張傳波 （廈門中建東北設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361012）

1 工程案例

福建某鋼結(jié)構(gòu)廠房于2013年設(shè)計(jì)，該廠房結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)體系，單層建筑面積約1.8萬(wàn)m2，長(zhǎng)×寬約為200m×90m，屬于丁、戊等類廠房。長(zhǎng)邊共設(shè)有4條天溝，分別為2條內(nèi)天溝、2條外天溝。內(nèi)天溝設(shè)計(jì)采用虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)排放屋面雨水，外天溝設(shè)計(jì)采用87型雨水斗，單斗單系統(tǒng)排放屋面雨水。工程于2015年下半年竣工驗(yàn)收并投入使用。在2017年4月份的一場(chǎng)普通降雨（降雨歷時(shí)12h，過(guò)程雨量50～80mm），過(guò)程中采用虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的兩條內(nèi)天溝排水不暢，導(dǎo)致雨水反灌至室內(nèi)，造成室內(nèi)的一些原材料被淹。

2 原因分析

事發(fā)后各方迅速的組織力量勘察現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)照原來(lái)的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行原因分析。

原設(shè)計(jì)圖紙，暴雨強(qiáng)度的取值、雨水流量的計(jì)算、虹吸系統(tǒng)的水力計(jì)算等均滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)圖紙不存在問(wèn)題。略不足的是，未設(shè)溢流系統(tǒng)，但原系統(tǒng)排水能力直接按滿足50年的重現(xiàn)期總排水量設(shè)計(jì)的，也滿足了建水規(guī)[1]“一般建筑的重力流屋面雨水排水工程與溢流設(shè)施的總排水能力不應(yīng)小于10年重現(xiàn)期的雨水量。重要公共建筑、高層建筑的屋面雨水排水工程與溢流設(shè)施的總排水能力不應(yīng)小于其50年重現(xiàn)期的雨水量”的要求。

天溝內(nèi)堆積樹葉、樹枝等雜物導(dǎo)致個(gè)別虹吸斗堵塞。這一問(wèn)題主要是使用者或是物業(yè)管理部門運(yùn)行維護(hù)不利造成的，這里不多做分析。

勘察現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中，對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在多處未按圖施工狀況。具體體現(xiàn)在：①大多的虹吸斗連接管比原設(shè)計(jì)圖紙小一級(jí)且連接管下落過(guò)程中與鋼結(jié)構(gòu)連桿有碰撞施工未告知設(shè)計(jì)院，自行采取避讓措施不合理；②原設(shè)計(jì)天溝尺寸：H×B=350mm×400mm，現(xiàn)場(chǎng)天溝H×B=250mm×250mm。顯然這兩點(diǎn)問(wèn)題是導(dǎo)致排水不暢的主要原因。施工單位未做太多的辯解，并承諾負(fù)責(zé)整改到位，設(shè)計(jì)單位也配合出整改方案。

3 易產(chǎn)生隱患的節(jié)點(diǎn)討論

事后在設(shè)計(jì)整改方案的過(guò)程中通過(guò)和施工單位的交流，發(fā)現(xiàn)前面設(shè)計(jì)的不精確也給施工留下了隱患。

整改后的節(jié)點(diǎn)示意圖

①連接管與鋼結(jié)構(gòu)連桿的碰撞。大多數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)體系，到柱頂一定距離時(shí)必然要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)連桿（連桿位置如圖二所示），來(lái)維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。上述案例在設(shè)計(jì)時(shí)未發(fā)現(xiàn)連桿的問(wèn)題，直接設(shè)計(jì)成如圖一中“虹吸雨水斗1”的布置方式，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題未向設(shè)計(jì)反饋，直接用兩個(gè)乙字形彎跨施工，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力損失變化破壞了壓力平衡，影響系統(tǒng)的排水能力。如若在設(shè)計(jì)階段水專業(yè)同鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)仔細(xì)配合發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題并解決，也就不會(huì)將困難留給施工班組了。在整改的方案中，筆者采用局部加寬天溝，落水管豎向同結(jié)構(gòu)連桿錯(cuò)開的辦法來(lái)規(guī)避這一問(wèn)題，即圖一中的虹吸雨水斗2的布置方式。這個(gè)問(wèn)題涉及到更精確的水力計(jì)算來(lái)做為調(diào)整的依據(jù)，我們要按規(guī)程[2]的3.7章節(jié)來(lái)進(jìn)行復(fù)核調(diào)整，尤其是要滿足第3.7.11條文“當(dāng)采用多斗系統(tǒng)時(shí)，各雨水斗至過(guò)渡段上游的水頭損失允許誤差應(yīng)小于雨水斗斗面至過(guò)渡段上游幾何高差的10%，且不大于10kPa。各節(jié)點(diǎn)水頭損失誤差也不應(yīng)大于10kPa”的規(guī)定。更準(zhǔn)確的應(yīng)該按公式計(jì)算。對(duì)于虹吸雨水這個(gè)要求施工嚴(yán)格的設(shè)計(jì)內(nèi)容在設(shè)計(jì)圖上和施工交底時(shí)一定要特別指出，引起施工注意。

