大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工研究

摘 要：虹吸雨水系統立管數量少、管道直徑小、水平懸吊不需要坡度，能提供更大的裝修自由空間，在異形鋼柱大跨度鋼結構屋面布置雨水斗的位置比較靈活等特點。基于此，研究了大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統的施工原理，總結其施工特點，結合其施工現狀，提出相應的施工策略，以期為大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統的應用提供支持。

關鍵詞：大跨度空間；鋼結構工程；虹吸雨水系統

0 引言

大跨度空間鋼結構工程作為一種現代化的建筑形式，因具有靈活性強、施工周期短、空間利用效率高等優勢，逐漸得到了廣泛應用。但由于其特殊的結構形式和施工方式，使得大跨度空間鋼結構工程在雨水收集和利用方面存在一定的困難。而虹吸雨水系統作為一種有效的雨水收集和利用方式，具有較高的效率和經濟性，因此在大跨度空間鋼結構工程中，應用虹吸雨水系統具有重要意義。

1 大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工的原理

大跨度空間鋼結構工程中，虹吸雨水系統的施工原理是基于虹吸原理和重力作用。在大跨度空間鋼結構中，應用虹吸雨水系統旨在收集和利用雨水，實現雨水的排放和利用。

1.1 虹吸原理

虹吸原理是指利用液體在管道內的壓力差，通過重力作用實現液體的流動。虹吸效應的產生需要滿足兩個條件：一是管道內的液體壓力高于出口，以形成壓力差；二是管道內的液體密度大于外界環境，以保持穩定的液體流動。在虹吸雨水系統中，通過設置合理的管道高度和傾斜角度，可使雨水在管道內形成一定的差度，利用虹吸效應實現雨水的自流。

1.2 重力作用

在大跨度空間鋼結構中，雨水的收集和排放需要依靠重力作用。虹吸雨水系統的管道安裝通常沿著斜坡或下坡方向布置，利用重力將雨水從高處引導到低處。通過合理設計管道的坡度和連通方式，可使得雨水能夠順利地流動，并達到預定的排放目的。

2 大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工注意事項

2.1 考慮管道的密封性

虹吸雨水系統需要負責收集和輸送雨水，虹吸雨水系統的施工需要考慮管道的密封性，因此管道的密封性尤為重要。在施工過程中，需要使用高質量的密封材料，如橡膠密封圈或密封膠等，將管道的連接處進行密封，以防止漏水。還需要對管道進行嚴格地檢查和測試，確保管道的密封性符合設計要求。

2.2 考慮管道的排放能力

虹吸雨水系統的施工中還需考慮管道的排放能力。大跨度空間鋼結構工程通常是大型建筑物，雨水的收集和排放量較大，因此在虹吸雨水系統的施工中，需要合理設計和布置管道，以確保其排放能力能夠滿足實際需求。還需要進行流量計算和管道排放試驗，以驗證管道的排放能力和有效性。

2.3 考慮施工工藝的安全性

虹吸雨水系統的施工還需要考慮施工工藝的安全性和可操作性。在施工過程中，需要確保施工人員的安全，并采取相應的防護措施。施工工藝的可操作性也需要充分考慮，以確保施工的順利進行[1]。

2.4 考慮建筑結構的特殊性

由于空間鋼結構的大跨度和復雜性，施工時需要充分考慮結構的承載能力和穩定性。虹吸雨水系統的管道安裝需要與結構緊密結合，避免對結構造成不利影響。在施工過程中需要進行詳細的結構分析和施工方案設計，確保虹吸雨水系統的安裝和結構的穩定性相協調。

2.5 重視材料的選擇

在選擇材料時，需要考慮材料的耐腐蝕性、耐壓強度以及長期使用的可靠性。虹吸雨水系統需要負責收集和輸送雨水，因此管道材料需要具備良好的密封性和耐久性，以防止漏水和管道老化。大跨度空間鋼結構工程的施工周期較短，材料的選取還需要考慮施工的便捷性和效率。

2.6 注重質量的控制

在施工過程中，需要對施工質量進行嚴格把控，確保虹吸雨水系統的可靠性和穩定性。對于材料的選取、施工工藝的執行以及管道的安裝等環節，需要進行嚴格檢查和測試，及時發現和解決問題，以確保施工質量符合設計要求[2]。

3 大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工的難點

大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工是建筑工程中普遍采用的一種先進的雨水收集系統。該系統利用虹吸原理，將雨水從大跨度空間的屋面收集起來，通過管道輸送至儲水設施，以供后續利用或排放。目前，該系統在施工過程中面臨著一些挑戰和問題，但在不斷地研究和實踐中，已取得了一定的進展。

