流口,在满足屋面排水安全的同时,排除超设计重现期的雨水量。
1)矩形堰流计算:
式中:Q为矩形堰流量,L/s;m为矩形堰流量系数(薄壁堰取m=450,宽顶堰取m=385),无量纲;B为矩形堰顶宽度,m;g为重力加速度,m/s2;H0为矩形堰前水位,m。
金属天沟溢流口属于薄壁堰,钢筋混凝土结构屋面溢流口属于宽顶堰。
2)溢流口的开口原则
溢流口应设在雨水能通畅到达的场所,最高溢流水位应低于建筑屋面允许的积水深度,不得危及行人安全,不得影响本建筑和邻近建筑的使用功能,位置应与建筑本身造型协调一致、美观。
3)溢流管道系统
包括重力管道系统和虹吸管道系统两类。计算完每个系统的溢流雨水量后,按照重力管的水力参数选择重力管的管径,溢流管顶部离屋面天沟底100 mm;采用虹吸溢流系统的,需按超正常设计年限部分的流量进行计算,计算方法与一般虹吸系统的相同。
2 设计图件
2.1 管道系统图
屋面雨水斗布置完毕,水平管走向、立管位置、地下室管道走向、排出管方向确定后,通过虹吸排水系统设计软件出系统图,并按设计参数进行计算,确定系统各管段的管径。
2.2 管道支架及主要节点大样图
2.2.1 管道支架
管道支架依据系统选择的管材不同,有直接悬吊和二次悬吊两类。对于金属管道,热膨胀系数小,采用直接悬吊的方式固定。而对于HDPE管道,热膨胀系数大,采用二次悬吊系统的方式固定,此系统又称为消能悬吊系统(图1)。
HDPE管道固定系统(消能悬吊系统)优点如下:将雨水悬吊管因温度变化产生的膨胀变形分解到各固定管卡之间,使变形无法目测察觉,起到美观作用;将雨水悬吊管轴向伸缩产生的膨胀应力,由固定管卡传递到消能悬吊系统上消解,对建筑的结构本体不会造成影响;将雨水悬吊管工作状态下的振动荷载,通过悬吊管卡传递到消能悬吊系统上,利用悬吊钢结构的刚性进行消解;使管道在固定中有效减少与屋面的固定点数量,减少对屋面的破坏;更适于工厂化大批量生产,便于施工现场快速组装,加快施工进度;有效提高施工精度,保证工程质量。
2.2.2 虹吸雨水斗在各类屋面上的安装大样图
虹吸雨水斗在各类屋面上安装大样见图2—4,安装尺寸见表2—4。
mm
mm
mm
3 结语
虹吸雨水排水系统作为给水排水工程的一个分项工程,在具体设计的过程中,专业公司需积极与设计单位、监理单位进行细致深入的沟通,在充分考虑整个给水排水工程设计方案的同时,也要结合虹吸雨水分项工程本身的特点进行深化设计。与此同时,要与其它专业的图纸进行综合会审,避免实际施工过程中出现过多管道碰撞和其它类似的问题。
本文较详细地说明了整个虹吸系统在深化设计中需要考虑的技术细节、整体设计思路和流程。运用到具体工程设计时,需结合各厂家产品的特点、实际工程工地的情况、业主的要求等因素进行细化设计,使得整体设计方案贴近施工,避免工程实际实施过程中太多不应有的变更,做出尽可能经济合理的方案。
虹吸雨水排水技术作为一种成熟的技术,已在国内历经近十年的快速发展过程,其中有很多大面积的公共建筑和工业建筑,如:深圳海岸城广场、北京北站、上海世博会展览馆、武汉新火车站站房、武钢主厂房、中国重汽主厂房、深圳平湖垃圾焚烧发电厂等工程采用了虹吸排水技术,取得了理想的排水效果,解决了很多原来传统排水系统解决不了的技术问题,其应用前景被国内众多给排水业界专家看好。而在雨水被当作一种资源的今天,虹吸排水技术与雨水收集回用技术的结合,更是未来发展的趋向。
参考文献
[1]裴国霞,唐朝春.水力学[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2]同济大学建筑设计研究院.CECS 183:2005虹吸式屋面雨水排水系统技术规程[S].北京:中国计划出版社,2005.
[3]高羽飞,高峰.全国注册公用设备师执业手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 127—2009建筑排水金属管道工程技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.
