高层建筑屋面雨水排放系统设计分析探讨

　　高层建筑屋面雨水排放系统设计分析探讨
　　刘林湘
　　（湖南省建筑设计院湖南长沙410000）
　　摘要：本文结合笔者多年给排水设计实践，从给排水设计与安装施工二方面对高层商住楼屋面雨水排水系统的技术特点和存在的问题进行了详细分析阐述，并以实例进行了分析说明和总结。
　　关键词：高层商住楼；屋面雨水；排水系统；给排水；重力流；压力流
　　1引言
　　现代高层住宅或办公楼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、给水型及排水型UPVC管承插胶粘连接等多种形式。其中有些雨水排放系统设计合理，选材得当，运行良好，而有些雨水排放系统却因系统选择、管道布置及管材选用考虑不周，在验收及使用过程中出现问题的现象也时有发生。因此，对屋面雨水排放系统设计及问题处理进行分析探讨有较强的现实意义。
　　2高层建筑屋面雨水排放系统设计要点
　　高层建筑屋面雨水排放系统设计时，应充分了解屋面雨水排放各系统的设计流态，根据建筑设计布局。参照当地降雨量强度合理确定设计雨水流量，选择适当的雨水排水系统及管材，确保屋面雨水排水系统的排放能力满足设计规范的要求。
　　2.1屋面雨水系统的设计流态及划分
　　屋面雨水系统的流态是雨水排放系统设计的理论基础，对屋面雨水排放过程中系统内流态的认知经过了长期的探索，从重力流起步，转变为压力流，再进展到实质性重力流直至目前较为成熟的压力流。为此，屋面雨水排水系统按设计流态可分为重力流（半有压流、无压流）、压力流。
　　2.2屋面雨水排放各系统的特点
　　重力流（含重力无压流、重力半有压流）和压力流雨水排水系统在水管内流态、允许经历的流态、超重现期雨量排除、屋面溢流频率、管材承压要求等各方面各具特点，屋面雨水排水各系统的特点见表1。
　　

屋面雨水排水各系统的特点

　　2.3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：
　　式中：——设计雨水流量(L/s)；
　　qj——设计降雨强度(L/s•ha)；
　　——径流系数，对于建筑屋面取0.9；
　　——汇水面积(m2)；
　　汇水面积的确定除考虑屋面平面投影面积外，高出屋面的侧墙应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积。同样贴近高层建筑外墙的裙房屋面雨水汇水面积应附加其高出部分侧墙面积的一半作为有效汇水面积。
　　设计降雨强度公式：
　　式中：qj——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窒外排水设计手册上查出，这里需注意的问题是设计降雨强度的公式，由于各城市暴雨强度公式编制方法不一，有用数理统计法的、有用解析法的、还有湿度饱和差法、图解法和CRA法等。在工程设计有条件时应收集当地降雨量资料重订公式，使雨水排放设计有一个坚实的基础和前提。
　　2.4高层建筑屋面雨水排放系统选择
　　2.4.1雨水系统选择原则与次序
　　按安全性大小，各雨水系统排列的次序为半有压重力流系统→压力流系统→无压重力流系统。
　　按经济性优劣，各雨水系统排列的次序为压力流排水系统→半有压重力流系统→无压重力流系统。
　　2.4.2高层建筑屋面雨水排水系统选择
　　通过屋面雨水排水各系统特点的对比，兼顾安全性与经济性，高层建筑屋面雨水排水系统应优先选用半有压重力流系统。但对于高层建筑附属的大面积裙房屋面的雨水排放，为防止高层屋面雨水从裙房屋面溢出，裙房屋面雨水需单独排放，但如受排放立管的限制，应积极推行压力流排水方式。
　　2.4.3高层建筑屋面雨水排水系统管材选用
　　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。可承压的管材及接口方式有金属管如焊接钢管或无缝钢管焊接、热镀锌钢管螺纹或沟槽连接、承压塑料管如给水型UPVC管承插胶粘连接等。
　　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。
　　现雨水设计中管材选用存在的问题较多，如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要求选用管材。
　　2.5应注意的问题
　　2.5.1检修措施
　　考虑到雨水管道使用过程中雨水的腐蚀性、不排水时雨水管因空置与空气接触，管道的使用寿命多小于建筑物的设计使用年限，因此在选择管材时需选用抗腐蚀性较好的材质，管道布置时应考虑管道维修及更换的需要。另外尚需考虑使用过程中雨水管道堵塞后的清掏设施，如设置立管检查口或三通加盲堵等，设置的位置应兼顾美观并将发生水患时的损失减到最小。
　　2.5.2防溢流措施
　　同一立管上承接不同高度的雨水斗时，最低斗的几何高度不小于最高斗几何高度的2/3，阳台雨水排水立管单独设置，不能承接屋面雨水斗排水。
　　2.5.3明确的雨水斗选型及参数
　　设计施工图中需明确标注出雨水斗的选型及设计排水流量参数，避免施工单位因雨水斗参数不详而错误选型引起排水能力的变化。
　　2.5.4超设计重现期雨水的排放
　　尽管重力流雨水排放系统在确定系统负荷时预留了排超设计重现期雨水的余量，但仍需按规定进行复核，高层建筑的屋面排水工程排水能力不应小于50年重现期的雨水量，如不满足，需按规定设置溢流设施，高层住宅屋面可增设一根立管，以保证总排水能力满足50年重现期的雨水量。
　　3高层建筑屋面雨水排放系统安装施工过程中的质量控制措施
　　高层建筑屋面雨水排放系统安装施工是将雨水系统的设计转化为实物，进而发挥其排除雨水功能的过程。在施工过程中，应根据不同施工阶段的特点和工作内容分重点加以控制。
　　3.1图纸审查阶段
　　了解设计意图，区分屋面雨水排水系统的类型是属于重力流还是属于压力流，明确屋面雨水斗的选型及设计参数，确定雨水排水管的材质、接口方式及承压要求，结合工程情况复核所选管材、配件及接口方式的承压能力是否满足规范要求。
　　3.2管道安装阶段
　　在确定了雨水管的材质及连接方式后，在管道安装阶段主要控制二个方面。第一是悬吊管、排出管及其他横管的坡度，在管道安装前根据现场实际情况，进行管道安装放样，尽量减少管道的弯头。对于设计图纸与现场不符的情况及时与设计人员协商，调整管道布置，确保雨水系统的安全有效。第二是立管及水平管的固定支架形式及固定部位，雨水管道的支吊托架的安装方式、间距、固定点既要保证管道及接口部位牢固可靠，又要保证管道不发生位移或变形。在立管与排出管交接的弯头部位必须根据接口周围结构情况采取有效加固措施，防止雨水冲击引起管道接口渗漏。对于落地式排出管，加固的方法如图1所示，架空式排出管，加固的方法如图2所示。
　

