摘要:本文針對(duì)多跨工業(yè)廠房從多個(gè)角度分析如何合理設(shè)計(jì)屋面雨水排水系統(tǒng),分析了各種屋面雨水排水形式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件,總結(jié)屋面雨水排放方案的選擇原則。
關(guān)鍵詞:屋面雨水,重力流,虹吸壓力流
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生產(chǎn)工藝的日新月異,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了許多大型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房,該類廠房在建筑型式上一般表現(xiàn)為多跨聯(lián)合輕鋼結(jié)構(gòu),如圖1所示。為減輕荷載、節(jié)約初期投資成本,一般使用壓型鋼板屋面,由于壓型鋼板與壓型鋼板之間、天溝與屋面的連接處均有搭接焊縫,當(dāng)天溝內(nèi)排水不暢時(shí),天溝中的水位高度超過(guò)搭接焊縫,雨水就可能從搭接焊縫處滲入室內(nèi),引起屋面漏水,從而造成不必要的財(cái)產(chǎn)損失。因此,能否迅速及時(shí)地排除屋面雨水在大型多跨工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中尤為重要。
筆者從事給排水設(shè)計(jì)工作六年多以來(lái),遇到過(guò)一些上述類型的多跨工業(yè)廠房,為使屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)在廠房使用期間達(dá)到良好的效果,需要精心設(shè)計(jì)和良好的溝通協(xié)調(diào),現(xiàn)從以下幾個(gè)方面談?wù)勛约旱南敕ê腕w會(huì)。
1 關(guān)于壓型鋼板自防水屋面和卷材防水屋面的選擇
多跨工業(yè)聯(lián)合廠房屋面是否采用卷材防水屋面是在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)該確定的問(wèn)題,這對(duì)設(shè)計(jì)屋面雨水排水系統(tǒng)的參數(shù)取值和排水方式至關(guān)重要。近年來(lái),隨著全球氣候的變暖,百年一遇的暴雨經(jīng)常不期而至,而工業(yè)廠房屋面的暴雨重現(xiàn)期一般設(shè)計(jì)為10年,這顯然不能應(yīng)對(duì)極端天氣。通過(guò)大量的研究和實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)證明,即使囿于初期投資成本的限制,鋼結(jié)構(gòu)屋面應(yīng)優(yōu)先選擇卷材防水屋面,這樣可以有效降低屋面雨水滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。工程上可供選擇的防水類型有PVC卷材、SBS卷材、TPO卷材等,可根據(jù)項(xiàng)目的投資情況選擇。根據(jù)建筑防火規(guī)范的條文內(nèi)涵,如果采用了卷材防水屋面,屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的暴雨強(qiáng)度和暴雨重現(xiàn)期可以選擇較小值。反之,屋面設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度應(yīng)乘以1.5倍的安全系數(shù)。實(shí)際做項(xiàng)目的過(guò)程中,甲方一般對(duì)屋面雨水的問(wèn)題重視度不夠,給排水工程師即使及時(shí)提出了設(shè)計(jì)方的想法和設(shè)計(jì)理念,但往往由于增加了不少成本而不得不屈服于甲方的意志。到了廠房使用期間,一旦出現(xiàn)了超過(guò)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期的雨水,極易引起廠房漏雨甚至屋面坍塌,由此帶來(lái)的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于卷材防水屋面的投資成本??傊?,在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段應(yīng)聯(lián)合建筑專業(yè)努力說(shuō)服甲方采用卷材防水屋面,而不要因小失大。
2 關(guān)于重力流外排水和重力流內(nèi)排水系統(tǒng)的選擇
從安全角度出發(fā),所有建筑物屋面雨水排水應(yīng)優(yōu)先考慮采用外排水系統(tǒng)。外排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全、便于施工維修。多跨工業(yè)聯(lián)合廠房由于它特殊的形體和構(gòu)造,外排水系統(tǒng)不能用于排除或者不能全部排除其屋面的雨水,這就需要采用內(nèi)排水系統(tǒng)。內(nèi)排水系統(tǒng)是外排水系統(tǒng)不能采用時(shí)一種替代辦法,內(nèi)排水系統(tǒng)存在諸多弊病:①內(nèi)排水系統(tǒng)需要室內(nèi)埋地管道和密閉式檢查井,檢修困難,檢查井如果施工處理不好,會(huì)引起檢查井冒水的情況;②埋地雨水管道管徑較大,難免與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)發(fā)生沖突而引起埋深增加;③埋地管道要考慮通氣;④如果采用懸吊管排水,管徑大且需要一定的坡度,管道占用較大的空間,客觀上會(huì)增加廠房高度。