工業(yè)建筑廠房屋面虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

譚雪瑩

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州510010）

1 工程概況

阜陽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)園建設(shè)項(xiàng)目位于阜陽市阜南區(qū)，臨潁大道南側(cè)、張寨路東側(cè)、潁水路北側(cè)、朱寨路西側(cè)省道S308與省道S202從經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)穿過，并與阜淮高速互通，向北直通阜陽市，交通十分便捷。項(xiàng)目總用地面積221077m2，總建筑面積27144m2，產(chǎn)業(yè)園內(nèi)共建設(shè)14棟工業(yè)廠房，以產(chǎn)業(yè)園內(nèi)某一棟廠房為分析對象，進(jìn)行屋面虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析。該棟工業(yè)廠房為7×7標(biāo)準(zhǔn)化廠房，層數(shù)為3層，建筑高度23.8m，建筑面積為23977m2，屋面面積約8000m2，虹吸雨水設(shè)計(jì)范圍需根據(jù)屋面的伸縮縫分隔情況進(jìn)行劃分[1]，廠房辦公區(qū)和生產(chǎn)區(qū)之間設(shè)置有伸縮縫，故屋面虹吸雨水設(shè)計(jì)范圍為生產(chǎn)區(qū)的屋面范圍，設(shè)計(jì)范圍約6200m2。辦公區(qū)的屋面由于建筑匯水區(qū)域劃分較小，采用重力流排水系統(tǒng)。

2 屋面匯水面積

工業(yè)廠房屋面為混凝土屋面，形狀規(guī)則、面積大，需根據(jù)建筑屋面設(shè)計(jì)、找坡方向及排水溝設(shè)置等因素合理地劃分雨水匯水區(qū)域[2]。根據(jù)《虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》3.1.6條規(guī)定：匯水面積大于2500m2的大型屋面，宜設(shè)置不少于2套獨(dú)立的虹吸式屋面雨水系統(tǒng)[3]。匯水面積按照屋面的水平投影面積計(jì)算，高出屋面部分的側(cè)墻面積按50%投影面積折算匯水面積。根據(jù)建筑屋面的設(shè)計(jì)，該棟廠房屋面共劃分為6個匯水區(qū)域，共設(shè)6套虹吸雨水系統(tǒng)（系統(tǒng)編號：HYL-1～6）。屋面匯水分區(qū)劃分如圖1所示。

圖1 屋面匯水分區(qū)平面

混凝土屋面排水溝設(shè)計(jì)寬度500mm，深度300～500mm，滿足虹吸雨水斗前水深要求，可有效形成虹吸，增強(qiáng)排水能力。根據(jù)《建筑屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》，雨水斗規(guī)格50mm，斗前水深≤47.6mm；雨水斗規(guī)格75mm，斗前水深≤59.0mm；雨水斗規(guī)格100mm，斗前水深≤70.5mm[4]，壓力流排水系統(tǒng)的集水溝有效深度不宜小于250mm，排水溝深度滿足要求。

3 雨水量分析

阜陽市降水量年際變化大，年平均降水量在963mm左右，大雨和暴雨日數(shù)平均每10年增加0.4d，小時最大降水強(qiáng)度平均每10年增加3mm，強(qiáng)降水、尤其是短時強(qiáng)降水事件的發(fā)生頻率在增加。虹吸雨水排水系統(tǒng)雨水量計(jì)算參照阜陽市暴雨強(qiáng)度公式，根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021），具有20年以上自記雨量記錄的地區(qū)，暴雨強(qiáng)度公式應(yīng)采用年最大值法。設(shè)計(jì)采用的暴雨強(qiáng)度公式為：q=2242.494（1+1.408LgP）/（t+15.517）0.749。

按照設(shè)計(jì)重現(xiàn)期10年，5分鐘降雨歷時，屋面徑流系數(shù)取1.0，安全系數(shù)取1.5進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度計(jì)算，暴雨強(qiáng)度q=5.62L/s·ha。虹吸雨水排水系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)的總排水能力按重現(xiàn)期50年，5分鐘降雨歷時設(shè)計(jì)。屋面為混凝土屋面，溢流措施采用在女兒墻開溢流口的形式，無須單獨(dú)設(shè)計(jì)溢流管道系統(tǒng)。