　落地式排出管加固的方法架空式排出管加固的方法

　　3.3管道试验阶段
　　雨水管道灌水试验时，按施工规范规定需整根立管进行灌水，高度达到屋面雨水斗，1小时液面不下降为合格。在现场试验时，首先检查管道是否全部连接完成

#p#副标题#e#，各支吊托架是否安装到位且固定牢固，再根据设计的雨水管道材质及连接方式复核最不利点是否满足静水压的要求，特别是设于底部的检查口、清扫口部位。使用塑料管含给水型UPVC管做雨水管，做满水试验时因UPVC管的柔韧性较大，承受静水荷载能力差，UPVC塑料雨水立管应每10层分别做满水试验，而不宜整根管做满水试验，施工时相应采取措施，增加三通与盲堵。
　　3.4管道验收阶段
　　管道验收前对各雨水管系统做好成品保护，特别注意屋面雨水斗的临时封堵措施，即要保证降雨时能临时排放雨水，又要保证雨水系统不被杂物堵塞，确保竣工验收时顺利移交给建设单位。
　　4工程实例分析
　　实例一：湖南某学院教师住宅楼。该建筑物最高部位只14层，檐高41米，雨水管材选用排水UPVC管，立管设于阳台内，每层与阳台地漏相连。显然雨水立管的设计已违反设计规范的要求，尽管施工单位提出阳台排水管不能伸顶直接排放屋面雨水，但建设单位及设计单位却未予采纳。工程竣工后，在一次强降雨中因排水量负荷增大，底部排出管略有堵塞，造成雨水沿阳台地漏返至户内，三层以下的住户均遭受了不同程度的损失。建设单位不得不被动地对立管进行改造，但住户已全部精装到位，这不仅浪费了大量的人力物力，而且给住户也带来很大的不便，这个工程的教训很值得反思。
　　实例二：湖南长沙一高层商住综合楼工程。地上32层，雨水斗设置高度达100米，雨水管材选用给水型塑料管，承插连接、螺纹紧固，管井内排至地下一层顶板下后再排至室外散水。尽管雨水管为给水型塑料管，但由于底层排出管承受的静压高达1MPa，底层立管检查口将无法承受整根立管的静水压。施工单位为尊重设计的选择，只能采取分段灌水的试验方式，在立管上增设三通，在灌水试验完成后再用盲板进行封闭。
　　实例三：某高层公寓楼工程。该工程最高部位为25层，屋面雨水斗设置高度92米，采用内排半有压重力流雨水系统至室外散水，雨水管材为高压柔性排水铸铁管，法兰接口，在底层设有立管检查口。经审查材质检验报告，高压柔性排水铸铁管可承压1MPa，但设于底层的铸铁立管检查口的压盖无法承受1MPa的压力，无法按施工规范进行整根立管的灌水试验，施工单位只能根据现场实际情况调整灌水方案：以检查口部位为界分段进行试验。为此，先将立管检查口由单侧法兰改为双侧法兰，再于底层立管检查口上部加盲堵封闭后灌水至屋面雨水斗高度，立管检查口下部将管道两端封堵后用试压泵加压至管道可能承受的最大静水压力0.92MPa，全部合格后再加装立管检查口。
　　以上三个工程实例中，实例一教师住宅楼工程属设计考虑不周，未满足设计规范要求而造成隐患。而实例二，三高层建筑住宅及高层公寓楼工程，尽管雨水管材具有一定的承压能力，但配件的承压能力与管道不匹配，造成了施工中被动调整试验方案。虽满足了管道正常排水的需要，但排放超设计重现期雨水时，由于管内流量增大，压力零点向上抬高，检查口部位承压将逐渐增大，在发生管道堵塞时检查口部位也将承受静水压，出现这些意外情况后，雨水排水系统将有可能在检查口部位发生进脱造成水患。
　　5结论及建议
　　综上所述，高层建筑屋面雨水排水系统设计时，重力半有压流雨水排水系统较其他系统更加实用、经济、有效。根据管材及配件的特性，本着安全、经济的原则，其屋面雨水系统宜优先选用镀锌钢管沟槽连接或螺纹连接。根据给水型UPVC管道配件的承压能力及以往经验，屋面高度40米以下的建筑可选用给水型UPVC管道，如考虑为更换管道预留条件，穿楼板及墙体部位可设置套管。
　　参考文献：
　　[1]《建筑给水排水设计规范》(GB5001-2003)；[S]北京：中国计划出版社，2003，4。
　　[2]《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242—2002)；[S]北京：中国建筑工业出版社，2002，3。
　　[3]《居住小区给排水设计规范》（CECS5794）[S]；北京，中国建筑工业出版社。
　　

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