某大型公建屋面虹吸雨水排水設計探究

張佳杰

摘 要：虹吸式雨水排水系統是近十幾年應用較多的一種屋面排水形式，文章結合具體工程實例介紹了該排水系統的基本特點，詳細闡述了整個系統的水力計算方法及具體設計要求。

關鍵詞：虹吸式雨水排水；雨水量；懸吊管

虹吸式雨水排水是指排水管內雨水在負壓的抽吸作用下流動的一種排水系統。它與傳統的重力流屋面雨水排水系統相比，具有，敷設無需坡度，管道布置靈活，占用空間小的特點。就相同的雨水排水量而言，虹吸式系統所需雨水立管的數量和管徑遠小于重力流系統，系統可以有效提高建筑的空間利用率，從而減少整個工程投資造價。正是憑借自身的特點該系統得到了廣泛的應用，特別是在有效解決大面積、大跨度的公共建筑物的屋面雨水排水方面。

1 工程概況

本項目為一座的大型商業綜合建筑，位于遼寧省朝陽市建平地區，其中商業部分共6層，高度31.45m，屋面面積9817m2；局部辦公樓部分共11層，高度45.8m，屋面面積816m2。屋面均采用虹吸式雨水排水。

2 屋面雨水排水設計

2.1 屋面雨水量計算。根據《建筑給水排水設計規范》（GB 50015-2003）4.9.5條規定，一般性建筑屋面的設計重現期為2～5年，重要公共建筑屋面為10年。

暴雨強度公式：

屋面排水區域劃分圖示（右圖）：

2.2 管網水力計算

（1）管道壓力計算公式：

式中P—節點壓力；H—節點位高；h—節點前各管段水頭損失之和（管段水損失包括沿程和局部水頭損失）；v—節點處的管內流速；g—重力加速度。

（2）管道計算要求：懸吊管設計流速不宜小于1.0 m/s，立管的流速不小于2.2 m/s，排水管系出口流速不宜大于2.5 m/s，保證懸吊管內無淤泥；管道內最大負壓值應小于0.08 MPa；各節點壓力差值不超過0.1 MPa，能滿足壓力平衡要求.

（3）管道水力計算以屋面雨水排水區域1即YL-1為例：

排水系統原理圖

水力計算表

編號 流量（L/s） 管長（m） 管徑（mm） 流速（m/s） 水力坡降 局阻系數 管道損失（m） 起點負壓（m）

1-2 15.16 1 90 2.80 0.084 2.65 1.145 0

2-3 15.16 0.68 90 2.80 0.084 1.05 0.477 -0.55

3-4 15.16 12.06 90 2.80 0.084 0.6 1.249 -1.02

4-5 30.33 2.66 110 3.74 0.113 1 1.014 -2.58

5-6 45.49 14.4 125 4.35 0.129 1.8 3.596 -3.85

6-7 45.49 26.99 125 4.35 0.129 1.1 4.549 6.95

7-8 45.49 33.22 125 4.35 0.129 1.1 5.354 2.40

8-9 45.49 7.27 125 4.35 0.129 1.15 2.048 -2.95

9-10 45.49 32.45 110 5.61 0.24 2.4 11.629 -5.63

10-11 45.49 8.75 160 2.66 0.039 0.15 0.397 16.43

11-12 45.49 5 200 1.70 0.013 0 0.066 16.24

13-14 15.16 1 75 4.055 0.205 2.65 2.427 0

14-4 15.16 0.68 90 2.803 0.084 1 0.457 -1.83

15-16 15.16 1 75 4.055 0.205 2.65 2.427 0

16-17 15.16 0.68 90 2.803 0.084 1.05 0.477 -1.83

17-5 15.16 9.91 90 2.803 0.084 1 1.23 -2.30

最大損失路徑： 12-11-10-9-8-7-6-5-17-16-15，總損失：31.77 m，剩余壓頭：16.08 m。最小損失路徑： 12-11-10-9-8-7-6- 5-4-3-2-1，總損失：31.52 m， 剩余壓頭：16.33 m。系統可用高差： 47.85 m， 要求最大平衡誤差： 0.51m， 計算最大平衡誤差： 0.25m，滿足工程要求。

3 系統設計要求

3.1 虹吸雨水排水系統天溝無需做坡度，并應保證水平。屋面及天溝須設置溢水口。溢流口有效水深大于100mm。

3.2 排出管在接入排水溝前需放大管徑，以減小水流對溝壁的沖擊。與排出管連接的雨水檢查井應能承受水流的沖力，應采用鋼筋混凝土結構。

3.3 懸吊管與雨水斗出口的高差應大于l m；立管檢查口設置在離室內地面1.0m處，雨水排至室外第一個雨水井，出戶長度暫按5m計。水平管懸吊系統應防晃動、抗振動、抗伸縮性好

3.4 雨水斗安裝于金屬屋面天溝內， DN75 雨水斗天溝寬度應大于 500 mm。多只雨水斗的排水系統，靠近主立管的雨水斗支管不可以直接與主立管相接，應接在水平懸吊管上。

3.5 排水系統的緊固件應采用與系統管道配套的專用管道固定系統。金屬緊固件的里層和外層均應做好防腐處理，固定吊架處采用止動管卡或采用特殊防滑動管件，明露管道支架應美觀。

3.6 設計時應選用泄水量大、斗前水深小、攔污能力強的雨水斗，雨水斗的進水口應水平設置與安裝，高度應能保證天鉤或屋面的雨水通過雨水斗排凈。

4 設計中注意的問題

4.1 管道安裝：虹吸雨水排水系統管道內水流速較快，對管道有較大的沖刷作用和較好的沖刷潔凈作用，但同時也對管道產生一定的振動力，管道要進行抗震考慮，安裝管道的固定件必須承受滿流時的重量和作用力；同時，管道位置應方便維修，不宜設置在結構柱等承重結構內。

4.2 溢流及其設置：虹吸雨水排水系統對溢流有一定倚賴性，應考慮溢流裝置設置位置能保證雨水能夠通暢到達，溢流設置高度應根據建筑屋面允許的最高溢流水位因素確定，最高溢流水位應低于建筑屋面允許最大積水深度。

5 結語

對于大面積屋面雨水排水而言，采用虹吸系統可以有效地減少排水系統的立管數，增強排水效果較好。但虹吸式排水系統也有其自身的局限性和適用條件。對于高度小，或者屋面非大跨度、大面積的建筑，虹吸式雨水排水系統的則反而沒有優勢。所以在設計屋面雨水排水系統時，應根據建筑整體結構，并結合屋面布局形式，選擇適當的雨水排水形式。

參考文獻

[1] 徐志通，童球.壓力流（虹吸式）屋面雨水排水系統的設計與應用[J].給水排水，2002，28（6）：48-53.

[2] 潘俊杰，何蓉.壓力流虹吸式屋面雨水排水系統的設計與應用探討[J].中國給水排水，2011，27 （14）：27-30.