高层屋面雨水排水设计与实施

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　　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。
　　关键词：高层建筑；屋面雨水；排水设计；重力流；压力流
　　前言：
　　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。
　　1工程概况
　　中瀚财富广场工程为一类高层建筑，建筑面积为73372.5㎡，地下1层、地上分A、B、C三区,A区共22层，B区共14层，C区共17层,建筑高度99.80M。
　　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：
　　（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。
　　（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＝qjΨFw/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2～5a，重要公共建筑屋面10a；
　　t—降雨历时(min)屋面雨水排水管道按5min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。
　　（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：

　　（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0.15Mpa。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。[!--empirenews.page--]
　　（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。
　　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。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。
　　
　　图一，落地支架图二，架空支架图三，分层灌水实验
　　（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。
　　⑷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：
　　⑴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。
　　⑵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米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。
　　⑶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。
　　参考文献
　　[1]GB5001—2003.建筑给水排水规范2003
　　[2]GB50242—2002.建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范2002
　　[3]CECS57—1994.居住小区给排水设计规范
　　[4]给水排水设计手册