CP6—车身车间大屋面虹吸雨水排水系统技术

摘要：杭州湾新区上海大众汽车整车项目，2012年8月厂房结顶、设备安装，2013年工厂投用。据悉，上海大众在宁波杭州湾新区一期年产30万辆乘用车项目，以总装车间、车身车间、动力总成车间、油漆车间等组成，以车身车间单体最大。

车身车间属于超级大屋面，屋面采用虹吸排水系统，本文就虹吸排水系统采用、设计与施工进行了阐述，总结了虹吸排水系统的设计与施工经验，为虹吸排水系统的进一步推广使用积累了经验。

关键词：屋面排水虹吸排水

中图分类号：S276文献标识码： A 文章编号：

1.工程概况

车身车间是超级大型厂房单体，CP6的配套工程。CP6从2011年起兴建，总建筑面积超过30.894公顷，可年产30万辆乘用车项目。车身车间整个屋面设置了6道东西向通长的天沟，分成了6个大的汇水分区，共采用了179个雨水斗。单条天沟长约434.4m，内设置有43套虹吸系统，屋面总汇水面积约为91970㎡。

2.工程特点、难点

2.1车身车间面积大，总汇水面积大

本工程屋面总汇水面积约为91970㎡，屋面分为6个大的汇水分区，屋面总汇水量和各分区汇水量都较大。

2.2管道安装高，内部升高需要技术

车身车间的屋面标高是14.1米，属于较高的厂房，特别是在厂房中部有宽18米的超高屋面22米高，除采用超高升降机系统外，又具备搭设脚手系统。

2.3工程工期紧，主管悬吊方式采用下吊式

本工程的排水管道系统是在网架屋盖安装完成之后，作提升准备这段时间中完成安装的，因此工期非常紧，为了节省工期，经认真验算，最后采用了主管下吊式悬吊。

2.4虹吸排水系统由于虹吸作用管道产生振动作用

虹吸排水系统由于虹吸作用，管内水流速较高，对管壁有较好的冲刷洁净作用，但同时会在管道产生一定的冲击振动力，在设计和施工中要特别注意，尤其是管接头。

3.设计方案

3.1系统原理及形成的图解说明

3.1.1虹吸屋面雨水排水系统是在满流条件下利用伯诺里方程式，通过周密的水力计算，充分利用屋面和地面的高差产生能量形成虹吸作用，快速将屋面雨水排至室外。

3.1.2虹吸雨水斗是系统组成的关键部件，独特设计的虹吸雨水斗带有反涡流装置在设计条件下，进水漩涡被破坏，进入系统的雨水在设计条件下呈现水满流状态。

3.1.3屋面雨水汇集，在系统管道内形成虹吸的几种流态图解如下：

3.1.4虹吸屋面雨水排放系统的技术优势：

⑴悬吊管接入的雨水斗数量增多，在满水力计算要求下，接入的雨水斗数量不受限制，从而减少了立管的数量。

⑵悬吊管不需设坡度，安装要求空间小，适合用户要求，有利于设计和施工。

⑶减少与室外管道的连接和埋地管的数量。

⑷可充分利用屋面与地面排出管高度差形成的位能，提高管内流速减小管径。

⑸因管内流速的提高，系统能有较好的自清作用。

3.2系统设计

3.2.1参数确定

设计重现期P及相应的5min暴雨强度q5（宁波地区）：

设计重现期：P＝10年q5＝0.0510L/s·㎡

溢流重现期：P＝50年q5＝0.0666L/s·㎡

屋面雨水径流系数：ψ＝1.0

3.2.2系统设计

车身车间屋面总汇水面积约为91970㎡，屋面分为6个大的汇水分区，单条天沟长度约为434.1m，采用YG80—YG150型雨水斗179个，共采用43个虹吸系统，

受立管数量的限制，系统就近排水的原则，多个系统是有不同天沟的雨水斗连接而成，单个系统中雨水斗数最多的为8个，由于系统中雨水斗数量较多，为了便于系统的压力平衡，将负压值较大一端的雨水斗用次悬吊管连接，然后依次接入主悬吊管中。

3.3系统配件组成

3.3.1虹吸式雨水斗

虹吸雨水斗是一项新技术，专利产品,该系列雨水斗是经过国家计量院认证的产品，单斗最大流量分别从6L/s～120L/s之间，适用于各类工程屋面。雨水斗斗体采用304不锈钢板冲压成型，反涡流装置及导流罩采用硅铝合金精密铸造，其紧固螺栓均采用不锈钢制作，出水短管管材材质选用不锈钢，其寿命可达50年以上。

为了使屋面雨水及时得、更好得排走，本工程使用了潜水深仅为40mm、排量为16—40L/s的YG80---YG150型雨水斗。

虹吸雨水斗经防堵性能测试，其系统抽吸能力强，不会产生堵塞现象。

3.3.2管材

雨水支管及悬吊管都采用HDPE，热熔连接。

3.4水力计算

虹吸雨水系统设计是建立在满管流基础上的，故而水力计算采用伯诺里方程式。水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比的称为沿程水头损失，用hf表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示。

伯诺里方程:

水头损失的计算方法：总水头损失hw=∑hf+∑hj

∑hf=RL-沿程阻力损失，R-单位长度的阻力损失，L-管长

根据《给水排水设计规范》GB50015—2003压力流方程式，采用海曾·威廉公式：

Q-流量，C-摩阻系数，dj-管道计算内径，∑hj-局部阻力损失

系统每一点的压力计算公式：

3.5系统计算说明

3.5.1悬吊管与雨水斗出口的高差应大于1m。

3.5.2悬吊管设计流速不宜小于1m/s，保证悬吊管内无淤泥。

3.5.3管道内最大负压值应小于0.08Mpa。

3.5.4各节点压力差值不超过0.1Mpa，能满足压力平衡要求。

3.5.5悬吊管的流速不小于1.0m/s,立管的流速不小于2.2m/s。排水管系出口流速不宜大于2.5m/s。

4.工程施工

4.1

4.2管道的焊接

车身车间结构较复杂，网架面积较大，因此管道的热熔焊接有着很大的难度，经过方案优化，最终选择了管道预制工作，绝大部分工作中地面预制完成后，在使用升降机和脚手的措施下，与屋面预制好的雨水斗连接。接着连接预制好的立管系统。且根据天沟的安装进度，逐步完成每个系统的安装。

4.3管道的吊装

3.3.1主悬吊管的悬吊方式采用下吊的方式，次悬吊管的悬吊方式采用上托的方式，如图2和图3所示。

图2水平悬吊管断面图图3雨水管道支架图

由于项目工期较紧，在保证安全的前提下，本工程采用主悬吊管下吊的方式，使得项目如期完成。

4.3.2DN300管道支架的加密

为了减轻吊点的荷载，此单体专为管道系统设计了专用支架，非常利于虹吸系统的安装和固定。

5.结论

车身车间屋面虹吸排水工程已完工，经过数次大雨的考验，能将雨水及时、顺畅的排出，为车间的雨汛期安全提供了有效的保障。同时在采用虹吸排水时，本工程提供了一些经验可在今后的工程中借鉴。

5.1大面积屋面雨水排水采用虹吸系统可以有效的较少排水系统的立管数，排水效果较好。

5.2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，对管道有较好的冲刷洁净作用，但同时也对管道产生一定的振动力，管道要进行抗压力设计。

5.3本工程雨水管道系统是随屋面网架一道地面安装整体提升就位，因此在安装过程中不仅是要考虑管道自身的重力变形，还必须考虑网架提升过程的下挠。

参考文献：

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