2018超高层建筑群房屋面雨水设计探讨

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　　 [摘要]随着我国社会经济的快速发展，世界经济主体向我国的转移，新建超高层写字楼、酒店等物业数量的增多，超高层屋面特别是裙房屋面雨水对设计要求越来越高，而且最近各地暴雨频繁。在设计当中既要考虑到雨水排放安全性，又要考虑到雨水排放的高效性。本文就超高层建筑群房屋面雨水设计进行了探讨。
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　　[关键词]超高层 群房 雨水设计
　　[Abstract] With China's the rapid development of social economy, the world economic subject to our country and the shift of tall office buildings, hotel, new property increasing, tall roof especially skirt face to the design requirements house rain is higher and higher, and recent heavy rains are often all over. In the design of both we must consider drainage safety, and the drainage of high efficiency. This paper discusses buildings housing super-tall face rain design.
　　[Key Words] super-tall, group room, rain design
　　中图分类号：TU972+.9 文献标示码：A文章编号：
　　
　　
　　引言
　　 目前已建成或在建的高层建筑及其裙房屋面雨水排水多采用重力流内排水方式，雨水管道材质及连接方式有焊接钢管或无缝钢管焊接、热镀锌钢管螺纹或沟槽连接、高压稀土柔性排水铸铁管A型法兰接口或柔性排水铸铁管W型接口、给水型及排水型UPVC管承插连接或粘结等多种形式。其中有些雨水排水系统设计合理，选材得当，运行良好。而有些雨水排水系统却因系统选择、管道布置及管材选用考虑不周，在使用过程中有排水不畅及漏水的现象。
　　1. 设计雨水流量的确定
　　 设计雨水流量的确定是选择雨水排放系统的前提．可按下列公式进行计算：
　　 =Ψ/1000
　　 式中――设计雨水流量(L/s)；
　　 ――设计降雨强度(L/s?ha)；
　　 Ψ――径流系数，对于建筑屋面v取0.9；
　　 ――汇水面积()；
　　 汇水面积的确定除考虑屋面平面投影面积外，高出裙房屋面的侧墙应附加其最大受雨面正投影的50%作为有效汇水面积，相对低层建筑而言，超高层建筑汇水面积大大增加，对雨水设计流量影响也非常大，带有裙房的超高层建筑，裙房屋面的汇水面积可能是裙房屋面投影面积的数倍，对裙房屋面排水压力增大。
　　 设计降雨强度公式：
　　
　　 式中：――设计降雨强度(L/s?ha)．
　　P――设计重现期(a)一般建筑屋面2～5a，重要公共建筑屋面10a
　　 t――降雨历时(min)屋面雨水排水管道按5min计算
　　 A、b、c、n――当地降雨参数
　　各地降雨强度公式可在室外排水设计手册上查出，国家正准备研制并推出新的各地暴雨强度。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。
　　2.雨水系统的划分与超高层建筑雨水系统选择
　　2.1雨水系统的划分
　　 屋面雨水系统可按管内流态可分为：重力流、半有压流和满管压力流。管道中的水流状态主要受斗前水深和雨水斗的形式影响。对于某些形式的雨水斗，会随斗前水深的变化，在管道内形成不同流态。
　　 （1）雨水斗屋面雨水排水系统。
　　 主要采用65型、87(79)型系列雨水斗，管网设计流态是无压流和有压流之间的过渡流态。也是笔者参与项目的主要系统型式。该系统预留一定余量排超设计流量雨水，但是，随着雨水量的增加，雨水系统会出现满流状态，变成压力流。
　　 （2）满管压力流屋面雨水排水系统。
　　 该系统也称为虹吸式雨水系统，采用压力流(虹吸式)雨水斗，设计流态是满管压力流。该系统排水能力强，多用于超高层建筑裙房等汇水面积大、室内不便设置雨水立管的区域，但造价高。
　　 （3）重力流屋面雨水排水系统。
　　 采用普通重力流雨水斗，设计流态是无压流态，多用于阳台、设备层等排水量小的区域。
　　2.3超高层建筑雨水系统的选用
　　 （1）受建筑外立面美观因素的影响，超高层建筑的雨水系统大多选择内排水方式，雨水立管可设于管道井内或阳台中。
　　 （2）为尽量减少溢流现象的发生(对于300m以下的建筑，雨水溢流会对建筑周边地面产生不良影响)，要求雨水系统能迅速及时排放屋面雨水，兼顾经济性要求，在我国，超高层雨水排水系统最常用的是87型斗雨水排水系统。
　　3.管材选用