3.1 合理安排屋面的排水方案

大跨度空間特殊性，屋面的形狀和結構復雜多樣，為此需要針對不同的情況制定相應的排水方案。在設計階段，需要考慮到屋面的坡度、排水口的數量和位置等因素，以確保雨水能夠順利地進入虹吸管道。在施工過程中，需要嚴格按照設計方案進行安裝和調試，確保每一個排水口和管道的連接牢固可靠。

3.2 解決管道的布局和連接問題

大跨度空間的結構復雜，管道的布局需要充分考慮結構的穩定性和管道的通暢性。在設計階段，需要通過模擬和計算，確定管道的最佳布局方案。在施工過程中，需要采用合適的施工工藝和方法，保證管道的安裝質量。還需要注意管道的連接問題，確保連接處的密封性和穩固性，以防止雨水泄漏或管道斷裂。

3.3 解決儲水容量和結構的問題

由于大跨度空間的屋面面積較大，儲水設施的容量需要滿足一定的需求。在設計階段，需要根據實際情況確定儲水設施的容量和形狀。在施工過程中，需要選擇適合的材料和施工工藝，確保儲水設施的結構穩定和密封性良好。還需要考慮儲水設施的排水和清潔問題，以保證水質的安全和衛生。

3.4 解決其他的技術難題及安全問題

在大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工中，還需要解決一些技術難題和安全問題。例如，如何選擇合適的材料和設備，如何進行管道的維護和清潔，如何保證系統的安全運行等。這些問題需要設計和施工團隊共同努力，通過不斷地實踐和改進，找到最佳的解決方案[3]。

4 大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工的重點

4.1 設計階段的重點

4.1.1 綜合考慮屋面形狀和結構特點

在設計階段，需要充分考慮大跨度空間鋼結構工程的屋面形狀和結構特點，以確保虹吸雨水系統設計方案的有效性和操作便利性。對屋面形狀進行分析，包括屋面的平面形狀和高低起伏等，以確定最適合的虹吸雨水系統設計方案。根據屋面結構特點，如梁柱布局、支撐方式和材料等，考慮系統的結構安全性，并相應調整設計方案。

4.1.2 確定合理的排水方案

根據屋面的坡度、面積和雨水的流量，確定合理的排水方案。計算雨水的流量可以通過歷史降雨數據和屋面面積來估算。根據屋面坡度和流量計算結果，確定排水口的數量和位置，確保雨水能夠順利進入虹吸管道。為保證系統的排水效果，應避免積水和堵塞現象的發生，確保排水暢通。

4.1.3 優化管道布局

針對大跨度空間的結構特點，通過模擬和計算，確定管道的最佳布局方案。考慮管道的走向，以確保雨水能夠順利流入儲水設施。并合理安排管道的連接方式，以確保管道的通暢性和結構的穩定性。利用模擬軟件進行流動分析，通過試驗和實測數據，確定最佳的管道布局方案。

根據大跨度空間的屋面面積和雨水的收集需求，確定儲水設施的容量。通過對降雨數據的分析，計算出雨水的總收集量，然后根據收集需求和系統的安全性要求，確定儲水設施的容量。在確定容量時，還要考慮儲水設施的結構穩定性和密封性，確保系統的可靠性[4]。

4.2 施工階段的重點

4.2.1 選擇合適的材料和設備

在選擇材料和設備時，需要考慮系統的具體要求和施工環境。對于大跨度空間鋼結構，選擇適用的管道材料和連接件非常重要。例如，可以選擇具有高強度和耐腐蝕性的不銹鋼或者HDPE管，以確保管道的穩定性和耐久性。還需要選擇適用于虹吸系統的泵站和控制設備，確保其性能和功能能夠滿足系統的要求。

4.2.2 嚴格按照設計方案施工

在施工過程中，嚴格按照設計方案進行施工是確保系統質量的重要步驟。要確保每一個排水口和管道的連接牢固可靠，避免漏水和滲漏問題的發生。施工人員需要遵循正確的安裝步驟和技術要求，確保每一個儲水設施的安裝質量符合要求。確保使用正確的工具和施工方法，避免對材料和設備造成損壞。

4.2.3 進行系統的調試和測試

在施工完成后，進行系統地調試和測試是必要的。包括檢查排水口和管道的通暢性，確保水流順暢無阻。還需要測試儲水設施的密封性和穩定性，確保其能夠有效地儲存和排放雨水。根據測試結果，可以對系統進行必要的調整和優化，以確保其性能和功能的完善。

