建筑設計職稱論文廠房屋面雨水排水設計體會

　　摘要:本文針對多跨工業(yè)廠房從多個角度分析如何合理設計屋面雨水排水系統(tǒng)，分析了各種屋面雨水排水形式的優(yōu)缺點和適用條件,總結屋面雨水排放方案的選擇原則。

　　關鍵詞:屋面雨水,重力流,虹吸壓力流

　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和生產(chǎn)工藝的日新月異,國內出現(xiàn)了許多大型鋼結構工業(yè)廠房,該類廠房在建筑型式上一般表現(xiàn)為多跨聯(lián)合輕鋼結構,如圖1所示。為減輕荷載、節(jié)約初期投資成本,一般使用壓型鋼板屋面,由于壓型鋼板與壓型鋼板之間、天溝與屋面的連接處均有搭接焊縫，當天溝內排水不暢時，天溝中的水位高度超過搭接焊縫，雨水就可能從搭接焊縫處滲入室內，引起屋面漏水，從而造成不必要的財產(chǎn)損失。因此，能否迅速及時地排除屋面雨水在大型多跨工業(yè)廠房設計中尤為重要。

　　筆者從事給排水設計工作六年多以來，遇到過一些上述類型的多跨工業(yè)廠房，為使屋面雨水排水系統(tǒng)設計在廠房使用期間達到良好的效果，需要精心設計和良好的溝通協(xié)調，現(xiàn)從以下幾個方面談談自己的想法和體會。

　　1 關于壓型鋼板自防水屋面和卷材防水屋面的選擇

　　多跨工業(yè)聯(lián)合廠房屋面是否采用卷材防水屋面是在項目方案設計階段應該確定的問題，這對設計屋面雨水排水系統(tǒng)的參數(shù)取值和排水方式至關重要。近年來，隨著全球氣候的變暖，百年一遇的暴雨經(jīng)常不期而至，而工業(yè)廠房屋面的暴雨重現(xiàn)期一般設計為10年，這顯然不能應對極端天氣。通過大量的研究和實際項目經(jīng)驗證明，即使囿于初期投資成本的限制，鋼結構屋面應優(yōu)先選擇卷材防水屋面，這樣可以有效降低屋面雨水滲漏的風險。工程上可供選擇的防水類型有PVC卷材、SBS卷材、TPO卷材等，可根據(jù)項目的投資情況選擇。根據(jù)建筑防火規(guī)范的條文內涵，如果采用了卷材防水屋面，屋面雨水排水系統(tǒng)設計的暴雨強度和暴雨重現(xiàn)期可以選擇較小值。反之，屋面設計暴雨強度應乘以1.5倍的安全系數(shù)。實際做項目的過程中，甲方一般對屋面雨水的問題重視度不夠，給排水工程師即使及時提出了設計方的想法和設計理念，但往往由于增加了不少成本而不得不屈服于甲方的意志。到了廠房使用期間，一旦出現(xiàn)了超過設計暴雨重現(xiàn)期的雨水，極易引起廠房漏雨甚至屋面坍塌，由此帶來的損失遠遠大于卷材防水屋面的投資成本。總之，在項目設計階段應聯(lián)合建筑專業(yè)努力說服甲方采用卷材防水屋面，而不要因小失大。

