楊帆　周婷　韋富騰

【摘要】隨著我國(guó)建筑業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)建筑工程的要求也不斷增加。建筑排水設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)建筑排水系統(tǒng)在工程中仍存在一些短板，對(duì)于建筑的應(yīng)用以及人們的生活造成了一定的影響。為了更好的提高排水系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用便顯得非常重要。虹吸雨水系統(tǒng)，可以適應(yīng)某些建筑的雨水排放條件，達(dá)到更為安全、順暢、高效的排水目的。本文以湖南省益陽(yáng)市某大型工業(yè)廠房的屋面雨水排水設(shè)計(jì)為例，分析虹吸雨水系統(tǒng)的原理，比較虹吸雨水系統(tǒng)較傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，總結(jié)了虹吸雨水系統(tǒng)在應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題與解決方法，希望可以為相關(guān)工作者提供幫助。

【關(guān)鍵詞】虹吸雨水系統(tǒng);實(shí)踐應(yīng)用;工業(yè)廠房

隨著中國(guó)人民對(duì)建筑的要求越來(lái)越高：從最初滿足建筑使用功能，到建筑不僅要實(shí)用，還要經(jīng)濟(jì)可靠，更要美觀舒適。工程師們不斷創(chuàng)新，將各種技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代建筑之中。虹吸雨水系統(tǒng)作為一種建筑高效雨水排放技術(shù)，探討為什么應(yīng)用，如何應(yīng)用，具有顯著實(shí)際意義。

1、虹吸雨水系統(tǒng)的原理

虹吸現(xiàn)象是一種普遍的自然現(xiàn)象。物理原理是液態(tài)分子間存在引力與位能差能，液體會(huì)由壓力大的一邊流向壓力小的一邊。雖然水兩邊大氣壓強(qiáng)相同，但由于存在水位差，水壓大的一邊受重力影響往下流，水壓小的一邊則受大氣壓向上流，直到兩邊的大氣壓力加水壓相等，容器內(nèi)的水面高度相同，水停止流動(dòng)。從上個(gè)世紀(jì)60年代起，科學(xué)家們就開(kāi)始了把虹吸的原理應(yīng)用到現(xiàn)代建筑上的研究。虹吸雨水系統(tǒng)的技術(shù)原理就是虹吸現(xiàn)象：借助建筑物高度差異而形成不同高度的水面，通過(guò)虹吸雨水斗，實(shí)現(xiàn)氣水分離，使雨水管內(nèi)的雨水達(dá)到溢滿的狀態(tài)[1]。當(dāng)雨水管中雨水在重力下落，處于壓力流時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)虹吸作用，應(yīng)用虹吸現(xiàn)象可以加快雨水排水的速度。從目前的建筑設(shè)計(jì)來(lái)看，虹吸雨水系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用在了現(xiàn)代各種大型工業(yè)廠房及公共建筑項(xiàng)目當(dāng)中，這打破了以往傳統(tǒng)重力雨水排放的一些桎梏，解決了雨水排放緩慢，排水流量小，立管數(shù)量多的問(wèn)題。隨著虹吸專用雨水斗的研制，進(jìn)入虹吸雨水管道的雨水先氣水分離，使管道在排水過(guò)程中，始終處于一個(gè)滿流負(fù)壓狀態(tài)，進(jìn)一步提升了雨水的流進(jìn)速度及排水效率。

2、虹吸雨水系統(tǒng)較傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

以湖南省益陽(yáng)市某大型多層工業(yè)廠房為例。廠房占地面積為11987.58平方米。建筑為局部地下一層（設(shè)備用房），地上三層，結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，最大柱網(wǎng)尺寸10米*10米。廠房屋面長(zhǎng)125.72米，寬95米，總面積約1.2萬(wàn)平方米。屋面找坡層為L(zhǎng)C5.0輕集料混凝土，最薄處30mm厚，屋面坡度2%，屋面沿長(zhǎng)邊女兒墻設(shè)有2條1200mm寬的排水天溝，再沿短邊從兩端往中間，每隔23.5米設(shè)1條600mm寬的排水天溝。整個(gè)屋面共設(shè)有5條排水天溝。雨水排水設(shè)施的總排水能力按10年重現(xiàn)期的雨水量計(jì)，該廠房屋面5分鐘雨水量為641.6L/s.