大型屋面雨水 篇5
屋面水位必须严格控制并限定在某一高度,否则屋面上累积的雨水会对屋面形成很大的荷载,可能导致屋面结构和构造变形或者破坏,甚至出现渗漏。
根据欧洲标准,屋面雨水的水位高度必须限制在55 mm内,这个数字是长期实验和实际工程经验的结果。将水位高度换算至每m2的雨水质量,就可得出屋面承受的荷载与水位高度的关系。当水位高于55 mm时,雨水会对屋面结构产生相当大的重量负荷(图1)。因此在屋面或天沟设计时,必须考虑到这方面的情况。
对于天沟来说,水位更是不允许超过55 mm,否则随着时间的推移,天沟将会慢慢变形,对排水系统和整个建筑产生非常大的影响。
1 虹吸式屋面雨水排水系统
1.1 系统原理
依靠特殊的雨水斗设计,可实行汽水分离,从而使雨水立管保持满流状态。当立管中的水达到一定容量时,在管道内形成负压产生局部真空,虹吸作用就产生了。在降雨过程中,由于连续不断的虹吸作用,整个系统可快速地将屋面雨水排除。
虹吸式与重力式屋面雨水排放系统的区别:传统重力式雨水排放系统是利用屋面结构的坡度,使水自然流入屋面上的雨水斗,然后以汽水混合的状态依靠重力作用顺立管而下。该系统的缺点是低效排水、管径大,且需要1%～3%的坡度,材料多且安装复杂。
虹吸式雨水排放系统是在降雨初期,利用重力原理排水。当降雨量加大,屋面上的水位达到一定高度时,雨水斗会自动隔绝空气,从而产生虹吸,系统也转变为高效的排放系统,抽吸雨水向下排放。该系统的优点是高效排水,排水管管径小,无需坡度,用材少,地面开挖小,美观且节省空间[1]。
1.2 系统组成
虹吸式屋面雨水排水系统一般由雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管(排出管)组成。
1.2.1 雨水斗
1)雨水斗的设计是整个虹吸系统工作的关键之一。它的稳流性越好,产生虹吸所需的屋面汇水高度就越低,总体性能就越优异。一种雨水斗通过与相应的配件组合,就能适用于不同的屋面,例如混凝土屋面、金属屋面、木屋面、上人屋面、种植屋面,屋面不平呈梯形结构的屋面等。
压力流(虹吸式)雨水斗材质可为HDPE、铸铁或不锈钢。它最大限度地降低了天沟的积水深度,使屋面承受的雨水荷载降至最小,同时也提高了雨水斗的额定流量,见图2。
2)雨水斗设计安装要求:(1)雨水斗离墙至少1m;(2)雨水斗间距一般不能大于20 m;(3)平屋顶上如果是砂砾层,雨水斗格栅顶盖周围的砂砾厚度不能大于60 mm,最小粒径必须为15 mm;(4)如果雨水斗安装在檐沟内,且采用焊接件的话,檐沟的宽度至少是350 mm,檐沟内的雨水斗安装开口为70 mm×270mm至290 mm×290 mm;(5)如果雨水管安装在混凝土屋面面层内,那么屋面板至少厚160 mm;(6)对于断面呈连续梯形的屋面,雨水斗开口为安装固定件,尺寸280 mm×280 mm,如果开口大于300 mm×300mm,屋面则需加固;(7)如果是混凝土屋面,雨水斗下连的雨水管管径至少是35 mm(用电焊管箍连接件连接),与此对应的屋面板厚度为180～190 mm;(8)带隔离层的屋面,隔离层厚度至少为40 mm,如果隔离层厚于180 mm,雨水斗的底座必须延伸至能与管径56 mm的连接管相连的恰当长度[2,3]。
1.2.2 系统管道
