预制式钢结构建筑系统配套虹吸式屋面雨水排放系统安装注意事项.pdf

工程科技 1 概述 近年来 预制式钢结构建筑系统配套安装虹吸式屋面排水系统 的情况越来越多见 除了客户方面直接委托虹吸系统专业厂家设计 及施工的情况外 有时还会出现委托钢结构公司负责整个屋面排水 系统设计 施工及现场协调的情况 实际上 预制式钢结构建筑系统配套安装虹吸式屋面排水系统 的安装涉及到钢结构设计 土建设计 给排水设计等诸多方面 专业 交叉节点非常多 因此前期的设计沟通就显得非常重要 稍有疏忽 及误解 就有可能造成后期施工过程中非常难以挽回的局面 严重 时甚至会大大降低虹吸系统的排水能力 本文的目的并非是针对虹吸排水系统自身的设计及安装工艺 而是从专业配合的角度出发 列举出需要注意及规避的问题 以利 于建设项目的顺利进行 2 虹吸排水系统的原理及组成 2 1 虹吸排水系统的由来 随着建筑技术的不断发展 大空间 大容量 大面积的公共建 筑 工业厂房对屋面雨水排放技术的要求将越严格 屋面面积的增 大 排水管道也必须增大 管道数量也将增多 这必将会影响建筑物 美观和实用的要求 传统的排水方式已不能完全满足现代建筑的需 求 而于 1968 年在欧洲首先出现的虹吸排水系统是解决现代建筑 大面积屋面排水问题的有效解决方式 屋面雨水排放系统的分类方式如下 按照管道的设置位置不同可分为 外排水系统和内排水系统 外排水是指屋面不设雨水斗 建筑物内部没有雨水管道的雨水排 放方式 按照屋面有无天沟可以分为散排水 无天沟排水 外天沟排水 和内天沟排水 根据系统是否与大气相通分为密闭系统和敞开系统 按雨水管中水流的设计流态可分为重力半有压流雨水系统 重 力无压流雨水系统和压力流雨水系统 虹吸式雨水系统 由以上分类方法可知 预制式钢结构建筑系统配套的虹吸式屋 面排水系统为密闭式 内天沟 密闭系统 多落水斗 压力流 内排水 系统 图 1 2 2 2 虹吸排水系统的原理及其特点 在降雨初期 雨水排水系统悬吊管内的雨水为非满管流 以图 中的波浪流和脉冲流为主 系统处于重力流状态 随着雨量的增大 则斗前水深逐步增大 水流逐步过渡到活塞流和泡沫流并间隙性地 产生虹吸满管流流态 悬吊管内出现较明显的负压 虹吸的形成使 系统排水能力突然增大 斗前水深又会回落 系统重新回到重力流 方式 这种变换会来回持续一段时问 直到降雨量进一步增大 斗前 水深趋向稳定 系统掺气量减少 最终形成稳定的虹吸满管流 系统能充分利用水的动能 在密闭的管道中产生连续不断的虹 吸作用 达到快速 高效地排除屋面雨水 由于虹吸排水系统是经过精确的水力计算而设计的排水系统 其管道内按满流状态设计 能充分利用水的动能使系统产生虹吸作 用 它具有流速快 流量大 管道有较好的自洁能力 相同管径排水 量大 悬吊管无需坡度敷设等优点 图 3 2 3 虹吸排水系统组成和材质 虹吸系统由虹吸雨水斗 连接管 尾管 悬吊管 立管 埋地管 检查口和固定及悬吊系统组成 2 3 1 虹吸雨水斗 雨水斗一般由反旋涡顶盖 格栅片 底座和底座支管组成 额定 流量分 12L s 25L s 40L s 60L s 和 72L s 等 最常用的为 25L s 和 40L s 两种额定流量的雨水斗 虹吸雨水斗可采用铸铁 铝合金 不锈钢 高密度聚乙烯 HDPE 和聚丙烯 PP 等材质制作而成 2 3 2 管材和管件 用于虹吸式屋面雨水排水系统的管道 应采用铁管 钢管 镀锌 钢管 涂塑钢管 不锈钢管和高密度聚乙烯 HDPE 管等材料 这些 管材除承受正压外 还应能承受负压 图 4 5 2 3 3 固定件 虹吸管道能承受满流管道的重量和高速水流所产生的作用力 对高密度聚乙烯 HDPE 管道则采用二次悬吊系统固定 3 虹吸排水系统的一些相关设计要求 3 1 暴雨强度 在选择暴雨强度和重现期时要考虑建筑物用途和其重要性等 等因数 并结合 建筑给排水设计规范 来确定 虹吸系统的重现期 作者简介 林相谦 1979 男 工程师 预制式钢结构建筑系统配套虹吸式屋面雨水排放 系统安装注意事项 林相谦 上海华辰建筑工程有限公司 上海 200125 