高層建筑屋面雨水排放系統(tǒng)設計分析探討

　　劉林湘

　　(湖南省建筑設計院湖南長沙410000)

　　摘要：本文結合筆者多年給排水設計實踐，從給排水設計與安裝施工二方面對高層商住樓屋面雨水排水系統(tǒng)的技術特點和存在的問題進行了詳細分析闡述，并以實例進行了分析說明和總結。

　　關鍵詞：高層商住樓;屋面雨水;排水系統(tǒng);給排水;重力流;壓力流

　　1引言

　　現(xiàn)代高層住宅或辦公樓屋面雨水排水多采用重力流內排水方式，雨水管道材質及連接方式有焊接鋼管或無縫鋼管焊接、熱鍍鋅鋼管螺紋或溝槽連接、給水型及排水型UPVC管承插膠粘連接等多種形式。其中有些雨水排放系統(tǒng)設計合理，選材得當，運行良好，而有些雨水排放系統(tǒng)卻因系統(tǒng)選擇、管道布置及管材選用考慮不周，在驗收及使用過程中出現(xiàn)問題的現(xiàn)象也時有發(fā)生。因此，對屋面雨水排放系統(tǒng)設計及問題處理進行分析探討有較強的現(xiàn)實意義。

　　2高層建筑屋面雨水排放系統(tǒng)設計要點

　　高層建筑屋面雨水排放系統(tǒng)設計時，應充分了解屋面雨水排放各系統(tǒng)的設計流態(tài)，根據建筑設計布局。參照當?shù)亟涤炅繌姸群侠泶_定設計雨水流量，選擇適當?shù)挠晁�排水系統(tǒng)及管材，確保屋面雨水排水系統(tǒng)的排放能力滿足設計規(guī)范的要求。

　　2.1屋面雨水系統(tǒng)的設計流態(tài)及劃分

　　屋面雨水系統(tǒng)的流態(tài)是雨水排放系統(tǒng)設計的理論基礎，對屋面雨水排放過程中系統(tǒng)內流態(tài)的認知經過了長期的探索，從重力流起步，轉變?yōu)閴毫α�，再進展到實質性重力流直至目前較為成熟的壓力流。為此，屋面雨水排水系統(tǒng)按設計流態(tài)可分為重力流(半有壓流、無壓流)、壓力流。

　　2.2屋面雨水排放各系統(tǒng)的特點

　　重力流(含重力無壓流、重力半有壓流)和壓力流雨水排水系統(tǒng)在水管內流態(tài)、允許經歷的流態(tài)、超重現(xiàn)期雨量排除、屋面溢流頻率、管材承壓要求等各方面各具特點，屋面雨水排水各系統(tǒng)的特點見表1。

　　

 

　　2.3設計雨水流量的確定

　　設計雨水流量的確定是選擇雨水排放系統(tǒng)的前提，可按下列公式進行計算：

　　式中：——設計雨水流量(L/s);

　　qj——設計降雨強度(L/s•ha);

　　——徑流系數(shù)，對于建筑屋面取0.9;

　　——匯水面積(m2);

　　匯水面積的確定除考慮屋面平面投影面積外，高出屋面的側墻應附加其最大受雨面正投影的一半作為有效匯水面積。同樣貼近高層建筑外墻的裙房屋面雨水匯水面積應附加其高出部分側墻面積的一半作為有效匯水面積。

　　設計降雨強度公式：

　　式中：qj——設計降雨強度(L/s•ha);

　　P——設計重現(xiàn)期(a)，一般建筑屋面2～5a，重要公共建筑屋面10a;

　　t——降雨歷時(min)，屋面雨水排水管道按5min計算;

　　A、b、c、n——當?shù)亟涤陞��?shù)。

　　各地降雨強度公式可在窒外排水設計手冊上查出，這里需注意的問題是設計降雨強度的公式，由于各城市暴雨強度公式編制方法不一，有用數(shù)理統(tǒng)計法的、有用解析法的、還有濕度飽和差法、圖解法和CRA法等。在工程設計有條件時應收集當?shù)亟涤炅抠Y料重訂公式，使雨水排放設計有一個堅實的基礎和前提。

　　2.4高層建筑屋面雨水排放系統(tǒng)選擇

　　2.4.1雨水系統(tǒng)選擇原則與次序

　　按安全性大小，各雨水系統(tǒng)排列的次序為半有壓重力流系統(tǒng)→壓力流系統(tǒng)→無壓重力流系統(tǒng)。

　　按經濟性優(yōu)劣，各雨水系統(tǒng)排列的次序為壓力流排水系統(tǒng)→半有壓重力流系統(tǒng)→無壓重力流系統(tǒng)。

　　2.4.2高層建筑屋面雨水排水系統(tǒng)選擇

　　通過屋面雨水排水各系統(tǒng)特點的對比，兼顧安全性與經濟性，高層建筑屋面雨水排水系統(tǒng)應優(yōu)先選用半有壓重力流系統(tǒng)。但對于高層建筑附屬的大面積裙房屋面的雨水排放，為防止高層屋面雨水從裙房屋面溢出，裙房屋面雨水需單獨排放，但如受排放立管的限制，應積極推行壓力流排水方式。

