3.1.1重力排水系統(tǒng)重力排水系統(tǒng)為一般工程較常采用,由普通雨水斗、懸吊管、立管、埋地管及出戶管等組成。其工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用,由屋面雨水斗經(jīng)排水管道自流排放。該系統(tǒng)有如下特征:
?、儆捎谠撓到y(tǒng)工作時,屋面雨水由雨水斗進入排水系統(tǒng)的過程中,過水?dāng)嗝媸湛s形成漩渦,水流夾帶著空氣進入排水系統(tǒng),使整個系統(tǒng)呈氣液兩相流,空氣占據(jù)了大約13的管道空間,因此排水管管徑較大。
②按規(guī)范要求,重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計,其充滿度不大于0.8,且排水坡度不小于5‰,因此占據(jù)較多的建筑空間。
?、塾捎趩喂苓B接的雨水斗不宜太多,因此使用的立管數(shù)量也較大。
④普通雨水斗排水量較小,因此系統(tǒng)使用雨水斗數(shù)量相對較多。以上這些水力特征,影響了重力流屋面雨水排水系統(tǒng)在大面積工業(yè)及公共建筑屋面排水中的運用。
3.1.2虹吸排水系統(tǒng)虹吸排水系統(tǒng)自1968年發(fā)明于歐洲以來,在歐洲應(yīng)用已有30多年歷史。屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)的工作原理是利用屋面專用虹吸雨水漏斗實現(xiàn)氣水分離,使系統(tǒng)呈負(fù)壓狀態(tài)形成壓力排水。虹吸排水系統(tǒng)相對于重力排水系統(tǒng),具有如下特征:
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期系統(tǒng)為重力排水,隨著雨量的增加,虹吸雨水斗利用空氣擋板阻止空氣進入系統(tǒng)形成真空,當(dāng)管中的水呈壓力流狀態(tài)時,形成虹吸現(xiàn)象,不斷進行排水,最終雨水管內(nèi)達到滿流狀態(tài)。
?、谠诮涤赀^程中,由于連續(xù)不斷的虹吸作用,整個系統(tǒng)得以快速排放屋面雨水。
?、酆缥潘到y(tǒng)管道均按滿流有壓狀態(tài)設(shè)計,雨水懸吊管可做到無坡度敷設(shè),當(dāng)產(chǎn)生虹吸作用時,水流流速極高,有較強的自凈能力。
?、芎缥晁肥钦麄€系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,在額定流量范圍內(nèi)具有氣水分離,防渦流等功能,單個最大排水能力達100L以上。通過比較,虹吸排水系統(tǒng)的優(yōu)勢是顯而易見的,尤其在大屋面排水中其優(yōu)勢更明顯。廣州新機場航站樓的大部分屋面排水都采用了虹吸排水系統(tǒng)。
3.2虹吸排水系統(tǒng)在航站樓中的應(yīng)用限于篇幅,本文主要介紹主航站樓的屋面排水。主航站樓屋面投影面積巨大,達64420㎡,按暴雨重現(xiàn)期P=20a,降雨強度229mmh計算,5min的暴雨強度達4097L。由于屋面呈弧型設(shè)計,如此巨大的降雨量只能從東西兩側(cè)排放。東、西兩側(cè)各196m長的雨水溝分別承擔(dān)50%的總降雨量,并要求雨水系統(tǒng)能迅速有效地排放屋面雨水。主航站樓屋面排水在設(shè)計上將屋面分成東、西向18塊長條型的集水區(qū),每塊集水區(qū)從中間沿弧形屋面分別向東西兩側(cè)的雨水溝排水,見圖2.在集水溝內(nèi),基本上對應(yīng)每塊集水區(qū)設(shè)一個虹吸排水系統(tǒng),每個排水系統(tǒng)承擔(dān)著巨大的排水量,最大一個區(qū)的集水量達179L。本設(shè)計采用了fastflowUV屋面虹吸排水系統(tǒng)的虹吸雨水斗,其中的UV122型設(shè)計排水量達120L,每個系統(tǒng)選用1~2個雨水斗已滿足需要。主樓屋面共使用了40個UV122型虹吸雨水斗,設(shè)計排水能力達4800L,基本可滿足整個屋面的雨水排放要求。
