戴寧晨

（安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230000）

1 工程概況

建筑總用地面積為35hm2。通過(guò)平滑弧光照明廊道將體育館和展覽中心整合在一起，通過(guò)變形縫將工程分為體育館和展覽中心兩個(gè)子項(xiàng)目，由于篇幅有限，這里只介紹體育館部分。體育館建筑面積81888m2。這是一棟三層的單層建筑。建筑總高度約50.55m,共有8468個(gè)座位，可容納8000 人左右，可承接演唱會(huì)等大型文體活動(dòng)。

2 頂板特征

體育館屋蓋跨度大，形狀復(fù)雜，屋蓋重疊，整體呈螺旋狀態(tài)。屋面材料采用1.0 mm厚輕質(zhì)鋁鎂錳合金板。頂板不僅重量輕（密度2700kg/m3），而且能與大氣相結(jié)合，進(jìn)而形成一層保護(hù)膜，從安全的角度出發(fā)，是為了防止發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，延長(zhǎng)它的使用壽命。工程的屋面屬于異形屋蓋，它的內(nèi)部關(guān)系相互交錯(cuò)，十分復(fù)雜，最高點(diǎn)的高程達(dá)到34.39m，最低點(diǎn)高程為7.8m，間距十分大。根據(jù)屋面標(biāo)高的關(guān)系，將體育館屋面分為六個(gè)分區(qū)，共有七個(gè)水溝。各分區(qū)的平均坡度和排水溝位置如圖1 所示。

圖1 屋面分區(qū)及天溝布置示意

從圖1 可以看出，有許多屋頂區(qū)域，不同的區(qū)域有不同的大小。其中，E 區(qū)和F 區(qū)為垂直玻璃天窗，相當(dāng)于比D 區(qū)和C 區(qū)高的側(cè)墻。在對(duì)C 區(qū)、D 區(qū)各自的匯水面積展開(kāi)計(jì)算時(shí)，應(yīng)計(jì)入一半E 區(qū)、F 區(qū)域的垂直投影面積。

3 系統(tǒng)選型與具體的參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)選擇

選擇這個(gè)排水系統(tǒng)[1]有很多優(yōu)點(diǎn)，比如排水能力特別強(qiáng)、排水速度快、懸移管少、立管數(shù)量少，可以應(yīng)用在多種場(chǎng)所，解決大面積屋面的排水問(wèn)題。但是該系統(tǒng)不適合在屋頂設(shè)置排水溝，只適用于排水溝系統(tǒng)。在這種情況下，體育館的屋面十分容易集水，當(dāng)遇到連雨季的時(shí)候，特別容易漏水。若是選擇半加壓水流系統(tǒng)，則需要DN150 規(guī)格的雨水斗100 個(gè)，需要的立管、雨水桶、威爾斯和出水管的數(shù)量過(guò)大。此外，A 區(qū)和B 區(qū)的立管位置正好在場(chǎng)地中央，十分影響室內(nèi)的美觀。在對(duì)上述三種不同系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行逐一比較后，根據(jù)體育館屋蓋的特點(diǎn)，在雨水系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)中采用虹吸式雨水排水系統(tǒng)，有效的避免了立管安裝量過(guò)多的問(wèn)題，同時(shí)也減少了懸吊管坡度對(duì)室內(nèi)游隙的占用。

3.2 選用適宜的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

設(shè)計(jì)雨水系統(tǒng)的時(shí)候需要選擇江門(mén)市對(duì)應(yīng)的暴雨強(qiáng)度公式：

本工程的屋面結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。例如A 區(qū)和B 區(qū)，它們這兩個(gè)部分的屋頂是對(duì)稱分布的，屋頂?shù)钠露葍A斜度高達(dá)20%，金屬屋頂表面光滑。實(shí)際降雨持續(xù)時(shí)間可能小于10min，導(dǎo)致降雨量無(wú)法估計(jì)[2]。本次設(shè)計(jì)重現(xiàn)期有三種方案可供選擇，可以根據(jù)實(shí)際的情況擇優(yōu)選擇。第一種方案，在計(jì)算雨水量的時(shí)候選擇的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期是50 年。該方案基本滿足“屋面排雨水系統(tǒng)的總排水能力，還有溢流設(shè)施壽命在50 年以上重現(xiàn)期”的設(shè)計(jì)要求。第二種方案，采用100 年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期計(jì)算雨水量，此方案已經(jīng)在國(guó)際大會(huì)議中心等大型屋面工程中多次采用[3]。第三種方案計(jì)算的時(shí)候，也是按設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50 年，雨水流量加大了1.5 倍安全系數(shù)。同時(shí)，因本工程屬于金屬屋面要求完全無(wú)滲漏，計(jì)算降雨量的時(shí)候，將徑流系數(shù)Ψ 取值為1.0。以區(qū)域A 為例，對(duì)比采用三種不同方案所得的雨水量、各自懸浮管流速、整個(gè)系統(tǒng)失水量、虹吸啟動(dòng)時(shí)間和虹吸形成時(shí)間的計(jì)算值，并將具體的比較結(jié)果列于表1。

表 1 三種方案對(duì)比

從表1 可知，三種方案進(jìn)行對(duì)比數(shù)據(jù)，方案2 的懸吊管速度最大，而方案1 和3 的速度都是一樣的，系統(tǒng)的總失水量相較于方案1 和3 是最小的，虹吸系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，還有虹吸的具體形成時(shí)間根本不需要多大的延長(zhǎng)，相差都不到2s，體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)十分顯著。故而，在設(shè)計(jì)體育館雨水系統(tǒng)重現(xiàn)期時(shí)設(shè)定為100 年，屋面匯集的雨水總量可以達(dá)到為2113.32L/s。