　　2 關于重力流外排水和重力流內排水系統(tǒng)的選擇

　　從安全角度出發(fā)，所有建筑物屋面雨水排水應優(yōu)先考慮采用外排水系統(tǒng)。外排水系統(tǒng)的優(yōu)點在于：簡單、經(jīng)濟、安全、便于施工維修。多跨工業(yè)聯(lián)合廠房由于它特殊的形體和構造，外排水系統(tǒng)不能用于排除或者不能全部排除其屋面的雨水，這就需要采用內排水系統(tǒng)。內排水系統(tǒng)是外排水系統(tǒng)不能采用時一種替代辦法，內排水系統(tǒng)存在諸多弊病：①內排水系統(tǒng)需要室內埋地管道和密閉式檢查井，檢修困難，檢查井如果施工處理不好，會引起檢查井冒水的情況;②埋地雨水管道管徑較大，難免與結構基礎發(fā)生沖突而引起埋深增加;③埋地管道要考慮通氣;④如果采用懸吊管排水，管徑大且需要一定的坡度，管道占用較大的空間，客觀上會增加廠房高度。因而在最大的可能范圍內應采用外排水系統(tǒng)，除非在外排水系統(tǒng)無法解決的區(qū)域內，方可采用內排水系統(tǒng)排除該區(qū)域內的屋面雨水。外排水和內排水系統(tǒng)雖一字之別，但在實際的工程設計中是由兩個不同的專業(yè)設計人員來承擔設計的，外排水系統(tǒng)由建筑專業(yè)設計，內排水系統(tǒng)則由給排水專業(yè)設計，這就為內、外排水系統(tǒng)的合理統(tǒng)一增加了難度。有時建筑專業(yè)的設計人員一看需內排水系統(tǒng)，就把自己應該設計的外排水部分全部推給給排水設計人，而如果給排水專業(yè)的設計人又不能說服與自己配合的建筑專業(yè)設計人，把本該外排水系統(tǒng)的內容納入內排水系統(tǒng)中，必然產(chǎn)生一個不合理的屋面排水設計方案。我們應該說服建筑專業(yè)設計人員采用外排水系統(tǒng)解決所有可以用外排水系統(tǒng)排除的屋面雨水。而內排水系統(tǒng)僅解決那部分用外排水系統(tǒng)無法解決的屋面雨水排水。因此，要真正確定好設計方案，不僅僅純屬一個技術問題，還要學會與相關專業(yè)設計人員溝通合作。

　　3關于單斗系統(tǒng)和多斗系統(tǒng)的選擇

　　《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015—2003(2009年版)規(guī)定:重力流雨水排水系統(tǒng),宜采用單斗排水。當采用多斗排水時，懸吊管上連接的雨水斗不得多于4個。筆者認為在異天溝多斗系統(tǒng)中應嚴格控制雨水斗個數(shù)，實際上也等于嚴格控制同系統(tǒng)中的異天溝數(shù)。筆者認為多斗系統(tǒng)如在同天溝內以4個雨水斗為界無多大意義。因為對于同天溝多斗系統(tǒng)來說，天溝中雨水涌水高度的變化使雨水斗泄水量也隨之變化，系統(tǒng)的總排水功能也隨之增減。涌水高度增高，系統(tǒng)排水總量增加。而同天溝中各坡段的涌水高度在同一多斗系統(tǒng)區(qū)間應可相互調整到同一水平。所以斗的多少遠近均不是主要因素，只要整個系統(tǒng)總排水量大于其所擔負的匯水面積的雨水總量，而且該系統(tǒng)中雨水斗排水量亦大于總雨水量，多頭系統(tǒng)區(qū)域就不會發(fā)生問題的。也就是說對于同天溝多斗系統(tǒng)，雨水斗總數(shù)多于4個是可行的。但僅限于同天溝系統(tǒng)。如異天溝系統(tǒng)雨水斗不得多于4個，而且單斗最好。

　　4 關于同天溝和異天溝系統(tǒng)的選擇

　　上面已經(jīng)指出，在多跨工業(yè)廠房的雨水內排水系統(tǒng)設計中，同天溝系統(tǒng)有很多優(yōu)點：天溝中雨水高度到一定程度可各區(qū)段調整，從而消除各雨水斗基于其他原因而排水量不同的影響;懸吊管上多幾個雨水斗也不會造成事故;即使懸吊管大點，一般同天溝系統(tǒng)懸吊管只能固定在承重柱上，因而穩(wěn)定、安全;同天溝系統(tǒng)較異天溝系統(tǒng)容易安裝、檢修。通常多跨廠房，可設計成同天溝系統(tǒng)，也可設計成異天溝系統(tǒng)，有時兩種系統(tǒng)總管材用量幾乎相當，但基于上述優(yōu)點，我們沒有理由不首先采用同天溝排水系統(tǒng)。

　　5 關于懸吊管和埋地管的選擇

　　雨水斗導入懸吊管經(jīng)立管至戶外，這是常常采用的設計系統(tǒng)，懸吊管架空敷設。如為異天溝系統(tǒng)，懸吊管一般沿屋架敷設固定;如為同天溝系統(tǒng)，懸吊管一般順柱子軸線架空固定在柱子上。可在東北寒冷地區(qū)卻要雨水管埋地敷設，筆者認為在這些地區(qū)埋地較為合理，埋地有防凍、檢修方便等優(yōu)點。但埋地系統(tǒng)耗費管材，不經(jīng)濟，有時還會發(fā)生頂脫井蓋、雨水噴流而使業(yè)主蒙受損失。要避免事故，埋地系統(tǒng)設計時，暴雨重現(xiàn)期應大于10年，而且埋地管道的管徑和坡度均應精確計算，還要留有余量和安全系數(shù),同時應經(jīng)常檢修。