管道是虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分,因此管道必须保证完全密封和拥有完备的防火措施,并且做到尽可能降低噪声、吸收震动、抗冲击外力强,最大程度地满足抗温度变化引起的形变。管道连接方式方便灵活,可根据需要采用不同的连接方法,如对焊、电焊管箍连接、法兰连接、螺纹连接、伸缩管接头等。管道还配有专用三通、大小截面连接弯头等适于各种连接情况的配件,安装便捷,可节省空间。管道连接方式,见图3。
1.2.3 紧固系统
安装固定系统的主要功能,是辅助安装与固定管道。虹吸式雨水管道系统的固定装置,包括与管道平行的方形钢导轨以及管道与方形钢导轨间的连接管卡(根据不同的管径,每隔0.8～1.6 m布置管卡),用于固定钢导轨的吊架及镀锌角,见图4;安装固定系统还包括管卡配件,这些配件可以固定管道的轴向,可利用锚固管卡安装在管道的固定点,见图5。
无论是系统震动带来的外力,还是热胀冷缩引起的内力,甚至是悬挂管道承受的重力,都由连接件传至方形导轨,以免引起系统变化,从而减少对建筑结构的影响。
2 虹吸式雨水斗及管道防水节点处理
2.1 雨水斗防水
2.1.1 虹吸落水口细部节点处理
施工期间不能将垃圾杂物堵塞落水口,应保证正常排水;预留洞口应用膨胀细石混凝土或堵漏材料填实;沿预留洞凿宽20 mm、深20 mm的环形小槽,并用柔性密封胶填实。雨水斗安装时,将附加防水层、防水卷材铺贴在雨水斗本体四周,用螺栓固定压板或法兰压紧,再用防水密封胶封边密封,沥青涂料涂刷需铺贴聚酯无纺布,见图6[4]。
2.1.2 柔性防水涂料加强层
沿预留洞周围500 mm宽范围内,涂刷1道1.2mm厚柔性防水涂料加强层。
2.1.3 雨水斗底盘安装
雨水斗底盘要与涂膜防水层密封严实。
2.1.4 防水卷材铺贴
防水卷材铺贴在雨水斗本体四周后,应用防水压板压紧并用螺栓固定,再用防水密封胶做封边处理。雨水斗法兰上面的防水层,应由外至内做到下沉线为止。
2.2 雨水管防水
所有雨水管穿墙、穿楼板洞口,须用膨胀细石混凝土或堵漏材料吊模填实,并沿洞口凿宽20 mm、深20 mm的环形小槽,用柔性密封胶填实,见图7。HDPE管穿越防火分区时应加设阻火圈,见图8。
3 结论
我国每年6—8月期间,建筑屋面都可能承受暴雨的冲击,虹吸式屋面雨水排水系统在凸显其稳定、排水速度快优势的同时,对屋面的防水、使用功能也能起到保护作用。
虹吸式屋面雨水排水系统以其独特的雨水斗、具有耐久抗冲击抗腐蚀性的环保型排水管材、简便的紧固系统以及更接近实际工况的设计计算软件优势,已成功应用于万科、朗诗等多个住宅项目,喜来登酒店、香格里拉酒店、保利国际广场、百盛、sohu现代城等多个商业建筑,以及国家体育馆等多个大型公共建筑,均取得了很好的效果。
摘要：虹吸式屋面雨水排水系统是利用虹吸原理可高效地将屋面雨水迅速排除,它一般由雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管(排出管)组成。本文介绍了系统中的雨水斗、管道、紧固系统在实际施工中的安装技术,详细说明了虹吸式雨水斗及管道防水节点处理方法。
关键词：虹吸式屋面雨水排水系统,雨水斗,管道,安装,节点处理
参考文献
[1]同济大学建筑设计研究院.CECS183:2005虹吸式屋面雨水排水系统技术规程[S].北京:中国计划出版社,2005.
[2]上海市建设和管理委员会.GB50015—2003建筑给排水设计规范[S].北京:中国计划出版社,2004.