摘要 虹吸式屋面排水系统在预制式钢结构建筑系统中使用越来越多 经常出现钢结构公司负责整个屋面排水系统设计 施工及 现场协调的情况 本文是从给排水 钢结构 土建等专业配合的角度出发 列举出需要注意及规避的问题 以利于建设项目的顺利进行 关键词 虹吸式屋面排水系统 预制式钢结构建筑系统 内天沟 落水斗 消能井 图1 重力式落水系统图2 虹吸式落水系统 图3 252 工程科技 不应小于规范要求 一般虹吸系统的暴雨重现期不小于当地 5 年 取当地 10 年的居多 并会因建筑物的要求而适当增高 3 2 溢流的设置 溢流的功能主要是实现雨水系统事故时的排水和超量雨水的 排除 建筑物的溢流可以以溢流口或溢流系统的方式设置 溢流口是 在天沟或侧墙上的一定高度位置设置的排水口 溢流口或溢流系统 应设置在溢流时雨水能通畅流达的场所 溢流口或溢流装置的设置 高度应根据建筑屋面允许的最高溢流水位等因素确定 最高溢流水 位应低于建筑屋面允许的最大积水深度 没有具体要求时 宜将溢 流系统或溢流口的进水最低点设在天沟最低点以上 100mm 至 150mm 位置 3 3 系统布置 虹吸排水系统设计应符合有关规范规定并具备以下要求 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 每个汇水区域的雨水斗数量不宜少于 2 个 2 个雨水斗之间的距离不宜大于 20m 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 对于汇水面积中大于 5000m2的大型屋面 宜设置不少于 2 组 独立的虹吸排水系统 3 4 管路系统的坡度敷设 在虹吸屋面雨水排放系统安装过程中 应尽可能的作管道排空 坡度 3 敷设 理论上虹吸系统排水能力强 流速快 此时管内具 有自洁能力 这是系统水力产生虹吸时才有的现象 而虹吸排水系 统部份的排水时间是在非满流状态运行 而且无坡度敷设的水平悬 吊管在施工安装过程中 并不能保证绝对的水平 将导致管道产生 较小的倒坡存在 局部倒坡管段积水或堆积泥沙和颗粒状物等 可 能会在无雨季时管内干燥时凝固 形成块状物体对系统运行产生影 响 4 钢结构设计方面需要注意的问题 4 1 悬吊管的吊挂问题 悬吊管由于要起到吸收排水冲击载荷的作用 故一般均选用吊 挂承载的方式 最佳的吊挂方式是悬挂于檩条下翼缘 这样的话从 用钢量上来讲最为经济 可以采取的方式包括 多根檩条联合吊挂 檩条加厚 双层檩条叠放 最为不利的悬吊管吊挂方式是在屋面梁之间另行设置吊挂梁 槽钢或工字钢 不仅用钢量大 而且现场有比较大的焊接工作量 4 2 虹吸雨水斗的选择与天沟规格 虹吸系统的设计是当天沟内雨水深度达到一定深度时 斗前水 深 首先是尾管充满水达到虹吸条件 继而使整个系统产生虹吸 即可使天沟内的雨水快速排放 对于斗前水深的值 相关规范中有 明确要求 越小的斗前水深值 即表明系统能越早实现虹吸 避免出 现天沟满溢的情况 图 6 所示的平底式雨水斗 底盘直接焊接于内天沟底部 其斗 前水深即为天沟内的水深 而图 7 所示的雨水斗 自带有下沉式的 底盘 故相对于同样的液面高度而言 有更大的斗前水深 亦即能更 早实现虹吸 因而其可靠性不言而喻 我们知道内天沟的深度是受到檩条自身高度的限制的 不可能 因为虹吸系统要节约下沉式的底盘而增加整个建筑的檩条高度 最不利的情况 是虹吸系统不能满足设计暴雨重现期情况下的 排水能力 此时只能在内天沟上另外增设下沉式不锈钢集水盒 类 似于重力式落水方式时的落水斗 4 3 天沟溢流口的设置 前面已经提到过 虹吸式排水系统一定要设置溢流管 对于内 天沟而言 常用的溢流口设置方法为在天沟底部焊接专用的溢流管 口并接 UPVC 落水管 图 8 若现场空间受限 也可按照图 9 所示 方法在天沟端部堵板上开孔设置方形溢流管 无论采用何种溢流方式 排水管绝不可以绝不可以接入到虹吸 式管路系统中 否则将会破坏后者的密闭性并使之丧失虹吸排水能 力 比较好的溢流排水方法是直排至室外 但如果现场不具备排水 条件 如天沟的端部一方是办公楼 