經(jīng)計(jì)算，虹吸雨水排水系統(tǒng)匯水總流量為524L/s。根據(jù)《建筑屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》，雨水斗的最大設(shè)計(jì)排水流量應(yīng)小于雨水斗最大排水流量，雨水斗最大排水流量為：雨水斗規(guī)格75mm，流量18.8L/s；雨水斗規(guī)格100mm，流量40.9L/s。可根據(jù)雨水設(shè)計(jì)總流量及匯水面積計(jì)算所需雨水斗的規(guī)格及個數(shù)。

4 虹吸雨水斗

虹吸雨水斗布置在天溝內(nèi)，天溝要求連通、水平無坡度，相鄰雨水斗間距不宜超過20m，且應(yīng)保證被結(jié)構(gòu)梁隔斷的雨水溝每段均有雨水斗。連接在同一懸吊管上的虹吸雨水斗斗體安裝在同一水平面上，確保虹吸雨水斗在同一水位進(jìn)水，使系統(tǒng)不進(jìn)氣，不同高度的屋面、不同結(jié)構(gòu)形式的屋面匯集的雨水，宜采用獨(dú)立的系統(tǒng)單獨(dú)排出。

廠房屋面高度均在同一高度，雨水斗宜均勻布置。根據(jù)雨水計(jì)算流量，設(shè)計(jì)采用虹吸雨水斗75mm型號8個，110mm型號12個。其中匯水分區(qū)一、六設(shè)置4個75mm型號的虹吸雨水斗，匯水分區(qū)三、四設(shè)置2個110mm型號的虹吸雨水斗，匯水分區(qū)二、五設(shè)置4個110mm型號的虹吸雨水斗。

廠房屋面為混凝土屋面，安裝示意圖見圖2。

圖2 虹吸雨水斗安裝

5 水力計(jì)算

根據(jù)《虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》水平懸吊管設(shè)計(jì)流速不宜小于1.0m/s，立管的流速不宜小于2.2m/s，且不宜大于10m/s。懸吊管中心線與雨水斗出口的高差宜大于1m。管段的沿程水頭損失按海澄-威廉公式計(jì)算，局部水頭損失按管件當(dāng)量長度計(jì)算。虹吸雨水系統(tǒng)需經(jīng)水力計(jì)算校核，三個校核包括：①雨水排水管道總水頭損失與流出水頭之和不得大于雨水管進(jìn)、出口的幾何高差；②各節(jié)點(diǎn)的上游不同支路的計(jì)算水頭損失只差不應(yīng)大于10kPa；③懸吊干管水頭損失不得大于80kPa。

以某個匯水分區(qū)的排水立管為例，進(jìn)行水力計(jì)算復(fù)核。6套虹吸雨水系統(tǒng)（系統(tǒng)編號：HYL-1～6）取立管編號HYL-1進(jìn)行計(jì)算分析，管道布置系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 虹吸雨水系統(tǒng)原理

經(jīng)過水力計(jì)算，如表1所示。

表1 水力計(jì)算

經(jīng)過管道的水力計(jì)算復(fù)核，虹吸雨水系統(tǒng)的流速、水頭損失等參數(shù)均滿足虹吸排水系統(tǒng)規(guī)范的相關(guān)設(shè)置要求。

6 結(jié)語

工業(yè)廠房屋面大于5000m2設(shè)計(jì)選用虹吸雨水排水系統(tǒng)時，需考慮屋面的形式、匯水分區(qū)、雨水量等因素。應(yīng)根據(jù)建筑分格縫的設(shè)計(jì)，屋面排水設(shè)計(jì)坡度等合理劃分匯水分區(qū)。根據(jù)匯水面積進(jìn)行雨量計(jì)算，虹吸排水建議取安全系數(shù)1.5計(jì)算雨水流量，同時考慮溢流措施，保障屋面排水安全。合理設(shè)置雨水斗位置，合理布置虹吸雨水系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行水力計(jì)算校核（各虹吸雨水斗至系統(tǒng)過渡段總水頭損失允許誤差不超過10kPa，系統(tǒng)管道內(nèi)最大設(shè)計(jì)負(fù)壓絕對值不大于80kPa），是保證虹吸雨水系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。