严寒地区建筑屋面排水设计及防冻研究

摘要：本文概述了严寒地区屋面排水的各种方式及其适用范围，并对合理化屋面排水做了分析，同时，就严寒地区屋面排水防冻措施做了具体的阐述。

关键词：严寒地区；屋面排水；防冻；措施

一 严寒地区屋面排水的主要方式

1.1无组织排水: 又称自由落水，指屋面雨水直接从檐口滴落至地面的一种排水方式，不用天沟、雨水管等导流雨水，主要应用于严寒少雨地区或低层建筑，不宜用于临街或较高的建筑。

1.2有组织排水: 指雨水经由天沟、雨水管等排水装置引导至地面或地下管沟的一种排水方式，在建筑工程中应用广泛。有组织排水又可分为内排水、外排水、内外综合排水三种方式。

(1) 内排水: 雨水管设在室内的排水方式。雨水管维修方便安全，用于严寒地区能有效避免雨水冻结堵塞雨水管。造价稍高。

(2) 外排水: 雨水管设在室外的排水方式。其优点是雨水管不妨碍室内空间使用和美观，构造简单，应用广泛。根据设计分为挑檐沟外排水、女儿墙外排水、女儿墙挑檐沟外排水、长天沟外排水、及暗管外排水。暗管外排水指在一些重要的公共建筑中，雨水管采用暗装的方式，把雨水管隐藏在假柱或空心墙中，再处理成建筑立面上的竖线条。

1.3 综合排水

部分大型公共设施屋面范围广大,经常由很多不同标高不同形式的屋面构成建筑的屋面系统，根据实际情况，结合功能美观等要求，综合采用无组织排水，内排水，外排水，保证屋面的雨水能合理安全有效地排除，称为建筑屋面综合排水。

二 严寒地区目前屋面排水设计选型存在的问题

严寒地区目前屋面排水设计选型存在的问题主要有以下几个方面：

l) 挑檐沟集中落水斗外排水: 一般檐沟宽在300~400mm 左右, 高度250~400mm左右, 前面封口, 有效排水高度为140~250mm, 水斗内铺设镀锌铁皮, 在冻融期内每天上午( 北京时间) , 约十一点钟左右屋面上的冰雪开始融化, 下午约四、五点钟屋面冰雪开始冻结, 而首先冻结的是排水口( 铁皮导热系数大) ，而屋面融化的水仍在向排水口汇集,冻结后封闭水斗。

2）女儿墙外落水管排水: 管径一般为DN80~ DN100,由于落水管为铁质, 导热系数大, 有效空间窄小, 经过几天的冻融循环落水口完全封闭, 影响排水。PVC雨水管由于屋面温度和大气温度的差别，在冻融循环期，会出现南侧女儿墙根雨水口冻结，北侧雨水落水管冻结的现象，导致排水系统失去作用，屋面保温及防水构造遭到破坏。

3) 屋面较小坡度对排水不利。目前工程中, 仍有部分设计屋面的坡度为2% , 坡度太小流速慢,不能及时排走屋面雨水。严寒地区平屋面设计中除要计算足够的雨水排水口，落水管截面以外，排水坡度设计以2.5%以上为宜。

4）单块屋面有组织排水仅设一个水落口。在设计中有时因为造型或功能的需要出现小块屋面，设计中如果仅考虑一个落水口可以负担本地区气候条件下的屋面面积是不完善的，对于小块屋面，当设2处以上落水口有困难时，一定要考虑屋面雨水口堵塞时的溢水构造处理，避免造成屋面积水、渗漏。

综上所述，严寒地区屋面排水设计，不止要考虑雨水，还要考虑承接到来自天空中的雪，冰雨，以及秋冬之间，冬春之间的屋面冻融循环期雨水排除设施冰冻堵塞问题。

无组织排水适用于仓库等低矮建筑屋面的排水, 但不适用于较高屋面的排水, 特别是沿街建筑屋面及檐口装饰受到限制, 难以满足城市形象美观的要求,而且不能满足社会公共安全的要求: 如在20 世纪,八、九十年代曾出现过倒春寒的现象, 冻融期较长,在屋面太阳直射点温度可达到5 摄氏度 左右, 空气温度在零度以下, 屋面融化的水向下排泄到了檐口以下开始冻结形成冰凌, 最长的可达5- 6 米, 时有新闻, 某地有人在打冰凌时掉下楼摔伤, 有人被屋檐掉下的冰凌砸伤, 有的人在屋檐下走过时被冰滑倒摔断胳膊腿的伤亡事故等等, 严重危及人们的生命安全。另外在我国北方地区不宜采用窄小的外排水, 特别是严寒地区, 在春秋季节各存在一个冻融循环期, 在冻融循环期内窄小的落水设施无法满足排水的要求, 致使大量的水滞留在屋面。

三 严寒地区屋面排水解决办法探讨

根据多年的实践经验和部分业主在使用中积累的经验反馈，大致有以下几种方式能较好地解决严寒地区屋面排水设计的问题。

3.1对于10米以下的小型工业与民用建筑，采用平屋面挑檐自由落水。这是最经济也最有效的严寒地区屋面雨雪冰水排除方式，但建筑造型单调，檐口处理基本没有变化。适用范围有限。

3.2对于低层或多层坡屋顶住宅及小型公共建筑，采用坡屋顶成品檐沟排水系统。由于坡屋顶水流速度较快，成品檐沟相对宽浅，PVC落水系统能及时将雨水或冰水混合物排走，因此应用中未有反馈出现冻融循环期间堵塞雨水口的案例。造价稍高，但檐口造型有多样选择。3.3对于低层或多层坡屋顶住宅及小型公共建筑，采用现浇混凝土宽浅檐沟排水系统。道理和前者类似，经济性稍好。以吉林省南部山区通化市某小区为例，坡屋面设宽浅挑檐沟，截面宽度700宽，檐沟排水坡度2%，水落口附近排水坡度10%，再加上物管部门在容易出现雨水排水系统冻胀堵塞的时间段内加强巡视，解决了困扰当地多年的冬春季屋面雨雪排除问题。

