建筑設(shè)計職稱論文廠房屋面雨水排水設(shè)計體會

　　摘要:本文針對多跨工業(yè)廠房從多個角度分析如何合理設(shè)計屋面雨水排水系統(tǒng)，分析了各種屋面雨水排水形式的優(yōu)缺點和適用條件,總結(jié)屋面雨水排放方案的選擇原則。

　　關(guān)鍵詞:屋面雨水,重力流,虹吸壓力流

　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和生產(chǎn)工藝的日新月異,國內(nèi)出現(xiàn)了許多大型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房,該類廠房在建筑型式上一般表現(xiàn)為多跨聯(lián)合輕鋼結(jié)構(gòu),如圖1所示。為減輕荷載、節(jié)約初期投資成本,一般使用壓型鋼板屋面,由于壓型鋼板與壓型鋼板之間、天溝與屋面的連接處均有搭接焊縫，當(dāng)天溝內(nèi)排水不暢時，天溝中的水位高度超過搭接焊縫，雨水就可能從搭接焊縫處滲入室內(nèi)，引起屋面漏水，從而造成不必要的財產(chǎn)損失。因此，能否迅速及時地排除屋面雨水在大型多跨工業(yè)廠房設(shè)計中尤為重要。

　　筆者從事給排水設(shè)計工作六年多以來，遇到過一些上述類型的多跨工業(yè)廠房，為使屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計在廠房使用期間達到良好的效果，需要精心設(shè)計和良好的溝通協(xié)調(diào)，現(xiàn)從以下幾個方面談?wù)勛约旱南敕ê腕w會。

　　1 關(guān)于壓型鋼板自防水屋面和卷材防水屋面的選擇

　　多跨工業(yè)聯(lián)合廠房屋面是否采用卷材防水屋面是在項目方案設(shè)計階段應(yīng)該確定的問題，這對設(shè)計屋面雨水排水系統(tǒng)的參數(shù)取值和排水方式至關(guān)重要。近年來，隨著全球氣候的變暖，百年一遇的暴雨經(jīng)常不期而至，而工業(yè)廠房屋面的暴雨重現(xiàn)期一般設(shè)計為10年，這顯然不能應(yīng)對極端天氣。通過大量的研究和實際項目經(jīng)驗證明，即使囿于初期投資成本的限制，鋼結(jié)構(gòu)屋面應(yīng)優(yōu)先選擇卷材防水屋面，這樣可以有效降低屋面雨水滲漏的風(fēng)險。工程上可供選擇的防水類型有PVC卷材、SBS卷材、TPO卷材等，可根據(jù)項目的投資情況選擇。根據(jù)建筑防火規(guī)范的條文內(nèi)涵，如果采用了卷材防水屋面，屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計的暴雨強度和暴雨重現(xiàn)期可以選擇較小值。反之，屋面設(shè)計暴雨強度應(yīng)乘以1.5倍的安全系數(shù)。實際做項目的過程中，甲方一般對屋面雨水的問題重視度不夠，給排水工程師即使及時提出了設(shè)計方的想法和設(shè)計理念，但往往由于增加了不少成本而不得不屈服于甲方的意志。到了廠房使用期間，一旦出現(xiàn)了超過設(shè)計暴雨重現(xiàn)期的雨水，極易引起廠房漏雨甚至屋面坍塌，由此帶來的損失遠遠大于卷材防水屋面的投資成本。總之，在項目設(shè)計階段應(yīng)聯(lián)合建筑專業(yè)努力說服甲方采用卷材防水屋面，而不要因小失大。