4.2.4 培訓施工人員

為了提高施工人員的專業素質和工作效率，必須對其進行培訓，使其掌握虹吸雨水系統的施工特點和操作方法。培訓內容可以包括系統的原理和工作流程、施工的安全和質量要求以及常見問題的解決方法等。通過培訓，施工人員能夠更好地理解和應用施工技術，提高工作的準確性和效率，確保施工工作的質量和進度[5]。

4.3 運維階段的重點

4.3.1 定期檢查和保養

定期檢查虹吸雨水系統的排水口和管道的狀態，包括檢查是否有堵塞、破損或異物阻塞等問題，這可以通過視覺檢查和清潔措施來解決。如果發現問題，需要及時采取措施進行修復或更換受損部件，以確保系統的通暢性。

定期檢查儲水設施的密封性和結構穩定性也是必要的，檢查是否有漏水或滲漏現象，是否有結構松動或破損等問題。如果發現任何問題，需要及時進行修補或更換，以確保儲水設施的正常運行和安全性。

4.3.2 建立運維記錄和檔案

建立系統的運維記錄和檔案非常重要，這樣可以全面記錄和歸檔施工和維護過程中的相關信息，包括施工時間、工作人員、使用的材料和工具等。還應記錄系統的維護情況，包括每次檢查和保養的結果，采取的措施和所花費的時間。這些記錄和檔案可以為后續的維護工作提供依據和參考，有助于更好地管理和運維虹吸雨水系統。

定期更新系統的信息和資料也是必要的。隨著時間的推移，系統可能會進行擴建或改造，或者有新的技術和設備可用。因此，及時更新系統的信息和資料，使其保持最新和準確，有助于更好地維護和管理虹吸雨水系統。

4.3.3 做好應急處理準備

針對虹吸雨水系統可能出現的故障和問題，制定相應的應急處理措施非常重要。建立應急處理預案，明確各種故障和問題的處理步驟和責任人，并建立應急聯系機制，確保在緊急情況下能夠及時響應和處理。通過與維修公司或相關部門合作，以確保故障能夠及時得到解決。

定期進行應急演練可以檢驗應急處理措施的有效性和可行性。通過模擬各種故障和問題的場景，測試應急處理預案和聯系機制的可靠性和及時性。這將有助于提高團隊的應急響應能力和處理能力。

虹吸雨水系統的施工和運維技術是一個不斷發展和創新的領域。因此，持續進行研究和實踐是非常重要的。關注國內外的最新技術和經驗，與相關領域的專家和機構進行交流和合作，有助于提高虹吸雨水系統的性能和效益。

5 大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統應用案例

京濱鐵路北辰火車站初步設計及施工圖設計屋面雨水收集均為重力雨水，雨水立管高達30根，沿外墻敷設，北辰火車站正立面與背立面均為玻璃幕墻，這給重力雨水施工和精裝修施工帶來了很大的難度。

在精裝修深化設計階段，結合裝修方案及大跨度空間鋼結構工程屋面匯水面積，設計單位果斷提議將重力雨水系統變更為虹吸雨水系統，也得到了國鐵集團工管中心的同意，經專業設計院優化后虹吸雨水共分了8個系統。

2022年7月虹吸雨水施工完成，12月30日北辰火車站正式啟用，經過近一年的使用，也經歷了2023年夏季京津冀特大暴雨的檢驗，屋面雨水收集、排放暢通。

6 結束語

本文通過對大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統的施工進行研究，系統地總結了虹吸雨水系統的原理和特點，并分析了其在大跨度空間鋼結構工程中的應用現狀，進而提出了一些建議。未來，將進一步完善大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工方案，進而提高虹吸雨水系統在大跨度空間鋼結構工程中的應用效果，為城市建設和雨水資源的合理利用做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 薛躍華.虹吸式屋面雨水排水系統的設計案例分析[J].石材，2023（6）：31-34.

[2] 劉煥光，姜浩杰.大型鋼結構屋面虹吸雨水系統設計探討[J].工程建設，2021，53（8）：31-35.

[3] 楊彥虎.大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工技術[J].工程建設與設計，2018（16）：162-163.

[4] 王文瑾.大型屋面虹吸雨水排水系統設計計算研究[D].北京：北京交通大學，2018.

[5] 李偉.大跨度空間鋼結構工程虹吸雨水系統施工技術[J].工程建設與設計，2018（8）：192-193.

收稿日期：2023-09-18

作者簡介：趙瑞麗（1982—），女，河南南陽人，本科，高級工程師，研究方向：給水排水工程。