虹吸系統(tǒng)吊架梁設(shè)計(jì)分析

盤洪玉 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 六安 237161）

1 引言

以美觀和實(shí)用性為出發(fā)點(diǎn)，越來越多的工業(yè)廠房排水系統(tǒng)采用虹吸排水系統(tǒng)進(jìn)行屋面雨水的收集。采用虹吸排水系統(tǒng)的工程，雨水管通常需要懸掛在虹吸吊架梁之上。現(xiàn)有很多項(xiàng)目在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，忽略了此部分的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在工程實(shí)施過程中，增加了施工難度和工程造價(jià)。本文提出虹吸吊架梁的兩種選擇方式，一種是屋面檁條作為虹吸吊架梁，另一種是單獨(dú)布置虹吸吊架梁。合理選擇虹吸吊架梁的形式，既能方便現(xiàn)場(chǎng)施工安裝，又可降低工程造價(jià)。

虹吸式排水是液態(tài)分子間引力與位差能造成的。即利用水柱壓力差，使水上升再流到低處。由于管口水面承受近似相同的大氣壓力，水柱短的一側(cè)合壓力大而水柱高的一側(cè)合壓力小，水會(huì)由合壓力大的一邊流向合壓力小的一邊，直到兩邊的合壓力相等，容器內(nèi)的水面變成相等高度，水就會(huì)停止流動(dòng)。利用虹吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。

圖1 虹吸現(xiàn)象

圖2 雨水懸吊管及懸吊系統(tǒng)示意

圖3 虹吸系統(tǒng)在工程內(nèi)部的示意

虹吸排水系統(tǒng)包含虹吸式雨水斗、雨水懸吊管、方型鋼管導(dǎo)軌、螺紋桿等構(gòu)件。

在進(jìn)行虹吸吊架梁設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定虹吸雨水管的管徑及對(duì)應(yīng)的荷載。若虹吸系統(tǒng)懸掛于屋面檁條時(shí)，在屋面檁條設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將虹吸系統(tǒng)的荷載輸入其中；采用單獨(dú)虹吸吊架梁時(shí)，按照簡(jiǎn)支梁輸入荷載并完成截面優(yōu)選。

2 實(shí)例分析

2.1 工程信息

某單層門式剛架工業(yè)廠房，屋面為單脊雙坡屋面，檐口結(jié)構(gòu)標(biāo)高為11.00m，屋面坡度為5.0%，柱距為8.0m。屋面恒荷載為0.30kN/m2，活荷載為0.30kN/m2（計(jì)算檁條時(shí)取0.50 kN/m2），風(fēng)荷載為0.30kN/m2（50年），雪荷載為0.70kN/m2（100年）。虹吸管道最大部分管徑規(guī)格為De200。

2.2 虹吸吊掛方式一：懸掛于檁條

圖4 懸掛于單根檁條

圖5 懸掛于兩根檁條

圖6 懸掛于多根檁條

虹吸管道管徑對(duì)應(yīng)的荷載

圖8 懸掛虹吸系統(tǒng)的檁條設(shè)計(jì)參數(shù)輸入二

圖9 懸掛虹吸系統(tǒng)的簡(jiǎn)支梁計(jì)算

使用PKPM軟件進(jìn)行模擬計(jì)算（優(yōu)先采用懸掛于單根檁條）根據(jù)工程輸入實(shí)際參數(shù)調(diào)整截面直至滿足受力要求。最終邊跨檁條截面采用冷彎薄壁Z型鋼Z300×80×25×3.0，中間跨截面為 Z300×80×25×2.5，材質(zhì)為 Q345B。

2.3 虹吸吊掛方式二：懸掛于單獨(dú)虹吸吊架梁

使用PKPK工具箱進(jìn)行模擬計(jì)算。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況輸入各參數(shù)后，進(jìn)行截面優(yōu)選。

最終虹吸吊架梁的截面為矩形管180×100×4.0，材質(zhì)為 Q235B。

3 結(jié)論

工程項(xiàng)目若采用虹吸排水系統(tǒng)時(shí)，常用的方式是懸掛于檁條或單獨(dú)設(shè)計(jì)虹吸吊架梁。為減少工程用鋼量和降低工程造價(jià)，可優(yōu)先選擇懸掛于檁條之上。但是在進(jìn)行檁條設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮虹吸系統(tǒng)的荷載。

本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情況，簡(jiǎn)要分析常見的兩種虹吸吊掛梁的選擇，可為今后類似工程提供參考。