　　2.4.3高層建筑屋面雨水排水系統(tǒng)管材選用

　　對于半有壓重力流雨水系統(tǒng)，在使用過程中可能并允許發(fā)生承壓現(xiàn)象。管道發(fā)生堵塞時系統(tǒng)將承受靜水壓，最高承壓等于屋面雨水斗的高度。故高層建筑半有壓重力流雨水管不能采用傳統(tǒng)的污廢水管材，需采用可承壓的管材、配件和接口方式，額定壓力不低于最高屋面雨水斗的高度，且能承受0.5個大氣壓力的真空負壓�？沙袎旱墓懿募敖涌诜绞接薪饘俟苋绾附愉摴芑驘o縫鋼管焊接、熱鍍鋅鋼管螺紋或溝槽連接、承壓塑料管如給水型UPVC管承插膠粘連接等。

　　對于壓力流雨水系統(tǒng)，雨水管道必須選用承壓管材、配件及接口方式，工作壓力應大于建筑凈高度產生的靜水壓，且能承受0.9個大氣壓的真空負壓。現(xiàn)多采用內壁光滑的金屬管、塑料管或其他復合管如高強度聚乙烯管等，如采用塑料管，管材抗環(huán)變形外壓力應大于0.15MPa。

　　現(xiàn)雨水設計中管材選用存在的問題較多，如采用普通柔性排水鑄鐵管、排水UPVC管，無論是工程施工還是物業(yè)管理均造成了較大的后患，故半有壓重力流雨水系統(tǒng)與壓力流雨水系統(tǒng)必須按上述要求選用管材。

　　2.5應注意的問題

　　2.5.1檢修措施

　　考慮到雨水管道使用過程中雨水的腐蝕性、不排水時雨水管因空置與空氣接觸，管道的使用壽命多小于建筑物的設計使用年限，因此在選擇管材時需選用抗腐蝕性較好的材質，管道布置時應考慮管道維修及更換的需要。另外尚需考慮使用過程中雨水管道堵塞后的清掏設施，如設置立管檢查口或三通加盲堵等，設置的位置應兼顧美觀并將發(fā)生水患時的損失減到最小。

　　2.5.2防溢流措施

　　同一立管上承接不同高度的雨水斗時，最低斗的幾何高度不小于最高斗幾何高度的2/3，陽臺雨水排水立管單獨設置，不能承接屋面雨水斗排水。

　　2.5.3明確的雨水斗選型及參數(shù)

　　設計施工圖中需明確標注出雨水斗的選型及設計排水流量參數(shù)，避免施工單位因雨水斗參數(shù)不詳而錯誤選型引起排水能力的變化。

　　2.5.4超設計重現(xiàn)期雨水的排放

　　盡管重力流雨水排放系統(tǒng)在確定系統(tǒng)負荷時預留了排超設計重現(xiàn)期雨水的余量，但仍需按規(guī)定進行復核，高層建筑的屋面排水工程排水能力不應小于50年重現(xiàn)期的雨水量，如不滿足，需按規(guī)定設置溢流設施，高層住宅屋面可增設一根立管，以保證總排水能力滿足50年重現(xiàn)期的雨水量。

　　3高層建筑屋面雨水排放系統(tǒng)安裝施工過程中的質量控制措施

　　高層建筑屋面雨水排放系統(tǒng)安裝施工是將雨水系統(tǒng)的設計轉化為實物，進而發(fā)揮其排除雨水功能的過程。在施工過程中，應根據不同施工階段的特點和工作內容分重點加以控制。

　　3.1圖紙審查階段

　　了解設計意圖，區(qū)分屋面雨水排水系統(tǒng)的類型是屬于重力流還是屬于壓力流，明確屋面雨水斗的選型及設計參數(shù)，確定雨水排水管的材質、接口方式及承壓要求，結合工程情況復核所選管材、配件及接口方式的承壓能力是否滿足規(guī)范要求。

　　3.2管道安裝階段

　　在確定了雨水管的材質及連接方式后，在管道安裝階段主要控制二個方面。第一是懸吊管、排出管及其他橫管的坡度，在管道安裝前根據現(xiàn)場實際情況，進行管道安裝放樣，盡量減少管道的彎頭。對于設計圖紙與現(xiàn)場不符的情況及時與設計人員協(xié)商，調整管道布置，確保雨水系統(tǒng)的安全有效。第二是立管及水平管的固定支架形式及固定部位，雨水管道的支吊托架的安裝方式、間距、固定點既要保證管道及接口部位牢固可靠，又要保證管道不發(fā)生位移或變形。在立管與排出管交接的彎頭部位必須根據接口周圍結構情況采取有效加固措施，防止雨水沖擊引起管道接口滲漏。對于落地式排出管，加固的方法如圖1所示，架空式排出管，加固的方法如圖2所示。

