屋面雨水虹吸排水系统的设计分析

摘要：近年来，我国的建设事业发展十分迅猛，加强屋面雨水虹吸排水系统的设计的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对屋面雨水虹吸排水系统的设计进行了研究，具有重要的参考意义。

关键词：屋面虹吸 87雨水斗系统 排水系统 系统设计

中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号：

引言

雨水管道增多，管径增大，影响建筑物的美观和实用。利用“虹吸”原理，可以解决大面积屋面排水问题。于是，一种“虹吸式屋面雨水排水系统”近十几年来在国际上迅速发展起来，现已渐渐在国内建筑物上有所应用。

1、项目简介

本工程项目建筑主要用于商业及酒店。商业大屋面采用虹吸雨水排放系统，结合建筑屋面结构分布情况，进行屋面汇水区域划分。根据保定市暴

雨重现期p=10年的5分钟暴雨强度值，进行虹吸雨水系统设计。根据保定市暴雨重现期p=50年的5分钟暴雨强度值，进行溢流雨水系统设计，采用设溢流口解决雨水溢流问题，设计总排水能力满足保定市暴雨重现期p=50年要求。虹吸系统的初步设计主要包括暴雨强度、汇水面积、雨水斗型号及数量等的确定和雨水斗、管道的布置。现结合本项目详细介绍本工程选取虹吸雨水排放系统设计的理由以及其设计要点。2、屋面排水系统方案选用

目前，屋面雨水排水方式通常有87重力式雨水斗系统以及虹吸式排放系统。在本项目屋面雨水排水系统方案选取上对该两种方案进行对比分析，最终选取了虹吸式雨水排放系统方案，作出这个方案主要考虑原因有以下几点：

（1）87重力式雨水斗系统主要工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用由屋面雨水斗经排水管道自流排放。排水管道按非满流状态设计，必须有一定的坡度。为了达到比较好的排放效果，在安装管道时要求悬吊管的最小坡度要满足2%。在实际工程上要为安全起见规范还规定宜采用单斗排水，即一个雨水斗对应一根雨水立管。这样，由于本项目属于商业大屋面，若采用87重力式雨水斗系统将会带来以下不足：雨水立管数量多；雨水管管径大；雨水悬吊管因有坡度，占据的建筑空间大；连接各立管的埋地管地下工作量较多。

（2）虹吸屋面雨水排水系统，经过精密的水力计算，能充分利用水的动能，在密闭的管道系统中产生连续不断的虹吸作用，实现快速、高效的排除屋面雨水，是解决大屋面雨水排放的先进排水技术。与传统重力流排水方式相比较其优点更为突出，具体表现有以下几显著优点：广泛适用于各种不同类型、用途的建筑物；管道无需坡度敷设；降低管材的管径；现场施工量减少；用料更少；节省安装空间。在这些优点中最重要的是其适用于各种类型、各种用途的建筑物屋面，包括平屋顶屋面也能适用，这一点解决了传统排水方式很难解决排除的问题。

综上分析可发现，在会馆、展馆、体育场馆、大型厂房及候机楼、飞机库等大型工业和民用建筑中，屋面面积很大，如本工程那样的大屋面那样，还采用87重力式雨水斗系统进行排放雨水，这势必导致雨水管道增多，管径增大，影响建筑物的美观和实用。因此，对于大屋面建筑来说，传统的屋面排水系统已显得不相适应了。结合本工程特点，本工程不仅属于大屋面，而且还是平屋面，因此通过比较分析，最终选取虹吸式雨水排放系统方案相比87重力式雨水斗系统具有明显的优越性。

3、虹吸式屋面雨水排放系统设计

本工程由于屋面大而且为平屋面，结合本工程特点，正是基于上面所分析的虹吸屋面雨水排水系统优势，为此屋面采用虹吸式排水系统。接下来是根据本工程对该排水系统进行设计。虹吸屋面雨水排水系统与传统87雨水系统设计完全不同，其选材尤其重要。

先分析虹吸式屋面雨水排放系统的重要设计部件，以为准确设计该雨水排放系统作依据。

（1）防漩涡雨水斗。虹吸式排水系统专用的防漩涡雨水斗内有空气挡板和进水格栅，降雨过程中，雨水通过格栅，侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流性能将阻挡空气从外界进入，使雨水平稳流进入排水管。同时，还能保持一定的斗前水深，以满足虹吸现象完全隔断空气的要求，如图2所示。 本工程雨水斗采用铝锰合金、PP或不锈钢材质。雨水斗下方自带的连接短管为HDPE材料，以保证雨水斗同管道连接时采用焊接，保证系统的气密性。