2.1根據(jù)建筑的屋面找坡及雨水天溝的設(shè)置，雨水排水設(shè)計(jì)方案如下

①傳統(tǒng)重力流雨水排水系統(tǒng)，。設(shè)計(jì)需布置32個(gè)87型雨水斗，雨水立管靠近雨水斗布置，共設(shè)32根De160的雨水排水立管。雨水立管大部分設(shè)置在廠房中央，雨水出戶管需在一層結(jié)構(gòu)板下埋地敷設(shè)十幾米甚至幾十米才能接至室外雨水檢查井。②采用虹吸雨水系統(tǒng)，根據(jù)屋面形式不同分為10個(gè)匯水區(qū)域，10個(gè)子系統(tǒng)。共采用40個(gè)雨水斗，10根De160的雨水排水立管，立管靠建筑外墻內(nèi)側(cè)柱邊設(shè)置，雨水立管在一層埋地就近接入室外消能井。

2.2排水量比較

經(jīng)計(jì)算，二者均滿足10年重現(xiàn)期的雨水量的排水要求，配以屋面排水天溝兩側(cè)的雨水溢流口，可滿足50年重現(xiàn)期的雨水量的排水要求。

2.3技術(shù)比較

首先，虹吸雨水斗單斗的排水量比普通雨水斗大，而屋面的開(kāi)孔卻小，可有效減少屋面漏水的風(fēng)險(xiǎn)，在一定程度降低了屋面的防水設(shè)計(jì)壓力[2]。其次，虹吸雨水立管可根據(jù)實(shí)際需求布置。該廠房對(duì)外立面及內(nèi)部的美觀要求較高。布置立管時(shí)，避開(kāi)了廠房的潔凈區(qū)域和電氣設(shè)備用房，同時(shí)結(jié)合工藝流程操作的要求，將管道對(duì)建筑的外觀和使用功能的影響降至最低。采用虹吸雨水系統(tǒng)后，不僅大大減少了雨水立管數(shù)目，有效解決了廠房?jī)?nèi)部雨水管林立的現(xiàn)象，也解決了傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)，埋地出戶管過(guò)長(zhǎng)難以維護(hù)的難題。最后，因?yàn)楹缥晁到y(tǒng)同管徑下排水量大，管路的直徑比較小，整體長(zhǎng)度較傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)為短。系統(tǒng)的橫管安裝在屋面以下也更有利于后期管道的檢修和維護(hù)。

3、虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用中常見(jiàn)問(wèn)題及在設(shè)計(jì)中的處理做法

3.1天溝溢水

安裝虹吸雨水系統(tǒng)的建筑，排水天溝在雨水溢流方面出現(xiàn)問(wèn)題的現(xiàn)象相比較普遍。特別是鋼結(jié)構(gòu)屋面，主因是鋼結(jié)構(gòu)天溝與屋面板之間存在間隙。即使有堵頭封堵，在雨量較大時(shí)仍存在溢水的情況。對(duì)于采用輕鋼結(jié)構(gòu)形式的屋面，排水天溝的材料以鋼板為主，和屋面連接起來(lái)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)屋面跨度比較大時(shí)，一體化的結(jié)構(gòu)，在雨水和雪的荷載下，可能會(huì)出現(xiàn)曲撓現(xiàn)象[3]。在工程實(shí)例中，出現(xiàn)撓度變異的鋼結(jié)構(gòu)，有的排水天溝會(huì)出現(xiàn)局部塌落，形成天溝高低差。這時(shí)，虹吸雨水斗排水功能就會(huì)降低，甚至導(dǎo)致雨水收集功能下降。嚴(yán)重時(shí)雨水會(huì)通過(guò)天溝側(cè)壁、屋面板連接件間的縫隙反流入室內(nèi)。

本工程為鋼筋混凝土屋面，排水天溝深度為300mm，做法參《平屋面建筑構(gòu)造》（12J201）“卷材、涂膜防水屋面女兒墻內(nèi)天溝雨水口”。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁不易出現(xiàn)撓性變異的現(xiàn)象。另外在排水天溝兩端設(shè)500mmm*150mm的溢流口，溢流口底距天溝底150mm.整個(gè)屋面設(shè)10處溢流口，可防止屋面雨水集聚導(dǎo)致結(jié)構(gòu)荷載過(guò)大及變形的情況。

3.2虹吸雨水斗漏水

虹吸雨水系統(tǒng)中雨水斗普遍是不銹鋼的材質(zhì)。大空間輕鋼彩板的結(jié)構(gòu)屋面，雨水天溝材料以鋼板做主。雨水斗和天溝的連接為焊接方式。不銹鋼、碳鋼之間可能存在腐蝕電勢(shì)的問(wèn)題。兩種金屬材料借助導(dǎo)電連接體接觸的同時(shí)，或者是兩種材料之間存在業(yè)態(tài)導(dǎo)電體的情況下，焊接部位相對(duì)比較容易出現(xiàn)腐蝕的問(wèn)題，從而導(dǎo)致雨水滲漏風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。在溫度相對(duì)比較高的環(huán)境下，尤其是南方地區(qū)，全年的降雨量比較大，在空氣遭受氮氧化物或者是硫氧化物污染時(shí)，可能會(huì)形成酸雨，此時(shí)腐蝕的作用會(huì)加快，改變焊接部位的氧化情況[4]。另外，焊接部位的常見(jiàn)物理特性，如氣孔、裂縫、沒(méi)有融合或焊透等問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致焊接區(qū)域存在潛在的腐蝕源。