　　 对于半有压重力流雨水系统，在使用过程中可能并允许发生承压现象，管道发生堵塞时系统将承受静水压，最高承压等同于屋面雨水斗的高度，故高层建筑半有压重力流雨水管不能采用传统的污废水管材，需采用可承压的管材、配件和接口方式。额定压力不低于最高屋面雨水斗的高度，且能承受0.5个大气压力的真空负压，可承压的管材有金属管(如焊接钢管或无缝钢管焊接、热镀锌钢管螺纹连接或沟槽连接)、承压塑料管(如给水塑料管粘结、承插连接)及其他管道(如钢塑复合管等)。对于压力流雨水系统，雨水管道必须选用承压管材、配件及接口方式，工作压力应大于建筑净高度产生的静水压，且能承受0.9个大气压的真空负压。现多采用内壁光滑的金属管、塑料管或其他复合管如高强度聚乙烯管等，如采用塑料管。管材抗环变形外压力应大于0.15Mpa。现雨水设计管材选用存在问题较多,如高层住宅采用普通柔性排水铸铁管、排水UPVC管。无论是工程施工还是物业管理均造成了较大的后患，故半有压重力流雨水系统与压力流雨水系统必须按上述规定选用管材。
　　4.超高层建筑雨水排水系统设计常见问题及应对措施
　　 4.1屋面雨水系统与设备层排水系统串接
　　 当前，很多超高层建筑采用全玻璃幕墙，要求考虑幕墙的清洗，擦窗机设备层会有雨水进入。部分设计人员在设计设备层雨水排水系统时选择了雨水斗，并在低区与屋面雨水立管连通。常用的87型雨水斗系统属于气水混合流，半有压流态，需考虑压力，应采用密闭系统。雨水斗虽然可在不同高度接人同一根立管，但最低雨水斗距离立管低端的高度应在上部1/3负压区，有些设计人员疏忽了这条规定。实际上，因设备层排水多为飘雨，水量很小，完全可以采用重力流排放，即把雨水斗改为地漏，设计单独的立管，从而避免因疏忽而把设备层雨水斗接入屋面雨水正压区的错误。
　　 4.2立管承压能力不够导致爆管或被吸瘪
　　 最近几年，极端天气时有出现，局部地区、短时间暴雨强度超过100年以上重现期的暴雨非常有可能发生，这将造成因雨水斗斗前水深的加大，可能导致雨水立管局部管段的满流共至全立管满流(当斗前水深足够深时)。由此，会造成立管下部承正压，上部承负压，最终导致雨水管被吸瘪或爆裂。为避免上述情况，《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242--2002)5.3.1条和《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水)(2009年版)5.3.10.1条规定，屋面雨水系统应采用承压管道、管配件和接口，额定压力不小于建筑高度静水压。对于高度超过300M的建筑，如上海中心大厦、环球金融中心大厦、金茂大厦等，使用87型雨水斗，雨水系统按重力系统设计时，立管可能产生局部满管的水柱高度是多少?是否真的会产生满管的情况?超过设计重现期，立管内的情况又是如何?立管折转形成的减压、消能效果到底如何?既没有工程实例经验目前也无法用试验验证。而市场常规金属管的承压能力最大在4.5MPa左右，无法满足《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242--2002)5.3.1条要求。即便管道有足够的承压，出户管上高速出流的雨水，在气水混合状态下，对检查井的冲击产生的破坏也难以控制。针对上述问题，可采用以下几种技术措施：
　　 (1)根据《雨水斗》(OlS302)标准图集中87型雨水斗的斗前水深资料，利用控制溢流口的底标高，使雨水斗前水深在8～11cm，避免雨水立管水流出现满管压力流。
　　 (2)通过与建筑专业沟通，充分利用建筑物高的有利条件，多开溢流孔(超过300m的建筑，屋顶的风速很大，可吹散从溢流口流出的水柱，使其均匀飘洒在空中)，降低雨水立管负荷，控制雨水立管泄流量，减少立管满流的可能。
　　 (3)利用幕墙构造设计，使溢流口出水形成高空抛洒的形式，让溢流水尽可能散开，减少溢流水对地面的影响。同时设置多个溢流口有两个作用：
　　 ①通过在不同朝向设置溢流口，可防止某一侧的溢流口处于迎风面时，由于风的作用，导致溢流不畅；
　　 ②多个溢流口可以有效缩短天沟上游至溢流口的距离，不致因水力坡度造成天沟上游水位过高，导致屋面积水甚至进入室内。
　　结束语
　　 超高层建筑的雨水排水系统设计工程经验较少，而现行的设计、施工、验收规范主要是针对100m以下高层建筑，对超高层建筑的相关条文较少，多数也是针对200～300mn建筑而定的，对于超过300 m的超高层建筑，在解决其特殊性时，其实没有规范可依，对设计人员或从事设计管理的专业工程师是一种极大的挑战。雨水系统受建筑建造地的气候制约，国外类似超高层建筑的经验并不一定适合国内的气象条件，需要我们进一步探索、研究。在解决大的系统设计后，还有很多具体的专项研究等待项目工程人员去突破、完成。如：中间减压水箱的监控、与阀门的联动控制；屋顶溢流口的构造形式对出水形态的影响；出户管、检查井的消能、排气设计；工程验收时雨水系统的耐压试验如何做等。
　　参考文献
　　l.GB50015--2003建筑给水排水设计规范，2009年版
　　2.中国建筑标准设计研究院，全国民用建筑工程设计技术措施给水排水，中国计划出版社，2009
　　3.GB50242--2002建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范