浅谈屋面雨水的排水技术

　 　一 、对屋面雨水排水技术认知的四个阶段

　　1.认知的第一阶段
　　当时采用苏联规范的重力流理论，来设计我国屋面雨水排水工程，典型的例子是计算方法采用438公式，小檐降雨量采用苏联规范的50、60和75mm三项参数。造成的后果是大面积工业厂房相继出现车间内检查井冒水现象，冒水的检查井井盖即使用铸铁锭压住也旋即被掀翻冲动，洛阳拖拉机厂、洛阳轴承厂等工厂当年一逢大雨就频频告急，专业人士有鉴于此，确定：
　　1）应按我国的降雨量计算雨水量。
　　2）着手进行雨水试验，探索屋面雨水排水的正确方法。

　　2.认知的第二阶段
　　当年有关单位有关人员在雨水试验的基础上提出屋面雨水排水系统压力流计算公式。公式以斗前水面标高和雨水管系出口端标高差的位能为动力，按孔口出流公式为基础演绎出压力流计算公式。当时的压力流系统雨水斗采用以少掺气或不掺气为指导思想而设计的65型雨水斗；强调提高雨水斗前水深，以减少掺气量；有意识缩小雨水立管管径，以平衡立管和埋地排出管的通水能力；按密闭系统布置管道；强调单斗系统。压力流计算方法符合雨水排水水力工况，但由于当年未重视事故溢流口的设置，也由于立管管径缩小后导致瓶颈现象，造成天沟雨水排水受阻，从天窗满溢进入车间的事故。

　　3.认知的第三阶段
　　通过清华大学等历时八年的雨水试验，得出雨水流态为重力－压力流的结论，即小流量时为重力流，大流量时为压力流；雨水立管的下部为正压区，上部为负压区：压力零点随流量的变化而变动，流量增大时压力零点向上移动；悬吊管的末端近立管处为负压，始端为正压；负压造成抽吸和进气，因此立管顶端不设置雨水斗，但其它部位采用不同型式的雨水斗时，掺气现象仍难以避免：管系内水流为气水双相流或称掺气流，而其中的气系处于压缩状态；由于雨水斗在悬吊管位置的不同，近立管的雨水斗泄流量大，远立管的雨水斗泄流量小，因此不提倡不对称布置的多斗系统。
　　雨水试验组根据重现率很高的大量数据，推导出多元因子的雨水排水计算公式。由于公式计算繁复，需要试算，在当时的计算工具条件下，未被采用。在该试验基础上而制订的规范条文采用以下技术措施：
　　1）对管系留有足够余地，以防检查井冒水和天窗溢水事故重现。
　　2）对于超重现期的雨量采用事故溢流口来解决。
　　3）强调外排水系统，强调密闭系统，强调单斗系统或对称布置的双斗系统，以尽可能地发挥系统的优势。
　　4）禁止立管顶端设雨水斗，限制多斗系统，禁用高低跨雨水系统……，以尽可能地消除隐患。
　　这些技术措施一直延续至2003年的9月1日《建筑给水排水设计规范》GB50015－2003施行为止。这个认知阶段就其实质是重力流，但不同于第一阶段的重力流，属于有足够安全度、不致出现事故的重力流。

　　4.认知的第四阶段
　　压力流再次占据主导地位，与认知的第二阶段的压力流一个主要不同点在于不把负压抽吸看成负面因素，而是将它作为积极因素予以充分利用，与认知第二阶段的压力流的区别还在于：
　　①可用于多斗系统。
　　②系统计算不单纯计算总水头和总水头损失的平衡，而需分段计算流量和压力的平衡，这就是所谓的精确计算。
　　③配置相应的雨水斗。
　　④重视溢流口的设置。
　　这个阶段的压力流，由于工作重点的不同、工作基础的不同等原因，又可分成多种模式，其中最具有代表性的有两种模式，在未经充分酝酿讨论前，我们暂且命名为虹吸压力流和压力虹吸流。
　　两种模式的其他方面都是相同的，如悬吊管不设坡度、可适用于多斗系统、以溢流口作为超重现期雨量的应急技术措施、由于负压抽吸和被压缩的空气泡体积和压力变化，水流动时管道有振动，对管材承压要求高……等。