[3]沈阳市城乡建设委员会.GB50242—2002建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
世博轴膜屋面雨水综合利用研究 篇6
在收集屋面径流的建筑中,大型公共建筑是重要的对象之一。国内外许多标志性的雨水利用工程均依托于大型公共建筑,大型公共建筑屋面面积通常较大,能够收集大量的雨水资源,使雨水利用工程更具规模效应,从而降低雨水利用成本,有利于实现工程经济效益和环境效益的有效结合。
上海世博会将于2010年5月至10月召开。上海地区的汛期在6~9月,平均降雨量为524.9 mm,占全年的48.3%。同时上海地区常年雨量充沛,多年平均降雨量1 123.7 mm,平均降雨日约132天,且降雨随季节分布较为均匀。这为众多世博会建筑的雨水收集利用工程提供了较稳定的水量。
1 工程概况
1.1 工程规模及功能
世博轴及地下综合体工程(以下简称“世博轴”),是由地上地下四层组成的立体交通空间,是上海世博会世博园区的核心交通枢纽。在2010年上海世博会期间,作为世博园浦东主入口,承担园区近四分之一的人流,是重要的交通景观轴线和集商业、援助等于一体的世博服务中心。
世博轴的地面二层平台以上为玻璃材质的阳光谷和PTFE膜结构顶篷,它们为排队安检人流提供遮阳、挡雨的全天候入园条件。阳光谷的上沿水平面积和膜结构的水平投影面积超过5.5万m2,降雨时可收集大量优质的雨水,经处理后用于中水系统,可减少自来水的消耗量,实现资源有效利用。
1.2 雨水收集特点
为体现“节能、生态”的设计理念并结合独特的建筑形态,通过阳光谷和膜结构屋顶下拉点收集雨水,并在地下二层以下设置水渠及雨水利用和排放设施。重现期P按50年考虑,根据雨水设计流量公式可得,排入地下水渠的水量可达3 937 L/s。
按照相关标准规定,雨水储存设施的有效容积不宜小于集水面重现期1~2年的日雨水设计径流总量扣除设计初期径流弃流量。据此计算得储存池的容积为6 720 m3。同时,当雨水调蓄池兼有削减洪峰、减少城市雨水管网排水压力功能时,本雨水沟渠也可在暴雨来临之前排空或部分排空,来有效调蓄利用容积,使之发挥削峰减流的作用。这时计算得雨水储存有效容积为近7 500 m3。(本项目受构造影响,且雨水回用系统仅收集水质较好的屋面阳光谷雨水和部分膜结构顶棚雨水,故不考虑初期弃流。)同时,根据上海市气象局提供的1999~2005年日雨量资料分析可知,雨水储存容积为7 500 m3时亦可以满足最大日降雨量,超过市政排水能力的部分雨水的储存容积为4 070 m3。
地下二层雨水沟渠储存的雨水,部分通过潜水泵提升至雨水处理机房,经混凝、过滤和消毒处理后回用,部分通过潜水泵压力排至室外雨水管,并具备在紧急状态下向黄浦江直接排水的能力。
2 径流水质研究
在同济大学内搭建一模拟膜屋面的试验装置,材料与世博轴膜屋面材料一致。在模拟屋面前设置一个PVC排水槽,降雨形成径流后,使用多个1L的聚乙烯采样瓶收集全部径流。
在2009年11月份共进行了2场降雨的屋面径流水质监测。2009-11-09降雨是一场长时间降雨过程中的降雨初期阶段,2009-11-12则是一场完整的降雨过程。
两场降雨事件主要监测指标的EMC值见表1。
由表1可知,两场降雨的浊度和TSS相差较大,其原因与降雨强度和前期晴天天数有关。2009-11-12降雨与2009-11-9降雨仅间隔3天,大气中颗粒物积累量不多,因此2009-11-12降雨的浊度与TSS的EMC值低于2009-11-09降雨。两场降雨事件中,COD的EMC值超过国家地表水环境质量Ⅲ类标准(≤20 mg/L);NH4+-N的EMC值超过国家地表水环境质量Ⅱ类标准(≤0.5 mg/L);TP的EMC值达到了Ⅱ类标准(≤0.1 mg/L);然而TN的EMC值却超过Ⅴ类标准(≤2 mg/L),而且两场降雨事件中的EMC值相差不大。在两场降雨中,还可以发现,DN占TN比例较大;而TP主要以PP形式存在,PP分别占TP比例为68.24%和90.99%,这可能是由于屋面径流主要受大气干湿沉降影响。大气湿沉降对屋面径流TN含量及其主要集中于溶解态的分布特征影响较大。TP主要集中于颗粒态可能是由于大气干沉降为TP的主要污染源,前期累积于屋面的颗粒态磷在雨天时被径流冲刷而排除。两场降雨中重金属元素的EMC值大小依次为Fe>Al>Zn>Pb,Mn>Cu>Cr,其中地表水环境质量标准中所要求的Cu、Zn达到Ⅱ类标准(≤1.0 mg/L),Cr达到了Ⅰ类标准(≤0.01 mg/L),而且两场降雨中均未检测出Cd,但Pb仅满足Ⅴ类标准(≤0.1 mg/L)。
