工业建筑厂房屋面虹吸雨水系统设计

谭雪莹

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州510010）

1 工程概况

阜阳经济开发区产业园建设项目位于阜阳市阜南区，临颍大道南侧、张寨路东侧、颍水路北侧、朱寨路西侧省道S308与省道S202从经济开发区穿过，并与阜淮高速互通，向北直通阜阳市，交通十分便捷。项目总用地面积221077m2，总建筑面积27144m2，产业园内共建设14栋工业厂房，以产业园内某一栋厂房为分析对象，进行屋面虹吸雨水系统设计分析。该栋工业厂房为7×7标准化厂房，层数为3层，建筑高度23.8m，建筑面积为23977m2，屋面面积约8000m2，虹吸雨水设计范围需根据屋面的伸缩缝分隔情况进行划分[1]，厂房办公区和生产区之间设置有伸缩缝，故屋面虹吸雨水设计范围为生产区的屋面范围，设计范围约6200m2。办公区的屋面由于建筑汇水区域划分较小，采用重力流排水系统。

2 屋面汇水面积

工业厂房屋面为混凝土屋面，形状规则、面积大，需根据建筑屋面设计、找坡方向及排水沟设置等因素合理地划分雨水汇水区域[2]。根据《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》3.1.6条规定：汇水面积大于2500m2的大型屋面，宜设置不少于2套独立的虹吸式屋面雨水系统[3]。汇水面积按照屋面的水平投影面积计算，高出屋面部分的侧墙面积按50%投影面积折算汇水面积。根据建筑屋面的设计，该栋厂房屋面共划分为6个汇水区域，共设6套虹吸雨水系统（系统编号：HYL-1～6）。屋面汇水分区划分如图1所示。

图1 屋面汇水分区平面

混凝土屋面排水沟设计宽度500mm，深度300～500mm，满足虹吸雨水斗前水深要求，可有效形成虹吸，增强排水能力。根据《建筑屋面雨水排水系统技术规程》，雨水斗规格50mm，斗前水深≤47.6mm；雨水斗规格75mm，斗前水深≤59.0mm；雨水斗规格100mm，斗前水深≤70.5mm[4]，压力流排水系统的集水沟有效深度不宜小于250mm，排水沟深度满足要求。

3 雨水量分析

阜阳市降水量年际变化大，年平均降水量在963mm左右，大雨和暴雨日数平均每10年增加0.4d，小时最大降水强度平均每10年增加3mm，强降水、尤其是短时强降水事件的发生频率在增加。虹吸雨水排水系统雨水量计算参照阜阳市暴雨强度公式，根据《室外排水设计标准》（GB 50014—2021），具有20年以上自记雨量记录的地区，暴雨强度公式应采用年最大值法。设计采用的暴雨强度公式为：q=2242.494（1+1.408LgP）/（t+15.517）0.749。

按照设计重现期10年，5分钟降雨历时，屋面径流系数取1.0，安全系数取1.5进行设计暴雨强度计算，暴雨强度q=5.62L/s·ha。虹吸雨水排水系统和溢流系统的总排水能力按重现期50年，5分钟降雨历时设计。屋面为混凝土屋面，溢流措施采用在女儿墙开溢流口的形式，无须单独设计溢流管道系统。

经计算，虹吸雨水排水系统汇水总流量为524L/s。根据《建筑屋面雨水排水系统技术规程》，雨水斗的最大设计排水流量应小于雨水斗最大排水流量，雨水斗最大排水流量为：雨水斗规格75mm，流量18.8L/s；雨水斗规格100mm，流量40.9L/s。可根据雨水设计总流量及汇水面积计算所需雨水斗的规格及个数。

4 虹吸雨水斗

虹吸雨水斗布置在天沟内，天沟要求连通、水平无坡度，相邻雨水斗间距不宜超过20m，且应保证被结构梁隔断的雨水沟每段均有雨水斗。连接在同一悬吊管上的虹吸雨水斗斗体安装在同一水平面上，确保虹吸雨水斗在同一水位进水，使系统不进气，不同高度的屋面、不同结构形式的屋面汇集的雨水，宜采用独立的系统单独排出。

厂房屋面高度均在同一高度，雨水斗宜均匀布置。根据雨水计算流量，设计采用虹吸雨水斗75mm型号8个，110mm型号12个。其中汇水分区一、六设置4个75mm型号的虹吸雨水斗，汇水分区三、四设置2个110mm型号的虹吸雨水斗，汇水分区二、五设置4个110mm型号的虹吸雨水斗。

厂房屋面为混凝土屋面，安装示意图见图2。

图2 虹吸雨水斗安装

5 水力计算

根据《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》水平悬吊管设计流速不宜小于1.0m/s，立管的流速不宜小于2.2m/s，且不宜大于10m/s。悬吊管中心线与雨水斗出口的高差宜大于1m。管段的沿程水头损失按海澄-威廉公式计算，局部水头损失按管件当量长度计算。虹吸雨水系统需经水力计算校核，三个校核包括：①雨水排水管道总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差；②各节点的上游不同支路的计算水头损失只差不应大于10kPa；③悬吊干管水头损失不得大于80kPa。

以某个汇水分区的排水立管为例，进行水力计算复核。6套虹吸雨水系统（系统编号：HYL-1～6）取立管编号HYL-1进行计算分析，管道布置系统原理图如图3所示。

图3 虹吸雨水系统原理

经过水力计算，如表1所示。

表1 水力计算

经过管道的水力计算复核，虹吸雨水系统的流速、水头损失等参数均满足虹吸排水系统规范的相关设置要求。

6 结语

工业厂房屋面大于5000m2设计选用虹吸雨水排水系统时，需考虑屋面的形式、汇水分区、雨水量等因素。应根据建筑分格缝的设计，屋面排水设计坡度等合理划分汇水分区。根据汇水面积进行雨量计算，虹吸排水建议取安全系数1.5计算雨水流量，同时考虑溢流措施，保障屋面排水安全。合理设置雨水斗位置，合理布置虹吸雨水系统，并对系统进行水力计算校核（各虹吸雨水斗至系统过渡段总水头损失允许误差不超过10kPa，系统管道内最大设计负压绝对值不大于80kPa），是保证虹吸雨水系统正常运行的必要条件。