压力流雨水排水系统在大型屋面中的应用

随着时代的前进和建筑技术的不断发展，大空间、大容量、大面积的公共建筑、工业厂房、库房的需求量将越来越大，这就要求在降雨时屋面蓄积的雨水在短时间内能迅速排出，传统的重力流排水系统若要达到这一要求就必须增加雨水斗数量及立管根数，加大立管径；而采用压力流雨水排水系统，系统管道中雨水流态为满流有压状态，排水量大，排水迅速且立管根数少，管径小，能够最大限度满足建筑的使用功能并且解决大型屋面雨水排水所带来的压力。
1 屋面雨水排水系统简介
1.1 重力流雨水排水系统
1.1.1 工作原理
传统的重力流排水系统为一般工程较常采用，由普通雨水斗，悬吊管、立管、埋地管及出户管等组成。其工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用，由屋面雨水斗经排水管道自流排放。重力流排水系统由于是按非满流无压状态设计的，是否能迅速排除雨水依赖于排水横管的坡度。传统重力流排水系统原理图如图1。
1.1.2 重力流排水系统的特点
重力流排水系统具有以下特点：①排水管的管径较大；②按规范要求，悬吊管充满度不大于0.80，管内流速不宜小于0.75m/s，且排水坡度不小于0.5%，因此会占据较多的建筑空间；③系统使用立管的数量也较大；④雨水斗数量相对较多，增加了屋面荷载；⑤适用性和灵活性较差；⑥连接各立管的埋地管数量多，地下工作量较大；

1.2 压力流雨水排水系统
1.2.1 工作原理
    压力流排水系统的原理是根据伯努利方程，通过精确的水力计算，利用屋面雨水斗与排出管之间的几何高差，当降雨强度达到设计值时，管道内呈满流状态，雨水从水平管（悬吊管）转入立管跌落时管道内形成负压，产生虹吸作用。压力流排水系统原理图如图2。
1.2.2 压力流排水系统的特点
压力流排水系统是按满流有压状态设计，是多斗压力流排水。相对与重力流排水系统具有以下优越性：①降雨初期系统为重力排水，随着雨量的增加，形成虹吸现象，最终雨水管内达到满流状态；②由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以快速排放屋面雨水，并且排水噪音小。③排水系统为单相满管流，可减少管道直径和数量；④压力排水系统管道均按满流有压状态设计，雨水悬吊管可做到无坡度敷设，有利于建筑空间的充分利用。⑤由于排水管道减少，室外雨水检查井数量亦相应减少；⑥减少下水道连接管和埋地管，地下部分工作量少；⑦采用同样排水管材，压力流比重力流节约工程造价。
2 工程实例
2.1 工程概况
某大型厂房建筑，结构形式为二层框架及单层排架组合型结构，排架结构采用轻钢屋架压型钢板屋面。建筑高度为14.55m，建筑面积为10704.10m²。屋面中跨雨水汇集至雨水天沟，采用内排水方式排至室外。其内排水部分整个屋面的天沟都设置在屋面的中部，天沟宽3.00m，长96.53m。其屋顶局部平面图见图3。
图3  屋顶局部平面图
2.2 设计参数
该建筑屋面雨水排水设计参数如下：
①屋面内排水部分汇水面积为：F=6500m²;
②屋面坡度为：i=3%；由于i=3%>2.5%，则屋面蓄积能量系数取值为：K₁=2.0；
③由于该建筑是重要工业建筑物，因此重现期取P=10年；
④降雨历时取T=5min；
⑤屋面径流系数Ψ=0.9；
⑥该地区屋面暴雨强度公式为：i=
⑦将P=10，T=5带入上式得到i=2.7mm/min=162mm/h，因此q_j=167i=450.9（L/s.ha）=0.045（L/s.m²）。
2.3 方案比较
2.3.1 重力流排水系统
该工程若采用重力流排水系统，在屋面（见图4）沿A~U轴分别在12轴和13轴布置普通雨水斗，采用单斗系统，单个雨水斗的汇水面积F_d=35.10×3.00=105.30m²,因此单个雨水斗的泄流量为：
q_d=K₁×

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