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1、虹吸式雨水系统在大连恒隆广场的工程应用 刘克占 大连恒隆地产有限公司 摘 要： 通过对虹吸式雨水系统的深化设计, 结合大连恒隆广场屋面排水案例, 针对大型、复杂建筑屋面, 汇水区域面积大、同层屋面高低落差大、中庭高空作业跨度大等具体设计与施工要点和难度, 找到相应可行的解决方案, 以提高虹吸式雨水系统在本项目中的实际应用。关键词： 虹吸式雨水系统; 建筑屋面; 汇水面积; 高低落差; 高空作业; 施工难点; 作者简介：刘克占 E-mail:收稿日期：2017-04-06Received： 2017-04-061 项目概况大连恒隆广场项目位于西岗区五四路、大同街、新华街、民运街围合地块。规划总用
2、地面积 63 400m, 建筑东西方向长 300m, 南北方向长 200m, 单总建筑面积约 371 900m, 建筑高度 54m, 项目是集餐饮、娱乐、商铺及地下停车场、地下人防功能为一体的商业建筑。屋面设计以双鲤鱼“太极如意”为设计概念, 构思双鱼在水中畅游扭动的优美姿态, 贯穿商店与中庭环状位置, 形成高低错落有致的庞大屋面造型。2 虹吸式雨水系统设计屋面汇水总面积 44 295m, 参照大连市暴雨设计重现期 10 年, 5min 暴雨强度采用 q=4.05L/ (s100m) , 溢流系统参照大连市暴雨设计重现期 50 年, 5min 暴雨强度值进行校核, 虹吸式雨水排水系统和溢流系统
3、总排水能力不小于设计重现期 50 年, 采用水力软件计算和人工复核相结合方式, 虹吸式雨水系统汇水总流量 1 793.95L/s, 53 根虹吸式雨水管道系统, 133 个 pp-76 型虹吸式雨水斗和 20 个 pp-89 型虹吸式雨水斗。屋面排水天沟和雨水集水槽均采用 S30408 不锈钢压制成型, 吊装屋面后按照图纸设计位置和规格尺寸进行现场拼对焊接。虹吸式雨水斗也采用 S30408 不锈钢材料, 虹吸式雨水管道及管件采用高密度聚乙烯 HPDE 材料, 具有耐腐蚀、抗老化、温度变化时伸缩性能小等特点, 设计使用寿命大于 50 年, 管道及管件连接采用电熔方式;管道紧固件采用厂家专用配套
4、40 mm40 mm2 mm 的镀锌方钢、12mm 悬吊通丝、18mm 立管通丝, 滑动管卡扣与固定管卡相搭配二次悬吊方式, 起到消能减压、防震防晃、热胀冷缩等作用。屋面各个区域内雨水经排水天沟收集到雨水集水槽内, 再经过导流罩、虹吸式雨水斗, 随着雨水的增大, 悬吊管道呈满管流状态, 虹吸式雨水管道产生负压, 导致雨水快速排出室外雨水井中。为避免虹吸式雨水管道堵塞和流速过高对管道冲击破坏, 控制悬吊管设计流速 1.5m/s (不宜小于 1.0m/s) , 立管设计流速2.55.8m/s (不宜小于 2.2m/s, 且不宜大于 10 m/s) ;管道通过外墙体到室外雨水井阶段, 因雨水流速大于
5、 2.5m/s, 采取加大排水管道口径等消能措施。3 屋面结构设计特点及虹吸式雨水系统深化设计3.1 屋面结构设计特点本项目屋面造型复杂, 由中间平层的屋面, 东、西两区由 6 个单独“鸟翅”造型屋面组成 (见图 1) , 各个造型屋面弧长度 110160 m, 弧面宽度 1240m, 东西方向高低落差 10m, 南北方向高低落差 3m (见图 2) , 而且每个造型屋面与另一个造型屋面之间高低落差 23m。每个造型屋面由疏齿造型、中庭透光窗、通风沉降箱 (设置空调排风和送风口使用) 和坡度屋面组成, 在每个造型屋面下方由多条跨度 30 多米钢梁组成桁架支撑。按照结构图纸、安装图集和技术参数要