因而在最大的可能范圍內(nèi)應(yīng)采用外排水系統(tǒng),除非在外排水系統(tǒng)無(wú)法解決的區(qū)域內(nèi),方可采用內(nèi)排水系統(tǒng)排除該區(qū)域內(nèi)的屋面雨水。外排水和內(nèi)排水系統(tǒng)雖一字之別,但在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中是由兩個(gè)不同的專業(yè)設(shè)計(jì)人員來(lái)承擔(dān)設(shè)計(jì)的,外排水系統(tǒng)由建筑專業(yè)設(shè)計(jì),內(nèi)排水系統(tǒng)則由給排水專業(yè)設(shè)計(jì),這就為內(nèi)、外排水系統(tǒng)的合理統(tǒng)一增加了難度。有時(shí)建筑專業(yè)的設(shè)計(jì)人員一看需內(nèi)排水系統(tǒng),就把自己應(yīng)該設(shè)計(jì)的外排水部分全部推給給排水設(shè)計(jì)人,而如果給排水專業(yè)的設(shè)計(jì)人又不能說(shuō)服與自己配合的建筑專業(yè)設(shè)計(jì)人,把本該外排水系統(tǒng)的內(nèi)容納入內(nèi)排水系統(tǒng)中,必然產(chǎn)生一個(gè)不合理的屋面排水設(shè)計(jì)方案。我們應(yīng)該說(shuō)服建筑專業(yè)設(shè)計(jì)人員采用外排水系統(tǒng)解決所有可以用外排水系統(tǒng)排除的屋面雨水。而內(nèi)排水系統(tǒng)僅解決那部分用外排水系統(tǒng)無(wú)法解決的屋面雨水排水。因此,要真正確定好設(shè)計(jì)方案,不僅僅純屬一個(gè)技術(shù)問(wèn)題,還要學(xué)會(huì)與相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員溝通合作。
3關(guān)于單斗系統(tǒng)和多斗系統(tǒng)的選擇
《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015—2003(2009年版)規(guī)定:重力流雨水排水系統(tǒng),宜采用單斗排水。當(dāng)采用多斗排水時(shí),懸吊管上連接的雨水斗不得多于4個(gè)。筆者認(rèn)為在異天溝多斗系統(tǒng)中應(yīng)嚴(yán)格控制雨水斗個(gè)數(shù),實(shí)際上也等于嚴(yán)格控制同系統(tǒng)中的異天溝數(shù)。筆者認(rèn)為多斗系統(tǒng)如在同天溝內(nèi)以4個(gè)雨水斗為界無(wú)多大意義。因?yàn)閷?duì)于同天溝多斗系統(tǒng)來(lái)說(shuō),天溝中雨水涌水高度的變化使雨水斗泄水量也隨之變化,系統(tǒng)的總排水功能也隨之增減。涌水高度增高,系統(tǒng)排水總量增加。而同天溝中各坡段的涌水高度在同一多斗系統(tǒng)區(qū)間應(yīng)可相互調(diào)整到同一水平。所以斗的多少遠(yuǎn)近均不是主要因素,只要整個(gè)系統(tǒng)總排水量大于其所擔(dān)負(fù)的匯水面積的雨水總量,而且該系統(tǒng)中雨水斗排水量亦大于總雨水量,多頭系統(tǒng)區(qū)域就不會(huì)發(fā)生問(wèn)題的。也就是說(shuō)對(duì)于同天溝多斗系統(tǒng),雨水斗總數(shù)多于4個(gè)是可行的。但僅限于同天溝系統(tǒng)。如異天溝系統(tǒng)雨水斗不得多于4個(gè),而且單斗最好。
4 關(guān)于同天溝和異天溝系統(tǒng)的選擇
上面已經(jīng)指出,在多跨工業(yè)廠房的雨水內(nèi)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,同天溝系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn):天溝中雨水高度到一定程度可各區(qū)段調(diào)整,從而消除各雨水斗基于其他原因而排水量不同的影響;懸吊管上多幾個(gè)雨水斗也不會(huì)造成事故;即使懸吊管大點(diǎn),一般同天溝系統(tǒng)懸吊管只能固定在承重柱上,因而穩(wěn)定、安全;同天溝系統(tǒng)較異天溝系統(tǒng)容易安裝、檢修。通常多跨廠房,可設(shè)計(jì)成同天溝系統(tǒng),也可設(shè)計(jì)成異天溝系統(tǒng),有時(shí)兩種系統(tǒng)總管材用量幾乎相當(dāng),但基于上述優(yōu)點(diǎn),我們沒(méi)有理由不首先采用同天溝排水系統(tǒng)。
5 關(guān)于懸吊管和埋地管的選擇
雨水斗導(dǎo)入懸吊管經(jīng)立管至戶外,這是常常采用的設(shè)計(jì)系統(tǒng),懸吊管架空敷設(shè)。如為異天溝系統(tǒng),懸吊管一般沿屋架敷設(shè)固定;如為同天溝系統(tǒng),懸吊管一般順柱子軸線架空固定在柱子上。可在東北寒冷地區(qū)卻要雨水管埋地敷設(shè),筆者認(rèn)為在這些地區(qū)埋地較為合理,埋地有防凍、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。但埋地系統(tǒng)耗費(fèi)管材,不經(jīng)濟(jì),有時(shí)還會(huì)發(fā)生頂脫井蓋、雨水噴流而使業(yè)主蒙受損失。要避免事故,埋地系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),暴雨重現(xiàn)期應(yīng)大于10年,而且埋地管道的管徑和坡度均應(yīng)精確計(jì)算,還要留有余量和安全系數(shù),同時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢修。