②天溝尺寸問(wèn)題。實(shí)際是屋面鋼構(gòu)檁條與天溝的交接處，檁條的施工占用了天溝尺寸，致使天溝尺寸過(guò)小，未達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的尺寸。設(shè)計(jì)天溝H×B=350mm×400mm，現(xiàn)場(chǎng)天溝H×B=250mm×250mm。據(jù)事后跟施工班組了解，因?yàn)楫?dāng)時(shí)下料方便，并未調(diào)整最后兩個(gè)檁條之間的間距（如圖二中A的尺寸），這一變化導(dǎo)致了D的尺寸變小了。圖二中A值在設(shè)計(jì)階段需要和結(jié)構(gòu)仔細(xì)配合，最好是在結(jié)構(gòu)圖中標(biāo)注好，這樣更能引起施工的注意。另外，圖二中C值的大?。刺鞙仙疃龋┮惨c建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)精確配合好。本案中設(shè)計(jì)圖紙中天溝深度都表示為350mm,但現(xiàn)實(shí)中最后完成的只有250mm深，據(jù)施工班組反饋，現(xiàn)實(shí)中不少都是這么干的，而且使用后也沒有發(fā)生問(wèn)題，所以他們理所當(dāng)然的按經(jīng)驗(yàn)施工了。所以對(duì)于虹吸雨水這個(gè)要求施工嚴(yán)格的設(shè)計(jì)內(nèi)容在設(shè)計(jì)圖上和施工交底時(shí)一定要特別指出，引起施工注意。整改方案中，筆者與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合調(diào)整了圖二中A值，使溝的寬度有所保證。另外也與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合在檁條下方增設(shè)了墊塊（如圖二所示），調(diào)整了圖二中C值使溝深得以保證。上述內(nèi)容涉及到天溝的寬度和深度，在規(guī)程[2]3.2.2條和3.2.4條中都作了“天溝的過(guò)水?dāng)嗝鎽?yīng)根據(jù)匯水面積的設(shè)計(jì)流量計(jì)算確定，雨水斗設(shè)置點(diǎn)的天溝寬度應(yīng)保證雨水斗周邊均勻進(jìn)水，并應(yīng)保證雨水斗外邊緣距天溝內(nèi)壁間距不應(yīng)小于100mm。”以及“天溝有效深度應(yīng)為設(shè)計(jì)水深加保護(hù)高度。天溝的有效水深不宜小于250mm，保護(hù)高度不得小于75mm。當(dāng)采用金屬屋面且雨水可能經(jīng)天溝溢入室內(nèi)時(shí)，保護(hù)高度不得小于100mm?！钡囊?guī)定。另外要注意的是，天溝尺寸的變化直接影響天溝的有效蓄水容積，規(guī)程[2]3.2.6條“天溝的有效蓄水容積不宜小于匯水面積雨水設(shè)計(jì)流量60s，且不宜小于虹吸啟動(dòng)時(shí)間的降雨量。當(dāng)屋面坡度大于2.5%且天溝滿水會(huì)溢入室內(nèi)時(shí)，經(jīng)計(jì)算若虹吸啟動(dòng)時(shí)間大于60s時(shí)，天溝的有效蓄水容積不宜小于匯水面積雨水設(shè)計(jì)流量2min，且不應(yīng)小于虹吸啟動(dòng)時(shí)間的降雨量?！币呀?jīng)對(duì)天溝的有效蓄水容積有了明確的規(guī)定，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意。