6、求, 屋面设置 750mm500mm 和 500mm500mm 排水天沟, 虹吸式雨水斗直接安装在排水天沟的雨水集水槽内 (见图 3) 。3.2 虹吸式雨水系统深化设计现场实际情况是, 如果在这些屋面高低落差较大的天沟内直接布置虹吸式雨水斗, 因无法保证斗前雨水深度和安装同一标高, 从而造成管道系统未形成满管流, 失去虹吸式排水功能。雨水会顺着天沟到达屋面最低端, 加重最低端虹吸式雨水系统的排水能力, 甚至大量的雨水会顺着溢流口溢流, 造成其他位置区域的排水危险和安全隐患。针对此图纸与现场施工冲突的实际情况, 采取以下3 个方面进行系统深化设计处理。图 1 屋面造型示意 下载原图图 2 屋面每
7、块造型高低落差高度 下载原图图 3 屋面分区域虹吸式雨水系统安装示意 下载原图(1) 对每个造型屋面雨水进行均匀分区域截流和分区设置虹吸式雨水斗 (见图1 中数字序号划分) , 每个区域内雨水汇水量应单独计算。例如东区 10 号汇水区域 (见图 1) , 汇水面积 440.37m, 采用建筑给水排水设计手册大连降雨强度公式 q=1 900 (1+0.66lg P) / (t+8) , P=10 年, 降雨历时 t=5min, 降雨强度 q=4.05L/ (s100m) , 降雨量 Q=qF/100, 此东区 10 号屋面区域内降雨量为 17.83L/s。根据虹吸式雨水斗材料选型书和流量测试报告
8、, 选取 pp-76型不锈钢虹吸式雨水斗。其他分区域屋面深化设计以此类推, 但每个区域内雨水斗的大小和具体数量应根据雨水流量大小和屋面结构形状而定。(2) 为满足不同高度、不同结构形式的屋面同一汇水区域内, 采用独立虹吸式雨水系统排放, 保证每个汇水区域内雨水斗均同时保持虹吸满管压力流态的技术要求, 同一汇水区域内设置雨水集水槽底面同等标高。根据雨水汇水量计算数据和图集 09S302 虹吸雨式水斗安装技术要求, 实际选取虹吸式雨水斗的直径280 mm, 图集要求雨水集水槽宽度应大于 550mm, 深度大于 400mm, 现场实际设置雨水集水槽宽度为 750 mm, 雨水集水槽宽度与天沟宽度相等
9、。按照一个槽双斗设计, 槽长度为 1 200mm, 但现场设置集水槽受到下方钢梁空间限制, 部分屋面汇水区域设置一槽一斗, 槽长度应视现场实际情况而定, 但同一汇水区域内最低不应小于两个斗的设置。集水槽的深度则根据 5min 降雨量与虹吸式雨水斗的排水流量之差和满足图集09S302 虹吸式雨水斗前安装深度要求。例如东区 10 号屋面区域内 5min 降雨量为 17.83L/s, 虹吸式雨水斗流量测试报告数据折中选取 16.33L/s (不选取最高或最低数据) , 槽长度为 1 200mm, 5min 降雨量, 经 (17.83-16.33) 560=1.20.75h 计算, 集水槽的深度应为
10、h=500mm;雨水集水槽尽量设置在同一汇水区域内排水天沟的最低端。如果同一汇水区域内虹吸式雨水斗的标高还是相差 100200mm, 集水槽深度可增加 100200 mm (见图 3 中槽深度变化) 。采用以上两点方法来消除区域内屋面弧度高底水平落差距离, 使此汇水区域内雨水集水槽和雨水斗处于同一水平高度, 保持虹吸满管压力流流态。(3) 根据虹吸式屋面雨水排水系统技术规程 (CECS 1832005) , 屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应少于 50 年。为避免重现期 50 年降雨量对屋面的破坏, 还应在每个造型屋面设置雨水溢流口。按照大连设计重现期50 年, 降雨历时 5min,
11、得出降雨强度 5.18L/ (s100m) ;设计重现期 10 年, 降雨历时 5 min, 得出降雨强度 4.05L/ (s100m) 。例如东区单个造型屋面面积约 4 162m, 单个造型屋面溢流量为 (5.18-4.05) 4 1621/100=47.03 (L/s) 。4 虹吸式雨水系统在本项目建筑屋面的施工难度及解决方案和管理要点4.1 虹吸式雨水系统施工难度及解决方案屋顶每单条桁架梁长度基本均在 30m 以上, 桁架之间还有次桁架、屋面檩条交叉焊接, 部分虹吸式雨水管道安装区域属于中庭地带, 高度 50m 左右;除了与机电专业交叉施工外, 还有与其他土建单位、屋面幕墙单位、装修单位
