文/黃波 肖睿書 趙宇

1 前言

在總結(jié)上世紀(jì)60年代以來廣西體育館、柳州拖拉機(jī)廠、南寧冶金礦山設(shè)備廠和防城港101戰(zhàn)略物資倉庫大面積屋面排除雨水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，借鑒前蘇聯(lián)雨水單斗單立管F=438d2/H即QD=0.122d2重力流公式，建立了QD=0.256d2準(zhǔn)壓力流公式。立管流速控制在3.26m/s以下，略比傳統(tǒng)終端跌水重力流系統(tǒng)流速小于1.55m/s擴(kuò)大110%，仍留有余地。2008年筆者承擔(dān)了廣西玉林博白廣益金屬制品有限公司鑄造車間屋面雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

該車間屋面長×寬=144×120=17280(m2)，共設(shè)計(jì)6根dn250給水塑料雨立管匹配6個(gè)dn250圓鋼組合式雨水斗，每斗服務(wù)2880m2，因塑料管采用外徑dn250，計(jì)算管徑扣除15mm取d=23.5cm，當(dāng)重現(xiàn)期P=2a和玉林市暴雨強(qiáng)度q=4.93L/s，相應(yīng)流量Q=142L/s與經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果基本持平，跌水坑處溢流口流量按1.45×28.8計(jì)算為41.8L/s。

以下圍繞該車間準(zhǔn)壓力流系統(tǒng)展開討論。

2 縮略詞與符號

長天溝——兩端跌水坑雨水斗間距達(dá)到約144m的天溝簡稱。長天溝與GB 50345-2004適用于建筑專業(yè)的屋面工程技術(shù)規(guī)范[1]無關(guān)。

準(zhǔn)壓力流——跌水坑深度超過200mm并裝有簡易雨水斗的屋面才能形成準(zhǔn)壓力流。它介于重力流與虹吸壓力流之間。準(zhǔn)壓力流立管流速≤3.5m/s約小于虹吸壓力流≤7m/s之半。

暴雨強(qiáng)度——單位時(shí)間內(nèi)的降雨量。對于單斗單立管而言，以L/s·100m2計(jì)。設(shè)有天溝溢流口的暴雨強(qiáng)度不必乘以1.5的系數(shù)。

重現(xiàn)期——等于或大于某暴雨強(qiáng)度的降雨出現(xiàn)一次的平均間隔時(shí)間。單斗單管按一般建筑以2a計(jì)，重要建筑以10a計(jì)。但溢流口按一般建筑10a與2a暴雨強(qiáng)度差，重要建筑50a與10a暴雨強(qiáng)度差值計(jì)。

陪襯公式——根據(jù)第3冊[2]686頁b=0.9Q0.4放大成b > 1.06Q0.4作為陪襯。

q——屋面暴雨強(qiáng)度符號，為書寫方便，以q代替q5。單位L/s·100m2。

Δq10/2——屋面暴雨強(qiáng)度差，一般建筑取P=10a與2a對應(yīng)q差值控制溢流口，以L/s·100m2計(jì)。

Δq50/10——屋面暴雨強(qiáng)度差，重要建筑取P=50a與10a對應(yīng)q差值控制溢流口，以L/s·100m2計(jì)。

Q10/2——一條長天溝單斗服務(wù)溢流流量，一般建筑取P=10a與2a對應(yīng)Δq10/2乘以面積，以L/s計(jì)。可簡寫Qk。

Q50/10——一條長天溝單斗服務(wù)溢流流量，一般建筑取P=50a與10a對應(yīng)Δq50/10乘以面積，以L/s計(jì)?？珊唽慟k。

QD——單斗單立管設(shè)計(jì)流量，一般建筑取P=2a并以L/s計(jì)。

Qk——單斗單立管溢流流量，一般建筑為Q10/2，重要建筑為Q50/10。

i——天溝底坡符號，根據(jù)屋面規(guī)[1]4.2.4強(qiáng)條，不應(yīng)小于1%或10‰，它是根據(jù)（油毛氈）卷材易發(fā)生霉?fàn)€且無終端跌水坑的條件下編寫的過時(shí)落后技術(shù)條文，在新形勢下不能滿足節(jié)能省材降低投資要求，此外，它與建水規(guī)[3]4.9.18不宜小于0.003水專業(yè)規(guī)范背道而馳，為避免審圖機(jī)構(gòu)與設(shè)計(jì)部門建筑專業(yè)的內(nèi)耗，呼吁建施圖上不寫有關(guān)i的字樣，但水施圖可寫i=0.003，盡管單坡達(dá)到72m長天溝終端有跌水的防城港101倉庫采用i=0.0014對應(yīng)水落差10cm運(yùn)行半個(gè)世紀(jì)成功經(jīng)驗(yàn)歷歷在目，為避免水專業(yè)的內(nèi)耗，水施圖暫寫i=0.003，等到審圖公司蓋章通過后，才考慮編寫i=0.0014的計(jì)算書，受天溝深度土建設(shè)計(jì)限制往往達(dá)不到水落差20cm要求，不必介意，做到水專業(yè)心中有數(shù)就行了。雖然終端形成臨界水深hk的臨界流態(tài)與i和n無關(guān)，但從清通天溝的角度來看，需考慮i≥0.0014即1.4‰。

