某大型公建屋面虹吸雨水排水设计探究

摘 要：虹吸式雨水排水系统是近十几年应用较多的一种屋面排水形式，文章结合具体工程实例介绍了该排水系统的基本特点，详细阐述了整个系统的水力计算方法及具体设计要求。

关键词：虹吸式雨水排水；雨水量；悬吊管

虹吸式雨水排水是指排水管内雨水在负压的抽吸作用下流动的一种排水系统。它与传统的重力流屋面雨水排水系统相比，具有，敷设无需坡度，管道布置灵活，占用空间小的特点。就相同的雨水排水量而言，虹吸式系统所需雨水立管的数量和管径远小于重力流系统，系统可以有效提高建筑的空间利用率，从而减少整个工程投资造价。正是凭借自身的特点该系统得到了广泛的应用，特别是在有效解决大面积、大跨度的公共建筑物的屋面雨水排水方面。

1 工程概况

本项目为一座的大型商业综合建筑，位于辽宁省朝阳市建平地区，其中商业部分共6层，高度31.45m，屋面面积9817m2；局部办公楼部分共11层，高度45.8m，屋面面积816m2。屋面均采用虹吸式雨水排水。

2 屋面雨水排水设计

2.1 屋面雨水量计算。根据《建筑给水排水设计规范》（GB 50015-2003）4.9.5条规定，一般性建筑屋面的设计重现期为2～5年，重要公共建筑屋面为10年。

暴雨强度公式：

屋面排水区域划分图示（右图）：

2.2 管网水力计算

（1）管道压力计算公式：

式中P—节点压力；H—节点位高；h—节点前各管段水头损失之和（管段水损失包括沿程和局部水头损失）；v—节点处的管内流速；g—重力加速度。

（2）管道计算要求：悬吊管设计流速不宜小于1.0 m/s，立管的流速不小于2.2 m/s，排水管系出口流速不宜大于2.5 m/s，保证悬吊管内无淤泥；管道内最大负压值应小于0.08 MPa；各节点压力差值不超过0.1 MPa，能满足压力平衡要求.

（3）管道水力计算以屋面雨水排水区域1即YL-1为例：

排水系统原理图

水力计算表

编号 流量（L/s） 管长（m） 管径（mm） 流速（m/s） 水力坡降 局阻系数 管道损失（m） 起点负压（m）

1-2 15.16 1 90 2.80 0.084 2.65 1.145 0

2-3 15.16 0.68 90 2.80 0.084 1.05 0.477 -0.55

3-4 15.16 12.06 90 2.80 0.084 0.6 1.249 -1.02

4-5 30.33 2.66 110 3.74 0.113 1 1.014 -2.58

5-6 45.49 14.4 125 4.35 0.129 1.8 3.596 -3.85

6-7 45.49 26.99 125 4.35 0.129 1.1 4.549 6.95

7-8 45.49 33.22 125 4.35 0.129 1.1 5.354 2.40

8-9 45.49 7.27 125 4.35 0.129 1.15 2.048 -2.95

9-10 45.49 32.45 110 5.61 0.24 2.4 11.629 -5.63

10-11 45.49 8.75 160 2.66 0.039 0.15 0.397 16.43

11-12 45.49 5 200 1.70 0.013 0 0.066 16.24

13-14 15.16 1 75 4.055 0.205 2.65 2.427 0

14-4 15.16 0.68 90 2.803 0.084 1 0.457 -1.83

15-16 15.16 1 75 4.055 0.205 2.65 2.427 0

16-17 15.16 0.68 90 2.803 0.084 1.05 0.477 -1.83

17-5 15.16 9.91 90 2.803 0.084 1 1.23 -2.30

最大损失路径： 12-11-10-9-8-7-6-5-17-16-15，总损失：31.77 m，剩余压头：16.08 m。最小损失路径： 12-11-10-9-8-7-6- 5-4-3-2-1，总损失：31.52 m， 剩余压头：16.33 m。系统可用高差： 47.85 m， 要求最大平衡误差： 0.51m， 计算最大平衡误差： 0.25m，满足工程要求。

3 系统设计要求

3.1 虹吸雨水排水系统天沟无需做坡度，并应保证水平。屋面及天沟须设置溢水口。溢流口有效水深大于100mm。

3.2 排出管在接入排水沟前需放大管径，以减小水流对沟壁的冲击。与排出管连接的雨水检查井应能承受水流的冲力，应采用钢筋混凝土结构。

3.3 悬吊管与雨水斗出口的高差应大于l m；立管检查口设置在离室内地面1.0m处，雨水排至室外第一个雨水井，出户长度暂按5m计。水平管悬吊系统应防晃动、抗振动、抗伸缩性好

3.4 雨水斗安装于金属屋面天沟内， DN75 雨水斗天沟宽度应大于 500 mm。多只雨水斗的排水系统，靠近主立管的雨水斗支管不可以直接与主立管相接，应接在水平悬吊管上。

3.5 排水系统的紧固件应采用与系统管道配套的专用管道固定系统。金属紧固件的里层和外层均应做好防腐处理，固定吊架处采用止动管卡或采用特殊防滑动管件，明露管道支架应美观。

3.6 设计时应选用泄水量大、斗前水深小、拦污能力强的雨水斗，雨水斗的进水口应水平设置与安装，高度应能保证天钩或屋面的雨水通过雨水斗排净。

4 设计中注意的问题

4.1 管道安装：虹吸雨水排水系统管道内水流速较快，对管道有较大的冲刷作用和较好的冲刷洁净作用，但同时也对管道产生一定的振动力，管道要进行抗震考虑，安装管道的固定件必须承受满流时的重量和作用力；同时，管道位置应方便维修，不宜设置在结构柱等承重结构内。

4.2 溢流及其设置：虹吸雨水排水系统对溢流有一定倚赖性，应考虑溢流装置设置位置能保证雨水能够通畅到达，溢流设置高度应根据建筑屋面允许的最高溢流水位因素确定，最高溢流水位应低于建筑屋面允许最大积水深度。

5 结语

对于大面积屋面雨水排水而言，采用虹吸系统可以有效地减少排水系统的立管数，增强排水效果较好。但虹吸式排水系统也有其自身的局限性和适用条件。对于高度小，或者屋面非大跨度、大面积的建筑，虹吸式雨水排水系统的则反而没有优势。所以在设计屋面雨水排水系统时，应根据建筑整体结构，并结合屋面布局形式，选择适当的雨水排水形式。

参考文献

[1] 徐志通，童球.压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统的设计与应用[J].给水排水，2002，28（6）：48-53.

[2] 潘俊杰，何蓉.压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用探讨[J].中国给水排水，2011，27 （14）：27-30.