6 關(guān)于半有壓流排水系統(tǒng)和虹吸(壓力流)排水系統(tǒng)的選擇
屋面雨水系統(tǒng)可按不同的流態(tài)設(shè)計(jì),有壓流態(tài)、無(wú)壓流態(tài)和半有壓流態(tài)(亦稱過(guò)渡流態(tài)),管道中的水流狀態(tài)隨管道進(jìn)口頂部的水面深度而變化,水面深度則隨降雨強(qiáng)度而變化。大型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房多按照半有壓流和有壓流設(shè)計(jì)屋面雨水系統(tǒng),因此無(wú)壓流態(tài),即重力流雨水系統(tǒng)不再詳述。半有壓流態(tài)是氣水混合流態(tài),主要采用65型和87型雨水斗,雨水斗之間標(biāo)高位置要求較寬松,具有整流和頂板隔氣的功能,在降雨過(guò)程中,管道內(nèi)的流態(tài)依次表現(xiàn)為重力流、過(guò)渡流,甚至有壓流,系統(tǒng)設(shè)計(jì)要預(yù)留余量,排除超設(shè)計(jì)流量雨水,因而管徑較大,占用室內(nèi)空間較大,但系統(tǒng)整體造價(jià)較低。相比而言,有壓流態(tài)(虹吸)是單相流態(tài),雨水斗采用虹吸雨水斗,具有整流(反渦流)和面板隔氣的功能,雨水斗之間標(biāo)高位置要求嚴(yán)格。在降雨過(guò)程中,管道內(nèi)的流態(tài)依次表現(xiàn)為重力流、過(guò)渡流和有壓流。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮溢流設(shè)施,超設(shè)計(jì)流量雨水無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng),依賴溢流設(shè)施排除,屋面溢流頻率比半有壓流雨水系統(tǒng)頻率高。虹吸雨水系統(tǒng),管徑較小,占用室內(nèi)空間較小,管材耗用省。系統(tǒng)的水力計(jì)算較復(fù)雜,整體造價(jià)較高。
一般建筑屋面和長(zhǎng)天溝外排水采用65型或87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng),其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于其他系統(tǒng)。廠房、庫(kù)房或公共建筑的大型屋面,尤其當(dāng)雨水懸吊管受到室內(nèi)空間限制時(shí),優(yōu)選虹吸式雨水系統(tǒng)。87斗雨水系統(tǒng)一根懸吊管連接的雨水斗數(shù)量不應(yīng)超過(guò)4個(gè),這一點(diǎn)虹吸雨水系統(tǒng)也優(yōu)于87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)。在實(shí)際工程中,遇到過(guò)一些擴(kuò)建廠房與現(xiàn)有廠房接建的情況,新舊廠房搭接成M形的大型屋面,搭接處設(shè)置一條天溝,接收分別來(lái)自新舊廠房的屋面雨水。這種情況下,雨水量較大,如果采用87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng),管徑會(huì)較大,筆者多采用虹吸屋面雨水收集系統(tǒng),懸吊管管徑較小,管道敷設(shè)坡度小,可以節(jié)省室內(nèi)空間,而且整體造價(jià)比較,虹吸系統(tǒng)也不會(huì)很高。屋面溢流部分,除了可在天溝兩端設(shè)置溢流口外,虹吸系統(tǒng)還可以在中間或端部設(shè)虹吸溢流雨水斗,將溢流雨水通過(guò)雨水管散排至室外,溢流排水方式比較靈活。
7結(jié)論
屋面雨水排放形式的選擇,受業(yè)主的偏好、項(xiàng)目投資、地理位置、廠房屋面面積等因素影響很大,從安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮,總體原則如下:能選擇防水屋面,盡量選擇防水型屋面,具體的防水材料可根據(jù)安全性和成本因素綜合考慮確定;能選擇外排水,盡量選擇外排水,能地面上排水盡量選擇地上式排水,不能選擇外排水的優(yōu)先設(shè)計(jì)為虹吸壓力流排水;在重力流設(shè)計(jì)中,多斗系統(tǒng)即可用同天溝又可用異天溝時(shí),應(yīng)盡可能的設(shè)計(jì)同天溝多斗系統(tǒng),采用懸吊管還是埋地應(yīng)視地理位置和氣象參數(shù)而定。
總之,多跨高大工業(yè)廠房的雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),還要與建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)密切配合,共同研究,根據(jù)廠房型式和構(gòu)造特點(diǎn),全面綜合分析考慮問(wèn)題,形成一個(gè)最優(yōu)的屋面雨水排放設(shè)計(jì)方案。
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