I——水力坡降在終端有跌水坑條件下，起點(diǎn)流量為零終端流量為最大，沿程均勻側(cè)向入流天溝流量逐漸增大的I是i的3倍即I=3i的結(jié)論值得推薦。天溝計(jì)算書應(yīng)補(bǔ)充hk=10cm的對應(yīng)流量參數(shù)。上世紀(jì)60年代建成的廣西體育館天溝表面貼鋁皮和70年代防城港101倉庫天溝貼白瓷磚表面光滑的n可取0.009。

F——屋面匯水面積（m2）的簡寫符號，可代替FW。

ψ——雨水徑流系數(shù)，屋面為0.9～1宜取1。

P——重現(xiàn)期（period）符號，以年（a）計(jì)，當(dāng)一本計(jì)算書同時(shí)出現(xiàn)壓力（pressure）、功率（power of motor）、 濕 周（wetted perimeter）時(shí)，采用PE、PR、PM、PW不同符號表示。

dn——給水塑料管橡膠圈柔性接口管公稱外徑（mm），采用110、160、、225、250和315共5種立管規(guī)格。

dE——雨水斗下部插口短鋼管外徑（mm），為便于和塑料管連接，dn110、dn160和dn250對應(yīng)108、159和245非標(biāo)鋼管、dn225對應(yīng)219標(biāo)準(zhǔn)鋼管。而dn315則對應(yīng)鋼板卷焊短管外徑315，由施工方酌情處理斗管匹配問題。

d——單斗計(jì)算內(nèi)徑（cm），按dn或dE排序，取10、15、21（扣除1.5cm）、23.5（扣1.5）和30（扣1.5）共5種規(guī)格。

hk——臨界水深（m），采用標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一取0.1m，并參考第3冊[2]686頁有關(guān)hk公式簡化為b＞1.06Q0.4予以控制。

α——天溝水深寬比，采用標(biāo)準(zhǔn)化，準(zhǔn)壓力流介于0.4000與0.1667之間。

b——天溝凈寬（m）。

W——天溝標(biāo)準(zhǔn)化凈寬（m）?？紤]模數(shù)化取250、350、450、500、600mm五種規(guī)格，限于計(jì)算書使用，水施圖仍標(biāo)注b代替W。

0-0 ——天溝起坡始點(diǎn)斷面。始點(diǎn)流量為零。

L-L——天溝縱向終點(diǎn)斷面。終點(diǎn)流量為最大，以QL、QD或Q（m3/s）表示。

x——天溝任意斷面離起點(diǎn)的距離（m）。該處流量與x的一次方成正比。

dx——天溝任意斷面向終點(diǎn)延伸微小距離變量，僅作積分使用。

B——天溝比阻，半個(gè)世紀(jì)以來給排水人員常用A表示比阻，為避免和面積A混淆，今后改稱B，1000BQ2‰式中的1000B叫做千分（‰）比阻，在已知B和水深h=hk的條件下，天溝全程B相等為常數(shù)。

qG——天溝單位長度流量m3/s·m或L/s·m，在天溝積分式中，qG=QL/L恒等于常數(shù)，為方便書寫，以q代替qG亦可。

B（qx）2——天溝縱向離起坡始點(diǎn)0-0斷面距離為x的流量Q2與B的乘積BQ2=Bq2x2，Bq2則為常數(shù)。

3 水力計(jì)算

3.1 終端有自由跌水（集）水坑的長天溝凈寬（m）可按下式予以控制

b＞1.06Q0.4 （不等式1）

式中b——長天溝凈寬（m）；Q——天溝終點(diǎn)流量（m3/s）。

注：查第3冊[2]686頁，不等式1留有余地。

3.2 天溝水力坡降I是底坡i的3倍

如圖1可建立積分式：

圖1 長天溝示意

給排水人員設(shè)計(jì)天溝常按底坡i和終點(diǎn)最大流量假定為自始至終都是最大流量按明渠均勻流列式計(jì)算：

起點(diǎn)流量為零沿程均勻側(cè)向入流的非均勻流天溝水力坡降I是把它假想成始終為最大流量并按均勻流明渠底坡i的3倍。

3.3 單斗單立管流量

根據(jù)前蘇聯(lián)重力流Q=0.122d2（L/s）短天溝經(jīng)驗(yàn)公式，推導(dǎo)的長天溝準(zhǔn)壓力流：

可控制斗管設(shè)計(jì)，按式1和5可建立表1供參考。

表1 長天溝準(zhǔn)壓力流斗管參數(shù)

3.4 按ф’求解I

天溝采用1：2水泥砂漿抹面后再用GZ-2屏障漆施涂表面，使n由0.014變成n=0.009和h取0.1m可按：

計(jì)算天溝。

長天溝水力參數(shù)詳見表2。

表2 光滑長天溝水力參數(shù)