　　6 關于半有壓流排水系統(tǒng)和虹吸(壓力流)排水系統(tǒng)的選擇

　　屋面雨水系統(tǒng)可按不同的流態(tài)設計，有壓流態(tài)、無壓流態(tài)和半有壓流態(tài)(亦稱過渡流態(tài))，管道中的水流狀態(tài)隨管道進口頂部的水面深度而變化，水面深度則隨降雨強度而變化。大型鋼結構工業(yè)廠房多按照半有壓流和有壓流設計屋面雨水系統(tǒng)，因此無壓流態(tài)，即重力流雨水系統(tǒng)不再詳述。半有壓流態(tài)是氣水混合流態(tài)，主要采用65型和87型雨水斗，雨水斗之間標高位置要求較寬松，具有整流和頂板隔氣的功能，在降雨過程中，管道內的流態(tài)依次表現(xiàn)為重力流、過渡流，甚至有壓流，系統(tǒng)設計要預留余量，排除超設計流量雨水，因而管徑較大，占用室內空間較大，但系統(tǒng)整體造價較低。相比而言，有壓流態(tài)(虹吸)是單相流態(tài)，雨水斗采用虹吸雨水斗，具有整流(反渦流)和面板隔氣的功能，雨水斗之間標高位置要求嚴格。在降雨過程中，管道內的流態(tài)依次表現(xiàn)為重力流、過渡流和有壓流。系統(tǒng)設計要考慮溢流設施，超設計流量雨水無法進入系統(tǒng)，依賴溢流設施排除，屋面溢流頻率比半有壓流雨水系統(tǒng)頻率高。虹吸雨水系統(tǒng)，管徑較小，占用室內空間較小，管材耗用省。系統(tǒng)的水力計算較復雜，整體造價較高。

　　一般建筑屋面和長天溝外排水采用65型或87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)，其經(jīng)濟性優(yōu)于其他系統(tǒng)。廠房、庫房或公共建筑的大型屋面，尤其當雨水懸吊管受到室內空間限制時，優(yōu)選虹吸式雨水系統(tǒng)。87斗雨水系統(tǒng)一根懸吊管連接的雨水斗數(shù)量不應超過4個，這一點虹吸雨水系統(tǒng)也優(yōu)于87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)。在實際工程中，遇到過一些擴建廠房與現(xiàn)有廠房接建的情況，新舊廠房搭接成M形的大型屋面，搭接處設置一條天溝，接收分別來自新舊廠房的屋面雨水。這種情況下，雨水量較大，如果采用87型雨水斗屋面雨水系統(tǒng)，管徑會較大，筆者多采用虹吸屋面雨水收集系統(tǒng)，懸吊管管徑較小，管道敷設坡度小，可以節(jié)省室內空間，而且整體造價比較，虹吸系統(tǒng)也不會很高。屋面溢流部分，除了可在天溝兩端設置溢流口外，虹吸系統(tǒng)還可以在中間或端部設虹吸溢流雨水斗，將溢流雨水通過雨水管散排至室外，溢流排水方式比較靈活。

　　7結論

　　屋面雨水排放形式的選擇,受業(yè)主的偏好、項目投資、地理位置、廠房屋面面積等因素影響很大，從安全性、可靠性和經(jīng)濟性的角度考慮，總體原則如下：能選擇防水屋面，盡量選擇防水型屋面，具體的防水材料可根據(jù)安全性和成本因素綜合考慮確定;能選擇外排水，盡量選擇外排水，能地面上排水盡量選擇地上式排水，不能選擇外排水的優(yōu)先設計為虹吸壓力流排水;在重力流設計中,多斗系統(tǒng)即可用同天溝又可用異天溝時，應盡可能的設計同天溝多斗系統(tǒng)，采用懸吊管還是埋地應視地理位置和氣象參數(shù)而定。

　　總之，多跨高大工業(yè)廠房的雨水排水系統(tǒng)的設計，還要與建筑專業(yè)、結構專業(yè)密切配合，共同研究，根據(jù)廠房型式和構造特點，全面綜合分析考慮問題，形成一個最優(yōu)的屋面雨水排放設計方案。