从两场降雨污染物EMC值看,膜屋面雨水径流的水质相对较好,大部分指标能满足国家地表水环境质量Ⅲ类及以上标准,仅有TN和Pb的浓度超过Ⅴ类标准。
3 存储池内水质变化研究
将收集的世博轴膜屋面雨水存入密闭存储池,研究水质变化的规律。存储池放置于同济大学内,用PVC材料制成,体积为0.64 m3,共设6个取水口。贮存期间,不定期从存储池抽取水样分析。试验结论如下。
(1)存储池雨水水质较好,浊度、COD、UV254、色度、氨氮、TN和TP指标的最高值分别为:16.67NTU、32 mg/L、0.0 314cm-1、17.8°、0.68 mg/L、1.57 mg/L、0.05。
(2)浊度在贮水3d就快速降低,并逐渐趋于稳定,21 d时去除率达92.6%;
(3)COD、UV254、氨氮和TN在21 d内下降缓慢,且波动幅度小,与浊度相关性也较低,说明存储池雨水中有机物及氮营养盐主要以溶解态形式稳定存在。
(4)色度在21 d内变化趋势与浊度类似,反映颗粒对存储池内色度的影响较大。
(5)TP浓度一直仅在0.01~0.05 mg/L间变化,波动幅度很低,原因是雨水径流中P的含量不高。
4 雨水处理工艺
影响屋面雨水处理利用的主要因素有屋面雨水蓄积的水量、雨水原水水质与雨水回用部位的水质,三者相互联系,影响着屋面雨水处理成本和运行费用。
世博轴屋面雨水水质较好,在没有初期弃流的情况下,浊度、COD、色度、氨氮、TN和TP等指标在雨水冲刷和稀释的作用下,浓度均较低,同时,处理后的雨水主要用于浇洒和冲厕,这些因素使得雨水在经过常规处理技术后就能满足要求。
本项目采用了混凝/沉淀/过滤/消毒工艺(见图1)。混凝过程投加聚合氯化铝(PAC)混凝剂使悬浮物质产生聚合作用,将水中的污染物质聚集起来后形成较大直径的絮状物质,通过过滤装置将其从水中分离出来。此处采用了集沉淀和过滤工艺于一体的浮动床过滤器。其特点是针对过滤介质的悬浮特性,采用了逆流过滤、无压力顺流再生的工作方式,解决了传统过滤器设备容易堵塞和介质再生效果差、自耗水量高、排污水量大的问题。同时,比一般粒料型过滤器的过滤流速提高了2~3倍,且设备体积、重量大大降低,是粒料型过滤器的替代产品。该过滤器实现了过滤精度与进水压力及流速的自适应性,进水压力增大时,流速加快,过滤层的紧密度增强,相应的过滤精度也提高。雨水经混凝—过滤处理后,再用次氯酸钠溶液进行消毒。
该工艺的成本较低,并有资料表明其对浊度的去除率为73%~88%,对SS的去除率为60%~70%,对色度的去除率为40%~60%,对BOD5的去除率为31%~77%,对COD的去除率为25%~40%,对总磷的去除率为29%~90%。出水水质可以满足市政杂用及景观用水水质标准,是较为经济合理的雨水处理工艺。
本项目雨水回用水量为530 m3/d。利用雨水经处理达到杂用水标准,作为部分冲厕、浇灌等生活用水后,自来水代替率达到75%左右,每年可节约自来水用水量约11.3万m3。
5 建议
(1)由于世博轴正处于施工阶段,雨水水质监测试验不是在现场实施。这会与今后世博轴膜屋面实际的雨水径流污染状况存在差异,建议在条件允许情况下,实地监测世博轴膜屋面径流水质变化。
(2)本研究只收集了秋冬季节的雨水,而降雨径流水质是与很多因素有关的随机事件,需要有大量的资料积累才能更加安全可靠,为了能科学地服务世博轴屋面雨水利用工程,建议监测其雨水径流资料,以便积累更多的数据。
(3)本阶段的雨水存储池水质变化研究时间只有21 d,并且所处环境温度比较低。虽然在此期间雨水水质较好,但对不同贮存条件下的水质变化还有待研究,建议夏季时监测存储池内雨水水质,并且增加监测指标。
摘要：研究解决膜屋面雨水收集、存储、处理和回用系统关键技术,分析比选方便灵活、自动化程度高的一体化雨水利用的成套处理技术,实现屋面雨水净化后用于冲厕及浇灌,为世博园区大型场馆屋面雨水综合利用提供理论依据与技术支持,为示范工程的顺利实施提供支撑。
关键词：世博轴,膜结构屋面,储存池,雨水收集,雨水处理,雨水利用
参考文献
[1]GB50400-2006,建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].