簡要說明：在天溝內(nèi)表面施涂GZ-2屏障漆增光滑使n由0.014變成0.009的特定條件下，dn110和dn160較小雨水斗匹配天溝i要求≥1.4‰和2.9‰，但dn225、dn250和dn315大斗匹配天溝i要求≥6‰、7.3‰和13‰不太理想，若無屏障漆助滑，則I‰應(yīng)為表2的2.42倍，難于付諸實(shí)施，不予推薦，僅作陪襯參考。某車間采用GZ-2屏障漆二底二面、廣西體育館采用貼鋁皮和防城港101倉庫采用貼白瓷磚的天溝可按式6A計(jì)算，但既無屏障漆或鋁皮又無白瓷磚鑲貼的天溝，則改用42.22代替17.45進(jìn)行運(yùn)算。

3.5 溢流口

查《虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》[4]3.3.1之1款，當(dāng)溢流口采用寬頂堰時(shí)，其設(shè)計(jì)流量可按下式計(jì)算：

式中Qk——溢流口服務(wù)面積內(nèi)的溢流量（L/s）。相當(dāng)于本文的Q10/2（一般建筑）或Q50/10(重要建筑)；

bk——溢流口寬度（m）；

Δh——溢流口高度（m，見規(guī)程[4]40～41頁取0.15m）；按標(biāo)準(zhǔn)化要求Δh=0.15m可簡化為下式：

式中Qk——溢流口流量（L/s）；

bk——溢流口寬度（m）。

經(jīng)過單位換算并考慮放大約16%留有余地可建立下式：

式中bk——溢流口寬度（mm），注意與式7的bk（m）不同。

當(dāng)計(jì)算bk略小于相應(yīng)W時(shí)，取W標(biāo)準(zhǔn)值，但水施圖宜寫b代替W。例如某天溝Qk=41.8L/s，則bk＞489取500mm與天溝同寬為宜。

3.6 應(yīng)用實(shí)例

某市一般車間屋面長天溝單斗服務(wù)面積28.8（100m2），查該市P=2a的q=4.93 L/s·100m2，請確定水力參數(shù)。

解：① QD=28.8×4.93=142（L/s）。略＞表1的141。

②查表1， 選dn250規(guī)格，d=23.5cm，Q=0.256d2=141.4（L/s），與QD=142基本持平。

③按不等式1的b＞1.06Q0.4可算出b＞0.486m取0.5m。

④雖然長天溝終點(diǎn)跌水與i和n無關(guān)，但從清通方便和傳統(tǒng)習(xí)慣角度出發(fā)，采用GZ-2屏障漆施涂為宜。α=0.1/0.5=0.2000，查表2的 Ф’=0.2503， 則 I=17.45（QФ’）2=17.45（0.1414×0.2503）2=0.02186，i=I/3=0.00729=7.3‰偏大僅作陪襯參考。實(shí)際上天溝i只能做到0.0014=1.4‰無關(guān)緊要。水施圖寫i=0.003是建水規(guī)[3]的要求。校對流速vk=0.1414÷0.5÷0.1=2.83（m/s）合理。

⑤ Qk=（6.38-4.93）×28.8=41.8L/s， 要 求 bk＞11.7Qk=489（mm）取W=500mm。溢流口在水施圖上寫b×h=500×150底比終點(diǎn)天溝內(nèi)底高0.05m以上。

4 雨水斗標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

圓鋼組合式雨水斗詳見圖2。

圖2 圓鋼組合式雨水斗

表3 雨水斗規(guī)格尺寸與立管和天溝配套參數(shù)

5 結(jié)語

5.1 實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行長達(dá)50年的廣西體育館，采用鋁皮貼面，長達(dá)40年的防城港101倉庫，采用白瓷磚鑲貼以及長達(dá)5年的廣西玉林市博白某車間，采用GZ-2屏障漆二底二面施涂防腐防滲增滑措施，都十分成功，值得推廣應(yīng)用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)油毛氈卷材覆蓋短天溝的落后技術(shù)。

5.2 表2可從反面有力證明終端無跌水的短天溝難于解決底坡設(shè)計(jì)難題。

5.3 長天溝水力參數(shù)宜采用標(biāo)準(zhǔn)化，方便施工和設(shè)計(jì)。

5.4 建議建施圖天溝只注明凈寬和找坡方向，不出現(xiàn)i的具體數(shù)值，但水施圖應(yīng)寫上i=0.003的字樣，耐心等待通過施工圖審查后，以內(nèi)部資料形式編寫計(jì)算書。

[1]GB 50345-2004，屋面工程技術(shù)規(guī)范.

[2]給水排水設(shè)計(jì)手冊第3冊城市給水.中國建筑工業(yè)出版社，1986年12月第1版：686

[3]GB 50015-2003（2009年版），建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范.

[4]CECS 183：2005，虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程.