圖2主航站樓屋頂平面示意 在雨水溝的設(shè)計方面,由于主航站樓屋面呈弧型設(shè)計,中間最高處與東西兩側(cè)的雨水溝高差達25m,巨大的高差使雨水匯集到雨水溝時產(chǎn)生較大的沖擊力,為避免雨水沖出溝外,雨水溝的設(shè)計寬度達1m,深度達0.8m。由于每條雨水溝沿弧形屋面設(shè)置,不同位置的標(biāo)高相差較大,為避免雨水過分集中到標(biāo)高較低的雨水斗處,在雨水溝內(nèi)根據(jù)每個集水區(qū)分段設(shè)置擋水板,使屋面雨水均勻排放。擋水板比雨水溝的設(shè)計水位低100mm,萬一某個雨水斗意外堵塞,雨水可溢流到相鄰的雨水斗排放,雨水溝剖面見圖3。另外,在每個雨水斗的位置,各專門設(shè)計了一個有效容積1~118m3的不銹鋼集水井,以保證系統(tǒng)能迅速形成虹吸。管道設(shè)計方面,基本上采用單斗或雙斗排水系統(tǒng),懸吊管水平或沿桁架構(gòu)件安裝。系統(tǒng)設(shè)計負(fù)壓不低于-90kPa,大部分排出管的流速控制在4m以內(nèi)。管材的選用:隱蔽部分采用卡箍式離心鑄鐵管;外露部分配合立面設(shè)計要求,采用不銹鋼管,使不銹鋼管與結(jié)構(gòu)桁架完美地結(jié)合在一起,仿佛鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分。雨水井設(shè)計方面,由于系統(tǒng)排出管雨水流速極高,流量極大(最高流速超過6m,流量達100L以上),要求雨水井壁能承受雨水的高速沖刷,同時能迅速地把大量的雨水排到室外管網(wǎng),一般的雨水井顯然不能滿足要求。
圖3 主航站樓屋面雨水溝剖面 針對航站樓虹吸排水系統(tǒng)的特點,專門設(shè)計了虹吸雨水井。雨水井平面凈空尺寸1800mm×1500mm,高度視管道埋深而定,采用鋼筋混凝土一次澆鑄而成,鑄鐵井蓋設(shè)有占總面積30%的泄壓孔,剖面見圖4。
圖4 虹吸排水接入井剖面 東、西兩側(cè)的連接樓及指廊屋面排水設(shè)計方面連接樓屋面23面積采用虹吸排水。另13面積由于屋面造型關(guān)系,集水溝設(shè)在2層,因集水溝標(biāo)高小
于5m,且有較多的立柱供雨水立管布置,無需采用虹吸排水,所以這部分的屋面排水采用傳統(tǒng)的重力排水。另外,4條指廊均采用了虹吸排水系統(tǒng),指廊虹吸排水系統(tǒng)的出水管直接接到指廊與飛行區(qū)之間112m寬的鋼筋混凝土雨水溝內(nèi),節(jié)省了大量造價昂貴的虹吸雨水井,也大大減少了室外雨水管線的埋設(shè)。東、西兩側(cè)其它的設(shè)計參數(shù)基本上與主樓一致,但規(guī)模比主樓小,這里不再贅述。
4 結(jié)語 虹吸排水系統(tǒng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展,其技術(shù)已相當(dāng)成熟,在世界上已廣泛使用,近年來在國內(nèi)也逐步推廣使用,并且已有很多成功的經(jīng)驗。廣州新機場的建設(shè)已接近尾聲,已安裝的屋面虹吸排水系統(tǒng)也在正常運行中。半年多來,該系統(tǒng)經(jīng)歷了廣州幾次較大暴雨的考驗,各部分運轉(zhuǎn)良好,是虹吸排水系統(tǒng)在大規(guī)模屋面排水中的又一次成功的運用。由于本設(shè)計是在現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(GB50015-2003)發(fā)布實施前完成的,部分設(shè)計參
數(shù)套用了舊規(guī)范,如暴雨重現(xiàn)期、排出管最高流速等參數(shù)均未達到現(xiàn)行規(guī)范的要求。因此要求設(shè)計人員在今后的設(shè)計中要有超前意識,在條件允許的情況下將設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)定高些,使設(shè)計在較長的時期內(nèi)都能保持先進性。
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