（2）管道选取。管道作为排水系统最主要的部分，必须确保系统安全可靠，高效持续的运行。虹吸式系统作为一个特殊的排水系统，其管道必须保证完全的密封性，并且做到尽可能降低噪声，吸收震动，抗击冲击外力和抗温度变化形变。由于虹吸系统是利用负压排水的，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。但是也不是完全的刚性体。因此，虹吸排水系统不采用PVC管，而是采用HDPE高密度聚乙烯管，这种管材能承受较大的冲击力，且不会因弯曲而破裂、折断，还具有耐腐蚀性，其抗极端温度范围也大，同时管子自身重量轻，施工方便。为此，本工程、虹吸式雨水排水系统采用虹吸专用高密度聚乙烯（HDPE）排水管，、管材和管件应不低于PE80等级的高密度聚乙烯（HDPE）原材料制造且原料应为混配料；管材的纵向回缩率不大于1%。

4、虹吸屋面排水计算

4.1 屋面汇水面积与雨水流量计算

汇水面积计算是方案初步设计的关键，汇水面积准确才能保证系统正常的工作和建筑的安全，汇水面积是汇集的降雨最终可以排放到计算天沟里的全部面积。根据设计图纸要求，确定采用虹吸排水的屋面区域，在图纸上计量所选区域的面积，即屋面设计汇水面积。屋面汇水面积计算对于一般坡屋面按水平投影面积计算；高出汇水面的侧墙，应将侧墙面积的1/2折算为汇水面积；而高层建筑裙房屋面，应附加其高出部分侧墙面积的1/2。因此，本工程项目汇水面积按照屋面的水平投影面积计算，高出屋面部分的侧墙面积按相关规定折算为汇水面积。根据以上方法计算得出汇水面积再来根据公式1计算相应雨水设计流量。

Q=k1Ψq.F （1）

式中Q―雨水设计量（L/S）；k1―流量校正值，一般取1，对于屋面坡度大于2.5%取1.5~2；Ψ―径流系数，屋面一般取0.9；q―设计降雨强度（L/S. m2）；F―汇水面积（m2）；降水强度应根据保定市降雨强度，为此取暴雨重现期 P=10年，经计算5分钟暴雨强度q =4.30 L/s・100m2 。

4.2雨水斗计算

流量计算完成后，就要确定雨水斗的数量，其决定因数不只取决于总汇水量，还要满足天沟中相邻两雨水斗间距不大于20m，雨水斗的数量要按要求取数值较大者的，计算时不足整数部分进1。雨水斗数量确定后就可以依此确定相应雨水斗的流量，设计时注意的是虹吸系统中过大流量和过小流量的雨水斗都会造成浪费，过大流量斗会相应的使管道管径增大，过小流量则会增加雨水斗的数量，因此必须选取相应的雨水斗。

4.3系统布置

根据所计算的有关数据，确定雨水斗的数量和分布位置，在图纸上绘制雨水斗位置和管道系统的布置设计，除了在建筑平面图纸上布置雨水斗和管道，还要进行系统的设计。系统设计时尚应符合以下要求：

（1）当连接有多个虹吸式雨水斗时，雨水斗宜与雨水立管做对称布置，以减少管道用量；雨水斗的排水连接管应连接在悬吊横管上，不得直接接在雨水立管的顶部。

（2）虹吸式雨水斗应设置在每个汇水区域屋面的最低点或天沟内的最低点。

（3）每个汇水区域的雨水斗数量不宜少于2个。

（4)如本工程设置在裙房屋面上的雨水斗距裙房与塔楼交界处的距离不应小于1m，且不大于10m。

设计时值得注意的是，由于不同的工程有不同的要求，管道可能布置在柱边，也有可能布置固定的管道井。经实践证明，立管位置宜布置在距离雨水井较近的位置，这样可以减少埋地管道的长度和相应的施工量。

5、结语

本文结合笔者工程实践经验以及某工程实例，深入分析了本工程采用虹吸式雨水排放系统而不采用87雨水斗系统的理由，得出大型屋面以及平屋面适合选用虹吸式雨水排放系统结论，同时结合工程给出虹吸式雨水排放系统设计要点等，为同类工程提供参考。

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