12、、钢架施工等其他单位交叉施工, 安装难度大。对于此施工难度, 采用 3 种施工方案: (1) 从下往上施工 (见图 4a) , 根据桁架施工进度时间, 借用钢架施工单位的安装阶梯与安全防护, 提前安装屋面下端虹吸式雨水管道施工, 再通过桁架内部空间尺寸和桁架标高, 合理安排虹吸式雨水管道的走向布置。 (2) 从上往下施工, 根据屋面幕墙与排水天沟的进度时间, 随着雨水集水槽开孔焊接, 同时安装虹吸式雨水斗和导流罩, 以及与屋面下端管道的焊接。 (3) 处于高空 (中庭高度约 50m) 位置的虹吸式系统管道安装作业, 可以安排在精装修单位搭设满堂脚手架时一起施工, 以保证高空作业安全。4.2 雨
13、水集水槽安装要点为避免雨水集水槽开孔、虹吸式雨水斗、管道安装与屋面下钢梁桁架冲突, 在不锈钢排水天沟内重复开孔、焊接, 避免造成重复返工。可以先用 BIM 制作钢梁桁架图纸, 再把雨水集水槽设置位置图纸套在钢梁桁架图纸上, 查看雨水集水槽与钢梁桁架施工位置空间是否冲突?如有, 可及时调整槽位设置;再到现场实际测量与反复核对空间尺寸数据, 得到现场可以施工的实际条件, 并将槽的安装定位落实到图纸之上, 保证图纸资料的正确性, 提高施工质量和进度。4.3 虹吸式雨水系统在安装中的管理重点在虹吸式雨水系统安装施工过程中, 要重点管理以下 6 个方面: (1) 虹吸式雨水斗材质与现场不锈钢排水天沟、雨
14、水集水槽的材质一致, 虹吸式雨水斗不锈钢底盘边与雨水集水槽焊接时必须采用满焊。焊接时还需注意雨水斗底盘与HDPE 法兰连接处采用冷却处理, 以免焊接高温烫坏 HPDE 法兰密封垫片 (见图4b) 。 (2) 虹吸式雨水管道对口焊接采用电熔方式连接, 消除管道内壁焊接余瘤, 减小管道水流阻力。 (3) 采用厂家专用管道固定件进行固定安装 (见图4c) , 保证管道热胀冷缩时产生的轴向应力。 (4) 虹吸雨水管道出户要采取消能措施, 减小对室外市政雨水管井冲击发生危险。 (5) 对屋面排水天沟、雨水槽、虹吸式雨水斗及管道进行灌水检验, 保证系统密封完好。 (6) 现实施工中, 建筑垃圾、屋面建筑混
15、凝土找平层或管理不到位时, 杂物进入管道堵塞, 造成拆管重装的问题发生。对于这种情况, 应在施工中及时对虹吸式雨水系统进行成品保护。建议使用 10mm10 mm0.6 mm 钢丝网和 40 mm40mm 角铁在虹吸式雨水斗导流罩上方制作临时保护罩, 或临时封闭此区域虹吸式雨水斗, 采用增加临时排水管道来代替虹吸式雨水系统管道排放雨水, 待到屋面清扫干净后, 才正式开放使用。图 4 虹吸式雨水系统安装示意 下载原图5 小结在项目虹吸式雨水系统设计与施工中, 会遇到各种各样的施工问题和技术难题。只有通过查找可靠的技术参数, 认真研究项目建筑图纸, 在计算机软件测算的数据结果上再仔细进行技术数据复核
16、, 根据已有的技术条件, 实时有效解决理论技术与实际现场施工中存在的技术难题, 使虹吸式雨水系统在项目建设实际应用技术中更加成熟、安全、可靠。参考文献1住房和城乡建设部工程质量安全监管司, 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.北京:中国计划出版社, 2009 2 CECS 183:2005 虹吸式屋面雨水排水系统技术规程 3 GB 50015-2003 (2009 年版) 建筑给水排水设计规范 4 GB 50242-2002 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 5中国建筑设计研究院.建筑给排水设计手册.第二版.北京:中国建筑工业出版社, 2008 6 09S302 雨水斗选用及安装图集