大型屋面雨水 篇7
虹吸是利用重力作用, 在管道内产生局部真空, 而产生虹吸现象。它通过利用能隔离空气的雨水斗实现水、气分离, 开始时由于重力作用雨水不断流向管内, 使管道内逐渐产生真空。当管中的水流呈现压力流状态时, 形成虹吸效应 (密闭的管道系统内形成满流状, 雨水因重力作用在立管处跌落产生虹吸) 。不断进行排水。虹吸 (屋面雨水) 排水系统, 是经过精密的水力计算, 设计的能充分利用水的动能, 在密闭的管道系统中产生连续不断的虹吸作用, 实现快速、高效的排除屋面雨水。它是解决大屋面雨水排放的先进排水技术。
2 压力流雨水排水系统的特点:
广泛适用于各种不同类型、用途的建筑物;管道无需坡度敷设;降低管材的管径;现场施工量减少;更少的材料, 节省安装空间;管道具有自洁能力。从设计到施工简单快捷。适用于各种类型、各种用途的建筑物屋面, 包括平屋顶屋面也能适用, 这一点解决了传统排水方式很难解决排除的问题;其排水悬吊管可作无坡度敷设, 悬吊管始终保持同一高度, 可以腾出更多有效的建筑机电、设备安装空间;相同管径排水泄流量大, 可降低排水管管径或减少排水立管数量, 节约安装空间;管材及管件 (配件) 的使用量减少;所需地下埋管量较少, 有效减少现场施工量和土方开挖、回填工作量;管内水流流速大于1m/s, 能使管道具有很好的自清自洁能力。
3 压力流雨水排水系统的适用条件。
各种屋面排水系统的选择, 除考虑安全性、经济性以外, 主要应根据各种雨水排水系统的特点, 结合不地以及该建筑的实际情况综合分析后确定。
3.1 雨水排水系统应优先考虑外排水, 但要先征得建筑师同意。
3.2 屋面集水优先考虑天沟形式, 雨水斗应设置于天沟内。
3.3 虹吸式屋面雨水排水系统适用于大型屋面的库房、工业厂房、公共建筑等。
3.4 不允许室内冒水的建筑, 应采用密闭系统或外排水系统, 不得采用敞开式内排水系统。
3.5 寒冷地区应尽量采用内排水系统。
3.6 单斗与多斗系统比较, 一般情况下, 优先采用单斗系统。但虹吸式雨水系统悬吊管上接入的雨水斗数量一般不受限制。
4 压力流雨水排水系统的设置
4.1 雨水斗的设置。
布置雨水斗时, 应以伸缩缝或沉降缝作为排水分水线, 否则应在该缝两侧各设置一个雨水斗。雨水斗的间距应按计算确定, 还应考虑建筑物的结构特点, 如柱子的布置等, 一般可采用12～24m, 天沟的坡度可采用0.003～0.006。雨水斗的安装要求, 主要是连接处的密封应不漏水, 按不同水平面上的雨水斗分别设置单独的立管。
4.2 连接管。
连接管应牢固地固定在建筑物的承重结构上, 其管径一般与雨水斗短管的管径相同, 但不宜小于100mm。
4.3 悬吊管。
悬吊管一般沿梁或屋架下弦布置, 并应牢固的固定在其上。其客径不得小于雨水斗连接管管径, 如沿屋架悬吊时, 其管径不得大于300mm。悬吊管长度超过15m时, 靠近墙、柱的地主应设检查口, 且检查口间距不得大于20m.重力流雨水系统的悬吊管管道充满度不应大于0.8, 管道坡度一般不应小于0.005, 以利于流动而且便于清通。虹吸式雨水系统中的悬吊管, 原则上为压力流不需要设坡度, 但由于大部分时间悬吊管内可能处于非满流排水状态, 宜设置不小于0.003的坡度, 以便管道排空。悬吊管与雨水立管连接, 应采用两个45°弯头或90°斜三角。悬吊管不得设置在精密机械设备和遇水会产生危害的产品及原料的上空, 否则应采取预防措施。
4.4 立管。
立管一般沿墙、柱明装, 在民用建筑内, 一般设在楼梯间、管井、走廊等处, 不得设置在居住房间内。立管的管径不得小于与其连接的悬吊管管径。对于重力流雨水系统立管的上部为负压, 下部为正压, 所以立管是处于压力流状态, 排水能力较大。而排水管埋设在地下, 是整个雨水管道系统中容易出问题的薄弱环节, 立管的下端宜采用2个45°弯头或大曲率半径的90°弯头接入排出管。