　　2 關(guān)于重力流外排水和重力流內(nèi)排水系統(tǒng)的選擇

　　從安全角度出發(fā)，所有建筑物屋面雨水排水應(yīng)優(yōu)先考慮采用外排水系統(tǒng)。外排水系統(tǒng)的優(yōu)點在于：簡單、經(jīng)濟、安全、便于施工維修。多跨工業(yè)聯(lián)合廠房由于它特殊的形體和構(gòu)造，外排水系統(tǒng)不能用于排除或者不能全部排除其屋面的雨水，這就需要采用內(nèi)排水系統(tǒng)。內(nèi)排水系統(tǒng)是外排水系統(tǒng)不能采用時一種替代辦法，內(nèi)排水系統(tǒng)存在諸多弊病：①內(nèi)排水系統(tǒng)需要室內(nèi)埋地管道和密閉式檢查井，檢修困難，檢查井如果施工處理不好，會引起檢查井冒水的情況;②埋地雨水管道管徑較大，難免與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)發(fā)生沖突而引起埋深增加;③埋地管道要考慮通氣;④如果采用懸吊管排水，管徑大且需要一定的坡度，管道占用較大的空間，客觀上會增加廠房高度。因而在最大的可能范圍內(nèi)應(yīng)采用外排水系統(tǒng)，除非在外排水系統(tǒng)無法解決的區(qū)域內(nèi)，方可采用內(nèi)排水系統(tǒng)排除該區(qū)域內(nèi)的屋面雨水。外排水和內(nèi)排水系統(tǒng)雖一字之別，但在實際的工程設(shè)計中是由兩個不同的專業(yè)設(shè)計人員來承擔(dān)設(shè)計的，外排水系統(tǒng)由建筑專業(yè)設(shè)計，內(nèi)排水系統(tǒng)則由給排水專業(yè)設(shè)計，這就為內(nèi)、外排水系統(tǒng)的合理統(tǒng)一增加了難度。有時建筑專業(yè)的設(shè)計人員一看需內(nèi)排水系統(tǒng)，就把自己應(yīng)該設(shè)計的外排水部分全部推給給排水設(shè)計人，而如果給排水專業(yè)的設(shè)計人又不能說服與自己配合的建筑專業(yè)設(shè)計人，把本該外排水系統(tǒng)的內(nèi)容納入內(nèi)排水系統(tǒng)中，必然產(chǎn)生一個不合理的屋面排水設(shè)計方案。我們應(yīng)該說服建筑專業(yè)設(shè)計人員采用外排水系統(tǒng)解決所有可以用外排水系統(tǒng)排除的屋面雨水。而內(nèi)排水系統(tǒng)僅解決那部分用外排水系統(tǒng)無法解決的屋面雨水排水。因此，要真正確定好設(shè)計方案，不僅僅純屬一個技術(shù)問題，還要學(xué)會與相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員溝通合作。

　　3關(guān)于單斗系統(tǒng)和多斗系統(tǒng)的選擇

　　《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB50015—2003(2009年版)規(guī)定:重力流雨水排水系統(tǒng),宜采用單斗排水。當(dāng)采用多斗排水時，懸吊管上連接的雨水斗不得多于4個。筆者認為在異天溝多斗系統(tǒng)中應(yīng)嚴格控制雨水斗個數(shù)，實際上也等于嚴格控制同系統(tǒng)中的異天溝數(shù)。筆者認為多斗系統(tǒng)如在同天溝內(nèi)以4個雨水斗為界無多大意義。因為對于同天溝多斗系統(tǒng)來說，天溝中雨水涌水高度的變化使雨水斗泄水量也隨之變化，系統(tǒng)的總排水功能也隨之增減。涌水高度增高，系統(tǒng)排水總量增加。而同天溝中各坡段的涌水高度在同一多斗系統(tǒng)區(qū)間應(yīng)可相互調(diào)整到同一水平。所以斗的多少遠近均不是主要因素，只要整個系統(tǒng)總排水量大于其所擔(dān)負的匯水面積的雨水總量，而且該系統(tǒng)中雨水斗排水量亦大于總雨水量，多頭系統(tǒng)區(qū)域就不會發(fā)生問題的。也就是說對于同天溝多斗系統(tǒng)，雨水斗總數(shù)多于4個是可行的。但僅限于同天溝系統(tǒng)。如異天溝系統(tǒng)雨水斗不得多于4個，而且單斗最好。

　　4 關(guān)于同天溝和異天溝系統(tǒng)的選擇

　　上面已經(jīng)指出，在多跨工業(yè)廠房的雨水內(nèi)排水系統(tǒng)設(shè)計中，同天溝系統(tǒng)有很多優(yōu)點：天溝中雨水高度到一定程度可各區(qū)段調(diào)整，從而消除各雨水斗基于其他原因而排水量不同的影響;懸吊管上多幾個雨水斗也不會造成事故;即使懸吊管大點，一般同天溝系統(tǒng)懸吊管只能固定在承重柱上，因而穩(wěn)定、安全;同天溝系統(tǒng)較異天溝系統(tǒng)容易安裝、檢修。通常多跨廠房，可設(shè)計成同天溝系統(tǒng)，也可設(shè)計成異天溝系統(tǒng)，有時兩種系統(tǒng)總管材用量幾乎相當(dāng)，但基于上述優(yōu)點，我們沒有理由不首先采用同天溝排水系統(tǒng)。

　　5 關(guān)于懸吊管和埋地管的選擇

　　雨水斗導(dǎo)入懸吊管經(jīng)立管至戶外，這是常常采用的設(shè)計系統(tǒng)，懸吊管架空敷設(shè)。如為異天溝系統(tǒng)，懸吊管一般沿屋架敷設(shè)固定;如為同天溝系統(tǒng)，懸吊管一般順柱子軸線架空固定在柱子上。可在東北寒冷地區(qū)卻要雨水管埋地敷設(shè)，筆者認為在這些地區(qū)埋地較為合理，埋地有防凍、檢修方便等優(yōu)點。但埋地系統(tǒng)耗費管材，不經(jīng)濟，有時還會發(fā)生頂脫井蓋、雨水噴流而使業(yè)主蒙受損失。要避免事故，埋地系統(tǒng)設(shè)計時，暴雨重現(xiàn)期應(yīng)大于10年，而且埋地管道的管徑和坡度均應(yīng)精確計算，還要留有余量和安全系數(shù),同時應(yīng)經(jīng)常檢修。

