高層建筑排水管道系統的排水特性分析

齊玉鐸 胡建坤

摘要：由于高層建筑使用和居住的人數眾多，所以其排水管道系統經常會因為超出荷載而產生諸多的問題，產生了排水管道系統內的隱患，對排水系統的正常運行造成了影響，因此，研究高層建筑排水管道系統的排水特性對高層建筑排水系統的使用有著非常重要的意義。

關鍵詞：高層建筑;排水管道系統;排水特性

排水管道系統作為高層建筑中功能系統的重要組成部分，更需要對其進行深入的研究。同時，由于高層建筑的建設地點不同，建設高度不同和建設特征不同等差異，因此更需要對其排水性能進行差異化的分析，通過多種實驗方法來共同進行，確保高層建筑排水管道系統排水性能的穩定。

1、排水管道對排水特性的影響

本次研究選擇了雙立管排水系統作為研究對象，在高層建筑的排水管道中，氣體和液體在進行碰撞的時候會產生一定的物理反應，這樣就會導致排水管道內的壓力瞬間產生出較大的變化，對保持管道的穩定性是非常不利的。因此需要在排水系統中設置專用的通氣管道，這也就是本文所研究的雙立管排水系統。

考慮到普通民用高層建筑的特點，本次實驗選擇了高層建筑的中間樓層：15層，在排水管道上安裝壓力傳感器，通過壓力傳感器來檢測不同流量情況下的系統最大壓力變化值和最小壓力變化值。

最終研究結果顯示：排水流量會直接的影響到排水系統內的壓力。當排水流量都為3.6L/s的時候，排水系統內正壓和負壓的變化值分別為300Pa和-301Pa，在排水流量達到4L/s的時候，排水系統內的正壓和負壓變化值分別為440Pa和-410Pa，符合正常UPVC排水管的壓力標準。再次，我們取本次實驗的中間值，普通的雙立管排水系統，排水管材為UPVC，在高層建筑15層的通水能力在3.6L/s—4L/s之間。

同時，本次的研究結果還證明：當排水系統的總高度大于10層，那么排水管道的正壓力和負壓力都會出現較大的變化，我們以通水能力在3.8L/s進行計算，當水流以3.8L/s進行排水的過程中，排水系統內的正壓為388Pa，負壓為401Pa，壓力波動大都集中在400Pa左右，因此可以看出，10層以上高層建筑的通水能力是根據由排水管道內的正壓和負壓共同決定的。

我們再來研究10層或10層以下的數據，研究結果表明，在高層建筑10層及10層以下的排水系統中，排水管道的負壓變化較大，且變化波動的程度要遠遠的大于正壓。通過結果我們可以看出，排水系統中的排水特性是根據排水系統中的壓力所決定的，并且隨著高層建筑高度的不同，影響其壓力的壓力源也不同。

2、單立管排水系統的排水特性對比

2.1單立管系統的通水能力

臧振武在其碩士論文中以排水系統15層排水，并在系統14層至1層安裝壓力傳感器，用以實時監測排水系統各樓層的壓力變化情況，由于天氣因素會對實驗結果產生一定干擾，在實驗塔的15層和33層安裝了多功能便攜式氣象站，以求掌握實驗時的外界因素，保證實驗數據的準確性。經過實驗發現當普通UPVC單立管排水系統在高層部分采用定流量方式以2.5L/s的流量排水時，系統氣壓波動比較明顯，隨著樓層高度降低，負壓的變化幅度逐漸減小。

2.2樓層的壓力分布

相關的研究表明在15層以同等大小流量排水時，發現對于同一排水流量排水系統各層最大壓力值變化隨樓層降低而增大，當流量為0.5L/s時，排水系統各層最大壓力變化幅度較小，當流量為2.5L/s時，變化幅度最大。流量不管多大，系統最大壓力變化所在的樓層均為最低層，當壓力檢測樓層一致且頂層排水流量相同時，壓力變化幅度隨流量增大而增大，流量越小時壓力隨樓層的變化越不明顯。