3.4对于高层住宅或公共建筑及大型工业建筑，采用有组织内排水和综合排水系统。有组织内排水采用管材从室内通向屋面, 管内温度通常在5 摄氏度以上, 即使是在最寒冷的时节也是在0 摄氏度 以上, 管内气体能把屋面排水管周围的雪融化, 因此, 它不受大气温度的限制利于排水。造型优美。装饰女儿墙任意造型, 充分发挥设计者的设计风格, 展现民族特征, 美化城市、美化生活。楼上无冰凌, 地上无冰块, 居民自由出入, 人身安全得到了保证。采用PVC 管材,不另设管。抗风害免费用。采用集中内排水,有女儿墙围护, 不受大风的危害, 减少屋面维修和维修费用。综合排水系统适用于屋面复杂，分块较多的情况，便于根据具体情况，因地制宜地设计完善雨水排除系统。

3.5 冬季屋面积雪的清除。对于严寒地区，尤其是严寒多雪地区，冬季屋面的积雪如果不进行主动清除，会有大约2~3个月的时间非常缓慢地自行融化，升华。一方面雪荷载的无序不断增加会对结构的安全可靠带来威胁，另一方面积存的雪量太大，必将会在春季冰雪融化时给雨水排除系统带来很大压力。因此屋面融雪除雪的问题，随着近年来大型公建的增多，已经成为严寒地区屋面排水设计中必须考虑的问题。以长春市红旗街某大型城市综合体为例，由于其屋面面积非常大，而且分成多个单独屋面，形式又有所不同，实际运行中，大面积的玻璃采光坡顶，内设电热膜加热融雪成水，再经建筑的内排水系统，排至地下管线；而普通平屋面则由保洁人员定期清除积雪，保障建筑的正常使用。对于普通住宅或其他小型公建，则可由物业管理人员定期巡视，一般不需要单独组织清除屋面积雪，一旦巡视发现问题及时处理即可。

四 防冻是严寒地区冬季建筑给排水设计的重点内容

4.1室内雨水系统和污水系统：污废水管道及雨水管道均应布置为内排水系统。住宅类建筑的屋面雨水管道应和建筑专业密切配合，以方便雨水立管及悬吊管均能布置在公共部位。由于阳台多为封闭阳台，景观阳台可以不设置排除阳台雨水的雨水立管和地漏，放洗衣机的生活阳台则需要设置排放洗衣机废水的排水立管和洗衣机专用地漏，如果对于阳台可能冰冻的地区则应采用相应的保温措施。

4.2室内生活给水系统和消防系统：靠建筑物外墙的管道井，温度较低，应考虑管道井与采暖管道井合用。地下室的设备房和屋顶水箱间应要求采暖。屋顶试验消火栓可设在采暖的屋顶楼梯间出口处或者水箱间内，若必须在室外或不采暖的室内设置给水或消防管道时，则需要设置电伴热系统保温。消火栓和喷淋立管最好布置于和采暖管道合用的管道井内，不宜布置于楼梯间等不采暖的部位。地下室如果不采暖的话，自动喷水灭火系统应采用干式系统，或者代替干式系统的预作用系统（可以不充气）。消火栓系统则要采用电伴热保温，则需要电气专业提供足够的电量；如果暖通专业采用值班采暖，自动喷水系统也可以采用湿式系统，局部与室外直接连通的部位（地下车库的入口处等）给排水及消防管道可能结冰的部位，可考虑局部采用电伴热系统，或局部自动喷水灭火系统采用干式系统。在非采暖建筑（厂房，库房等）设置消防系统时，一般可以采用干式消火栓系统和干式或预作用自动喷水系统。

4.3室外生活及消防给水系统：室外埋地的给水和消防管道敷设的常规做法一般有直接埋地式和架空敷设两种，其中直接埋地方式在北方最为常用，将给水管道敷设在冰冻层以下300-400mm,可以确保给水管道不被冻坏。

当采暖室外计算温度低于-10°C的地区，各种室外水表井、阀门井、消火栓井、水泵接合器井、各种水池等均应做保温井口或采取其他保温措施，一般在人孔处设保温井口及木质保温盖。消火栓井盖高出周围地面100mm以上，以防雨雪水流入，为不影响交通，可将消火栓设置在绿化带上，并设标记。室外埋地的各种水池也应有防冻措施，水池应覆土保温，池顶覆土深度在700mm以上。水池人孔，取水口设保温井口及木质保温盖。

4.4室外污水系统和雨水系统：冻塞管道的原因一般有两个，一是埋深过浅，保温措施不够；另一个是管道坡度过小，排水流速较慢，污水的热量散失很快，在未进入检查井之前已经冻结。解决冻塞现象的根本办法是加大管道的埋设深度至冰冻线以上150mm，这样可确保管道常年不结冰。另外，可以采用管道保温的方法解决管道冻塞；例如：长春市某小区工程，项目所在地地势较低，周边市政排水管道的埋设深度不足，小区内距离市政排水管道最远的几栋建筑物的污水排出管及接户管，管道本身采用高密度聚乙烯塑料管，采用50mm厚聚氨酯发泡保温处理后，管道覆土深度减小到了700mm,而正常在长春地区排水管道埋设深度应该大于1.2m。这种保温防冻塞的方式只适用于局部管道埋设深度不够时采用，不适合大范围使用。

参考文献：

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