　　二、系统分类
　　其中檐沟外排水长期以来在设计院是属于建筑专业范畴的，檐沟上沿本身可以作为溢流堰来对待，也不存在超重现期超量排水隐患。只有天沟外排水，重力流内排水和压力流内排水属于给水排水专业分内之事。
　　屋面雨水排水系统的分类有以下几种：
　　a.按设计流态分：重力流、压力流
　　b.按排水方式分：外排水、内排水
　　c.按系统组成分：密闭系统、敞开系统
　　d.按雨水斗数量分：单斗系统、双斗系统、多斗系统

　　三、虹吸压力流雨水排水系统技术要点
　　1.合理布置、精确计算
　　将系统看成一个整体，以高差即位能作为动力是压力流计算区别于重力流计算的主要不同点。而合理布置、精确计算则是虹吸压力流区别于其他压力流的主要不同点。合理布置、精确计算包括以下内容：
　　1）在屋面的每一个最低点至少设置一个雨水斗。
　　2）将雨水斗的排水用悬吊管接至雨水立管，并以密闭系统方式排至室外。
　　3）合理布置雨水立管，有条件时尽量将雨水立管设于悬吊管中间部位。当必须设于尽端时，靠近雨水立管的雨水斗连接管管道长度宜适当引长，以平衡阻力。
　　4）大面积屋面（指5000㎡以上）至少设两套独立的虹吸式雨水排水系统。
　　5）控制悬吊管长度为落差的10倍至20倍。
　　6）将管道（包括悬吊管和雨水立管）分若干计算单元段。雨水斗所在位置、水
　　流汇合点（三通位置）、水流改向处（弯头位置）和管道变径、变速处（异径管位置）均作为计算单元段的起止点（计算节点）。在计算单元段内水流的流量和流速值不变。
　　7）按所选用的管材和所确定的管件，精确计算管道沿程水头损失和管件的当量长度值，重点应放在管件的局部水头损失值上。以悬吊管转向雨水立管的弯头为例，不同曲率半径、不同节段组成的弯头在相同公称直径条件下，其形成虹吸压力流的最小流量值有很大差异。
　　8）确定管径，平衡每个节点的压力和流量值，并使误差在允许公差以内。这个阶段有反复试算的过程，应采用软件程序计算。

　　2.设置溢流口
　　设计重现期是根据建筑物的重要性，汇水地区性质、地形特点、气象特点和因积水而造成后果的严重性而确定的一项重要设计参数，它的确定也决定于国家的整体经济水平。
　　由于雨水的不可控制性，超重现期的雨水客观存在，因此内排水系统必须设置应急超量排水口，即溢流口。
　　溢流口设置具体要求对于虹吸式雨水排水系统为：
　　1）按百年一遇降雨量，保证5min超量排水。
　　2）雨水斗前和天沟内雨水超量时能顺利通过溢流口排出。
　　3）溢流口排水不致造成危害。
　　4）溢流口下缘高出雨水斗上缘不小于50mm.
　　5）无法设置外露的溢流口时，应另设置超重现期雨水量的排水系统。
　　6）按水深计算溢流排水时的屋顶承载能力。

　　3.配置相应的雨水斗
　　不同系统应配置不同型式的雨水斗，虹吸压力流雨水排水系统应配置虹吸式雨水斗，如经过测试符合D1N19559标准的雨水斗。雨水斗应有最大流量值，还应有阻力系数值等主要设计参数。

　　4.主要控制数据
　　除了前面涉及的控制数据外，虹吸压力流雨水排水系统还有下列数据有待控制：
　　1）雨水斗的连接部位，管道与管件的连接部位必须严密，有良好的密封性，
　　包括气密性和水密性。
　　2）雨水斗间距不得大于20m.
　　3）悬吊管长度大于10m时，应增设计算单元段。
　　4）雨水斗排水量不得大于该雨水斗经实测后确定的额定排水量。

　　5.存在问题：屋面雨水排水系统目前存在主要问题是：
　　1）城市暴雨强度公式编制方法不一，有用数理统计法的、有用解折法的、还有湿度饱和差法、图解法和CRA法等，有的方法并不完全符合设计规范要求，有待统一。
　　2）资料年代久远和资料年数过短。大部份暴雨强度公式是根据1983年前实测
　　资料推导而得出的，还有不少沿用1973年版《给水排水设计手册》公式，乃至1964版《给水排水设计手册》，那就更为滞后、更为陈旧了。有的公式资料年代
　　过短，只依据8年、6年乃至5年的资料统计而成，缺乏1975年暴雨和近年来的厄尔尼诺现象的反常雨量资料。公式严重滞后的现象有待有关方面重视，这种情况急待改变。在工程设计有条件时应收集当地降雨量资料重订公式，使雨水排水工程有一个坚实的基础和前提。

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