2.3排水檢測方法的特性對比

相關的實驗表明，普通UPVC單立管排水系統以定流量排水時，系統各層的通水能力比較穩定，變化范圍在1.8L/s—2.2L/s，并且表現出通水能力隨系統高度降低有緩慢增大的趨勢。同時發現在排水時間間隔為1s時，對排水安全最不利，以定流量檢測方法時，系統壓力減小幅度不大，采用瞬間流檢測方法時，系統壓力減小幅度較大，當排水流量大小一定時，負壓變化值均大于正壓變化值，因此在建筑排水系統設計時要確保高層部分的通氣能力。

3、雙立管排水系統的排水特性

3.1雙立管系統的通水能力

通過相關的實驗發現，雙立管系統最大正壓變化值、最大負壓變化值均隨排水流量的增加而增大。當流量在3.8L/s時，達到破封的判定標準;通過不同流量時系統的壓力變化值發現雙立管排水系統在緩解正壓變化與負壓變化方面均有比較明顯的效果，系統較高時，雙立管排水系統的排水安全方面更加可靠。

3.2各樓層的壓力分布

通過不同流量下的正壓分布可以看出，對于同一排水系統，在相同的樓層位置，排水流量越大該層的壓力變化值越大，壓力隨流量的變化規律更為突出。其次是與單立管系統相比，雙立管系統壓力變化值隨測壓樓層的變化規律更為明顯，單立管系統的結構相對簡單，補氣方式比較單一，雙立管系統負壓變化的規律性相對較弱。

4、排水管件對排水特性的影響

4.1彎頭對排水特性的影響

本次實驗分別采用立管底部的45度彎頭和90度彎頭，通過對比不同角度彎頭排水過程中所產生的數據來分析其對排水特性的影響。

實驗結果表示，當使用90度彎頭來連接排水管的時候，如果排水流量大于1L/s，水流所引起的最大正壓要大于45度的配件，如果流量較小，那么90度和45度的壓力值無太大變化。

此實驗結果表明，不同角度的彎頭會產生不同的排水特性，在高層建筑的排水系統中，水和氣是并存的，如果層數較低，那么當水和氣共同下落的時候，所產生的速度較小，動能較弱，并不會引起太大的水躍現象，如果層數較高，下降速度較快，水躍現象較為嚴重，那么則應該采取45度的彎頭，這樣當進行排水管的連接時，管道內部的斷面會大于90度的彎頭，這樣就會平穩管道內的氣體，降低壓力的變化幅度。

4.2管坡對排水特性的影響

在測試管坡的時候，實驗采取45度的彎頭，排水管坡度分為0.026和0，其余參數與上述實驗一致。

實驗結果顯示，當排水管坡度為0.026的時候，系統最大負壓值為-350Pa，當排水管的坡度為0的時候，系統最大負壓的變化值為-220Pa。產生這一變化的主要原因為：當坡度為0的時候，排水管內的氣體和水體進入到排水管并下降的速度幾乎為0，因此，這種下落的狀態會產生必要的負壓變化。

在正壓的實驗中，當坡度為0.026的時候，排水管內的正壓為209Pa，當坡度為0的時候，排水管內的正壓為195Pa，由此可以看出，坡度的大小對排水系統內正壓的影響不大。但從實際的情況來說，高層建筑中的很多排水設備都需要一定的坡度，所以，在實際設計的過程中，排水管道仍然需要一定的坡度。

結語

前人主要通過經驗法、終限理論法、實測法對高層建筑排水管道系統特性進行了研究，發現當排水點樓層為15層時，達到了水封破壞的判定值，定流量排水檢測方法的壓力變化值受排水點樓層高度影響的規律性更明顯，排水支管坡度對單立管排水系統的最大正壓變化值和最大負壓變化值均會產生一定影響，在以后的高層排水管道系統建設中需要通過多種實驗方法來共同進行，以此確保高層建筑排水管道系統排水性能的穩定，通過對排水特性的研究有利于為建筑排水設計提供數據參考。

參考文獻：

[1]何傳正.排水系統水封設計的新概念[J].給水排水，2014（3）.

[2]袁玉梅.特殊單立管排水系統在我國的發展[J].建筑給排水，2015（4）.