　　

 

　　3.3管道試驗階段

　　雨水管道灌水試驗時，按施工規(guī)范規(guī)定需整根立管進行灌水，高度達到屋面雨水斗，1小時液面不下降為合格。在現(xiàn)場試驗時，首先檢查管道是否全部連接完成，各支吊托架是否安裝到位且固定牢固，再根據設計的雨水管道材質及連接方式復核最不利點是否滿足靜水壓的要求，特別是設于底部的檢查口、清掃口部位。使用塑料管含給水型UPVC管做雨水管，做滿水試驗時因UPVC管的柔韌性較大，承受靜水荷載能力差，UPVC塑料雨水立管應每10層分別做滿水試驗，而不宜整根管做滿水試驗，施工時相應采取措施，增加三通與盲堵。

　　3.4管道驗收階段

　　管道驗收前對各雨水管系統(tǒng)做好成品保護，特別注意屋面雨水斗的臨時封堵措施，即要保證降雨時能臨時排放雨水，又要保證雨水系統(tǒng)不被雜物堵塞，確保竣工驗收時順利移交給建設單位。

　　4工程實例分析

　　實例一：湖南某學院教師住宅樓。該建筑物最高部位只14層，檐高41米，雨水管材選用排水UPVC管，立管設于陽臺內，每層與陽臺地漏相連。顯然雨水立管的設計已違反設計規(guī)范的要求，盡管施工單位提出陽臺排水管不能伸頂直接排放屋面雨水，但建設單位及設計單位卻未予采納。工程竣工后，在一次強降雨中因排水量負荷增大，底部排出管略有堵塞，造成雨水沿陽臺地漏返至戶內，三層以下的住戶均遭受了不同程度的損失。建設單位不得不被動地對立管進行改造，但住戶已全部精裝到位，這不僅浪費了大量的人力物力，而且給住戶也帶來很大的不便，這個工程的教訓很值得反思。

　　實例二：湖南長沙一高層商住綜合樓工程。地上32層，雨水斗設置高度達100米，雨水管材選用給水型塑料管，承插連接、螺紋緊固，管井內排至地下一層頂板下后再排至室外散水。盡管雨水管為給水型塑料管，但由于底層排出管承受的靜壓高達1MPa，底層立管檢查口將無法承受整根立管的靜水壓。施工單位為尊重設計的選擇，只能采取分段灌水的試驗方式，在立管上增設三通，在灌水試驗完成后再用盲板進行封閉。

　　實例三：某高層公寓樓工程。該工程最高部位為25層，屋面雨水斗設置高度92米，采用內排半有壓重力流雨水系統(tǒng)至室外散水，雨水管材為高壓柔性排水鑄鐵管，法蘭接口，在底層設有立管檢查口。經審查材質檢驗報告，高壓柔性排水鑄鐵管可承壓1MPa，但設于底層的鑄鐵立管檢查口的壓蓋無法承受1MPa的壓力，無法按施工規(guī)范進行整根立管的灌水試驗，施工單位只能根據現(xiàn)場實際情況調整灌水方案：以檢查口部位為界分段進行試驗。為此，先將立管檢查口由單側法蘭改為雙側法蘭，再于底層立管檢查口上部加盲堵封閉后灌水至屋面雨水斗高度，立管檢查口下部將管道兩端封堵后用試壓泵加壓至管道可能承受的最大靜水壓力0.92MPa，全部合格后再加裝立管檢查口。

　　以上三個工程實例中，實例一教師住宅樓工程屬設計考慮不周，未滿足設計規(guī)范要求而造成隱患。而實例二，三高層建筑住宅及高層公寓樓工程，盡管雨水管材具有一定的承壓能力，但配件的承壓能力與管道不匹配，造成了施工中被動調整試驗方案。雖滿足了管道正常排水的需要，但排放超設計重現(xiàn)期雨水時，由于管內流量增大，壓力零點向上抬高，檢查口部位承壓將逐漸增大，在發(fā)生管道堵塞時檢查口部位也將承受靜水壓，出現(xiàn)這些意外情況后，雨水排水系統(tǒng)將有可能在檢查口部位發(fā)生進脫造成水患。

　　5結論及建議

　　綜上所述，高層建筑屋面雨水排水系統(tǒng)設計時，重力半有壓流雨水排水系統(tǒng)較其他系統(tǒng)更加實用、經濟、有效。根據管材及配件的特性，本著安全、經濟的原則，其屋面雨水系統(tǒng)宜優(yōu)先選用鍍鋅鋼管溝槽連接或螺紋連接。根據給水型UPVC管道配件的承壓能力及以往經驗，屋面高度40米以下的建筑可選用給水型UPVC管道，如考慮為更換管道預留條件，穿樓板及墻體部位可設置套管。

　　參考文獻：

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