4.5 排出管。
考虑到降雨过程中常常有超过设计重现期的雨量、或水流掺气占去一部分容积, 所以在雨水排出设计时, 要留有一定的余地。
4.6 埋地横管。
埋地管的最小管径为200mm, 最大不超过600mm, 以保证水流通畅, 便于清通。埋地管不得穿越设备基础及其他地下构筑物;埋地管的埋设深度, 一般可参照排水管道的规定, 在民用建筑中不得小于0.15m。雨水排水系统的管道材料可采用铸铁管、钢管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混凝土管、陶土管。管材屋面计算面积超过5000m2时, 必须设置至少两个独立的屋面雨水排水系统。
5 虹吸式屋面雨水系统的设计计算
虹吸式屋面雨水排水系统按压力流进行计算, 应充分利用系统提供的可利用水头, 以满足流速和水头损失允许值的要求。水力计算的目的是合理确定客径, 降低造价, 使系统各节点由不同支路计算的压力差限定在一定的范围内, 以保证系统安全、可靠、正常地工作。
5.1 虹吸式雨水系统水力计算的一般规定。
为了保障虹吸式雨水排水系统能够维持正常的压力流排水状态, 压力流雨水排水系统应符合以下规定:
5.1.1 雨水斗的设置。
虹吸式雨水斗应设置在天沟或檐沟内, 天沟的宽度和深度应按雨水斗的安装要求确定, 一般沟的宽度不得小于550mm, 沟的深度不得小于300mm.一个计算汇水面积内, 不论其面积大小, 均应设置不少于两个雨水斗, 而且雨水斗之间的距离不应大于20m。屋面汇水最低处应至少设置一个雨水斗, 同一系统中的雨水斗宜在同一个平面上。
5.1.2 几何高度。
悬吊管应低于雨水斗的出口1m以上。雨水排水系统管道中的总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差。
5.1.3 水流速度。
系统中的所有管段, 管道内的设计最小流速应大于1m/s, 以使管道有良好的自净能力。最大流速常发生在立管上, 立管的设计流速宜小于6m/s, 但不宜小于2.2m/s, 以减小流动时的噪音, 但最大有宜大于10m/s。立管底部接至室外窨井的排出管管内流速不宜大于1.5m/s.雨水管系统的出口应放大管径, 出口的水流速度不宜大于1.8m/s, 以减少水流对排水井的冲击, 如出口速度大于1.8m/s, 应采取消能措施, 宜通过消能井溢流至室外排水管道。
5.1.4 水头损失。
雨水排水系统的总水头损失和流速水头之和应小于雨水斗天沟底面与排水管出口的几何高差, 其压力余量宜稍大于100pa。压力流屋面雨水排水系统悬吊管与立管交点 (转折点) 处的最大负压值, 对于金属管道不得大于80kpa;对于塑料管道应视产品的力学性能而定, 但不得大于70kpa。管段计算所得压力值应基本平衡, 即系统中各节点的上游不同支路的计算水头损失之差, 在管径小于等于DN75时, 不应大于10kpa;管径小于等于DN100时, 不应大于5kpa, 否则应高整管径重新计算。
5.2 虹吸式雨水排水系统屋面汇水面积计算的一般要求:
5.2.1一般坡屋面按水平投影面积计算;5.2.2高出汇水面的侧墙, 应将侧墙面积的1/2折算为汇水面积。同一汇水区内高出的侧墙多于一面时, 按有效受水侧墙面积的1/2折算入汇水面积;5.2.3高层建筑裙房屋面, 应附加其高出部分侧墙面积的1/2;5.2.4半球形屋面或斜坡较大的屋面, 其汇水面积等于屋面的水平投影面积与竖向投影面积的1/2相加之和。
根据以上方法计算得出汇水面积再来计算相应雨水设计流量。
雨水设计流量:
Q=k1Ψq.F
式中Q———雨水设计量 (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——径流系数, 屋面一般取0.9
q———设计降雨强度 (L/S.m2)
F———汇水面积 (m2)