　　6 關(guān)于半有壓流排水系統(tǒng)和虹吸(壓力流)排水系統(tǒng)的選擇

　　屋面雨水系統(tǒng)可按不同的流態(tài)設(shè)計，有壓流態(tài)、無壓流態(tài)和半有壓流態(tài)(亦稱過渡流態(tài))，管道中的水流狀態(tài)隨管道進口頂部的水面深度而變化，水面深度則隨降雨強度而變化。大型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房多按照半有壓流和有壓流設(shè)計屋面雨水系統(tǒng)，因此無壓流態(tài)，即重力流雨水系統(tǒng)不再詳述。半有壓流態(tài)是氣水混合流態(tài)，主要采用65型和87型雨水斗，雨水斗之間標高位置要求較寬松，具有整流和頂板隔氣的功能，在降雨過程中，管道內(nèi)的流態(tài)依次表現(xiàn)為重力流、過渡流，甚至有壓流，系統(tǒng)設(shè)計要預(yù)留余量，排除超設(shè)計流量雨水，因而管徑較大，占用室內(nèi)空間較大，但系統(tǒng)整體造價較低。相比而言，有壓流態(tài)(虹吸)是單相流態(tài)，雨水斗采用虹吸雨水斗，具有整流(反渦流)和面板隔氣的功能，雨水斗之間標高位置要求嚴格。在降雨過程中，管道內(nèi)的流態(tài)依次表現(xiàn)為重力流、過渡流和有壓流。系統(tǒng)設(shè)計要考慮溢流設(shè)施，超設(shè)計流量雨水無法進入系統(tǒng)，依賴溢流設(shè)施排除，屋面溢流頻率比半有壓流雨水系統(tǒng)頻率高。虹吸雨水系統(tǒng)，管徑較小，占用室內(nèi)空間較小，管材耗用省。系統(tǒng)的水力計算較復(fù)雜，整體造價較高。

　　一般建筑屋面和長天溝外排水采用65型或87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)，其經(jīng)濟性優(yōu)于其他系統(tǒng)。廠房、庫房或公共建筑的大型屋面，尤其當(dāng)雨水懸吊管受到室內(nèi)空間限制時，優(yōu)選虹吸式雨水系統(tǒng)。87斗雨水系統(tǒng)一根懸吊管連接的雨水斗數(shù)量不應(yīng)超過4個，這一點虹吸雨水系統(tǒng)也優(yōu)于87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)。在實際工程中，遇到過一些擴建廠房與現(xiàn)有廠房接建的情況，新舊廠房搭接成M形的大型屋面，搭接處設(shè)置一條天溝，接收分別來自新舊廠房的屋面雨水。這種情況下，雨水量較大，如果采用87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)，管徑會較大，筆者多采用虹吸屋面雨水收集系統(tǒng)，懸吊管管徑較小，管道敷設(shè)坡度小，可以節(jié)省室內(nèi)空間，而且整體造價比較，虹吸系統(tǒng)也不會很高。屋面溢流部分，除了可在天溝兩端設(shè)置溢流口外，虹吸系統(tǒng)還可以在中間或端部設(shè)虹吸溢流雨水斗，將溢流雨水通過雨水管散排至室外，溢流排水方式比較靈活。

　　7結(jié)論

　　屋面雨水排放形式的選擇,受業(yè)主的偏好、項目投資、地理位置、廠房屋面面積等因素影響很大，從安全性、可靠性和經(jīng)濟性的角度考慮，總體原則如下：能選擇防水屋面，盡量選擇防水型屋面，具體的防水材料可根據(jù)安全性和成本因素綜合考慮確定;能選擇外排水，盡量選擇外排水，能地面上排水盡量選擇地上式排水，不能選擇外排水的優(yōu)先設(shè)計為虹吸壓力流排水;在重力流設(shè)計中,多斗系統(tǒng)即可用同天溝又可用異天溝時，應(yīng)盡可能的設(shè)計同天溝多斗系統(tǒng)，采用懸吊管還是埋地應(yīng)視地理位置和氣象參數(shù)而定。

　　總之，多跨高大工業(yè)廠房的雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計，還要與建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)密切配合，共同研究，根據(jù)廠房型式和構(gòu)造特點，全面綜合分析考慮問題，形成一個最優(yōu)的屋面雨水排放設(shè)計方案。