则溢流口的设置将大大受到限 制 这是前期设计交流阶段特别需要注意的问题 4 4 内天沟伸缩缝的设置 虹吸式排水系统的内天沟伸缩缝的设置与标准情况有所不同 为了保证整个系统的均一密闭性 天沟中部不能出现隔断 即不设 端部挡板 而是要采用条形盖片作为伸缩缝构造件 4 5 天沟支架 虹吸排水系统的内天沟由于在形成虹吸之前的蓄水量较大 故 为了保证天沟自身的稳定性 一般会在天沟支撑檩条之间设置角钢 支架 支架一般间距为 1000mm 标准角钢支架的规格根据檩条型号 不同也有所不同 图 10 11 现场实际安装中发现 对于非标天沟 角钢支架的设计节点上 经常出现问题 常见的三类问题如下 4 5 1 按照设计要求 天沟支架应在两侧檩条腹板的上排孔位置 使用 M12 30 薄头螺栓与檩条相连接 支架的两个上翻翼缘也应 预打孔 这就对支架的尺寸有比较严格的要求 如果出错的话就要 全部现场打孔 工作量会比较大 图4 图5 图6 图7 图 9图 8 253 工程科技 4 5 2 角钢支架与天沟底部相接触的部 分应当是平面肢 而不是竖直肢 这个问题 虽然很简单 但是却时有出错 4 5 3 角钢支架的底部竖直肢有可能是 超出檩条下翼缘的 如图 12 所示情况 故 设计期间应特别注意两个问题的影响 屋面设有内衬板时 角钢会影响内衬 板的安装 檩条之间如有方管 支撑梁之类的构 件 则角钢会与之相碰 解决这个问题需要总体考虑 首先要 合理地配置天沟深度 之后再根据上述要 求确定角钢的固定位置及规格 必要时需 要将支撑角钢变为支撑槽钢 5 钢结构施工方面需要注意的问题 5 1 虹吸系统完善之前的屋面排水 在形成虹吸之前时 虹吸系统是重力 式的排水方式 也就是说 在整个虹吸排水 系统完善之前 包括悬挂管 立管 检查口 消能井等 该系统不能起到虹吸排水的作 用 此时 整个屋面仅仅通过虹吸雨水斗的 小口径自然排水是远远不能满足要求的 因此 上述一段时间内 内天沟必须有 另外的有效排水方式 否则在暴雨情况下 将会造成天沟满溢甚至是屋面超载垮塌等 严重事故 若现场条件许可 最好的解决办法是 内天沟两端的堵板暂不安装 令雨水可以 从两端自然排出 若天沟长度过长 则需要 在天沟中段提前安装溢水口 必要时 还应 另行设置临时排水口 5 2 内天沟的清理 虹吸系统的雨水斗有结构独特的空气 挡板 不仅能有效地阻止空气进入尾管 而 且对由空气挡板下面流入尾管的雨水具有 整流作用 再有 挡板对于天沟内的落叶垃 圾等也有一定的阻挡进入管路系统的作 用 需要注意的是 内天沟的垃圾杂物的 清理工作非常重要 一旦垃圾堆积在雨水 斗挡板处 会严重阻碍水流的通过并使系统的排水能力大大下降 6 土建施工方面需要注意的问题 6 1 地埋管穿越地梁 虹吸排水管转至地面水平管路后 一般均会穿过地梁 地坪并 排至室外的消能井内 但是 往往是虹吸排水系统施工时 土建地梁 浇筑早已完成 再从地梁中穿越已无可能 所以只能从地梁下方铺 设管路 这样的话实际上就意味着降低了室外排水管路的水平标 高 甚至有可能造成虹吸出口管的标高低于消能井后的排水管标 高 使虹吸出口管端长期处于厂区排水标高线以下 如图 13 14 所示情况 在暴雨情况下 虹吸出口管端会处于排 水液位以下 排放口存在背压 这会严重影响虹吸排水系统的排水 能力 这个问题的根本解决途径是 前期进行充分地设计沟通 虹吸 专业厂家提前进场并确认出口管路的管径及定位 在地梁浇筑前 在梁的位置上预设适当口径的预埋钢管 待到虹吸排水管路正式施 工时 出口管路再从预埋钢管中穿管并进行有效的密封即可 若预 埋管管径较大以至于影响到了地梁的强度 则可提前联系土建设计 方面采取补强措施 如局部地增大梁内配筋 增加梁高 加大梁厚等 方法 这个问题是实际安装过程中最为频发的问题 有项目甚至出现 过因虹吸排水不能有效导流至市政水管 以至于从消能井中翻涌并 掀翻井盖的情况 6 2 消能井的设置 前面已经讲过 不恰当地设置消能井可能会影响到虹吸系统的 运行 以下为几个可供参考的相关原则 消能井必须是透气的 在下雨的前阶段 最少 5 分钟 内 虹吸出