4 案例之外的幾點(diǎn)領(lǐng)會(huì)與同行探討

①天溝的形式要與建筑專業(yè)確認(rèn)是封閉不漏水的還是非密閉會(huì)溢水到室內(nèi)的。采用建水規(guī)[1]公式4.9.2計(jì)算設(shè)計(jì)雨水流量的同時(shí)，要額外關(guān)注本條小注內(nèi)容“當(dāng)天溝集水且溝檐溢水會(huì)流入室內(nèi)時(shí)，設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度應(yīng)乘以1.5的系數(shù)?！?/p>

②前文提到，“案例中未設(shè)溢流系統(tǒng)，系統(tǒng)排水能力直接按滿足50年的重現(xiàn)期總排水量設(shè)計(jì)”雖未違反規(guī)范要求，但也比較不妥。從規(guī)程[2]3.1.3條文解釋可以看出，為了保證較小降雨時(shí)，系統(tǒng)的水平管道內(nèi)有足夠的自清流速，是不推薦采用增加設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的方法來(lái)替代溢流口或溢流系統(tǒng)的。虹吸式雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則與重力流系統(tǒng)完全不同，虹吸式系統(tǒng)是極限排水流量設(shè)計(jì)的，即當(dāng)暴雨強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)的重現(xiàn)期時(shí)，虹吸式雨水排水系統(tǒng)將失去平衡。而在現(xiàn)實(shí)建筑生命期中，降雨超過(guò)重現(xiàn)期的情況勢(shì)必存在，這時(shí)候溢流系統(tǒng)顯得更為安全。為了安全起見，本案例事后也增加了溢流口。

③案例中提到采用虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的2條內(nèi)天溝排水不暢問(wèn)題。筆者很疑惑，為什么同樣是外天溝未按圖施工、立管與鋼構(gòu)連桿碰撞直接用2個(gè)乙字形彎跨接施工，而沒有發(fā)生溢水。通過(guò)查閱一些資料發(fā)現(xiàn)，在重力流系統(tǒng)中，以雨水斗為研究對(duì)象，國(guó)內(nèi)曾做過(guò)相關(guān)的研究，在一定工況下，87型雨水斗（DN100）處，其泄水流量達(dá)30L/s，而建水規(guī)[1]規(guī)定的設(shè)計(jì)泄水量?jī)H為12L/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際泄水流量。以雨水排水系統(tǒng)的懸吊管為研究對(duì)象，按規(guī)定，重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì)，其充滿度不宜大于0.8，而不是按可能發(fā)生的滿管流設(shè)計(jì)，顯然其設(shè)計(jì)流量也小于實(shí)際排水流量。以雨水立管為分析對(duì)象，按照建水規(guī)[1]條文說(shuō)明中提到的重力流雨水立管的最大泄流量是充水率為0.35的水膜重力流理論計(jì)算值，而實(shí)際上雨水立管可能出現(xiàn)的充水率可達(dá)80%以上。因此，重力流雨水系統(tǒng)能夠排除一定的超設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的雨水，其設(shè)計(jì)是有富余的。

另外，筆者認(rèn)為跟現(xiàn)場(chǎng)的87斗和虹吸斗的進(jìn)水格柵間距有關(guān)系。87斗格柵間距較大，一些小的樹枝、樹葉直接就通過(guò)87雨水斗排走了，相反虹吸斗格柵間距相對(duì)較小，現(xiàn)場(chǎng)也就堵得更為嚴(yán)重。

5 總結(jié)

①由于歷史原因，國(guó)內(nèi)虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)排水設(shè)計(jì)很不重視計(jì)算，許多設(shè)計(jì)院基本不做計(jì)算，需要我們拿出責(zé)任心，要對(duì)后期中標(biāo)廠商的深化圖紙和水力計(jì)算書進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核。

②虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)對(duì)壓力平衡、管道的密閉性要求非常高，需要精確計(jì)算、精確施工，隨意變更管道走向或接管位置可能導(dǎo)致無(wú)法形成虹吸排水，系統(tǒng)失敗，需要有經(jīng)驗(yàn)的、非常專業(yè)的施工隊(duì)伍來(lái)進(jìn)行施工。

③完成一個(gè)優(yōu)質(zhì)的工程設(shè)計(jì)需要各專業(yè)的通力合作、高度負(fù)責(zé)，完成一個(gè)好的優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目，更需要設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主等多方的高效溝通、精確配合。