3.3 選擇流量的修正系數(shù)

A 區(qū)和B 區(qū)較高，立管位于體育場(chǎng)外圍，懸吊管長(zhǎng)40m。與其他地區(qū)相比，虹吸時(shí)間較長(zhǎng)。暴雨時(shí)，上集水井可能溢出。部分雨水自由流向下一個(gè)集水區(qū)，即C 和D，因此在計(jì)算雨水量時(shí)，兩區(qū)針對(duì)流量計(jì)算應(yīng)增加修改正系數(shù)，可參考面積比制定修正系數(shù)，取值為1.2。

4 天溝槽設(shè)計(jì)

4.1 天溝滲漏原因分析及處理

不銹鋼和碳鋼雖然是由同一種化學(xué)元素構(gòu)成，但是它們卻有著不同的電位。在一些情況下，這兩種材料一旦焊接在一起時(shí)，尤其在潮濕的條件下，它們特別容易形成原電池反應(yīng)，發(fā)生的過(guò)程十分迅速，作為負(fù)極材料的碳鋼就會(huì)被腐蝕。而且當(dāng)兩者連接起來(lái)時(shí)，鐵離子也會(huì)對(duì)不銹鋼造成污染，從而使不銹鋼表面涂覆的氧化鉻層被破壞并導(dǎo)致晶間腐蝕。尤其是我國(guó)的南部，降水量充沛。雨水結(jié)合空氣成分中的SO2和NO2等形成酸雨，使焊接部件被腐蝕得更加迅速。故此，本工程虹選擇用不銹鋼材料，并采用不銹鋼焊絲通過(guò)氬弧焊方式制作吸雨水斗跟溝槽，這樣一來(lái)就能夠最大限度地減緩雨水斗和雨水溝的腐蝕速度。

4.2 淹沒(méi)匯流威爾斯和擋板

在安裝雨水斗的位置上額外設(shè)置小型的沉降集水井一個(gè)，實(shí)現(xiàn)雨水糾偏與收集功能。沉降集水井的設(shè)置規(guī)格必須滿足安裝雨水桶在空間方面的要求，同時(shí)還要滿足桶前水深的要求，且降雨重現(xiàn)期至少為5s，重現(xiàn)期為50年。在檢查和計(jì)算所有集水區(qū)后，確定下沉集水區(qū)威爾斯的大小。不銹鋼溝槽和集水威爾斯用氬弧焊焊接。焊接時(shí)要求全焊，焊接后，不銹鋼溝槽和集水威爾斯拋光，使其光滑，防腐。為了解決Tiangou 溝大坡度的問(wèn)題，在Tiangou溝每5m 安裝一個(gè)擋水板，不僅控制流量，而且有效防止異物進(jìn)入排水口。擋板高度比雨水斗高100mm，擋板長(zhǎng)度按溝寬的60%布置。

4.3 天溝槽膨脹節(jié)的優(yōu)化處理

為了減小伸縮縫帶給虹吸系統(tǒng)的不良影響，本方案對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化。在排水溝上面的伸縮縫位置上采用兩種不同的搭接方式進(jìn)行處理，在伸縮縫搭接位置上設(shè)置一處C 形擋板，讓雨水無(wú)法自伸縮縫當(dāng)中滲出，搭接處的密封處理，選用丁基膠帶沿三個(gè)方向密封。伸縮縫經(jīng)過(guò)搭接密封處理后，就不會(huì)成為引起雨水路徑的改變，使雨水虹吸系統(tǒng)能夠更加完整、更加安全。

5 垂直閂鎖系統(tǒng)和管道通道

5.1 垂直閂鎖系統(tǒng)

鋁鎂錳合金立緣鎖緊系統(tǒng)用于本工程屋面金屬外板。在同一邊坡下，最長(zhǎng)的板長(zhǎng)是最不利的條件，最小坡板和最長(zhǎng)板長(zhǎng)是不同邊坡驗(yàn)算最不利的條件。只要板的排水能力大于最不利板的最大降雨，垂直邊緣鎖定系統(tǒng)就是一個(gè)安全系統(tǒng)。垂直邊緣鎖定系統(tǒng)在具有不同梯度的相同梯度和面積C 的區(qū)域A 中被檢查。為了證明該系統(tǒng)是安全可靠的，工程典型區(qū)域垂直邊緣鎖定板的排水能力必須大于100 年，并且排水的能力應(yīng)該為雨水的65 倍及以上。

5.2 管溝

為了防止因沉降引起的管道損壞，在鋼筋混凝土管溝中敷設(shè)了供水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)的進(jìn)出管和排水系統(tǒng)的出口管道。管溝內(nèi)管道結(jié)構(gòu)十分特殊，一般會(huì)用磚墩作為支撐，墩寬的直徑為管徑的長(zhǎng)度再加上200mm。正確地使用管溝，才能更好地解決了埋地管道的后期維護(hù)工作。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文著重分析了屋面雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)對(duì)屋面及建筑物特征分析計(jì)算雨水系統(tǒng)及雨水量，并且結(jié)合屋面實(shí)際狀況得到修正系數(shù)，進(jìn)一步完善雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)于溝槽大坡度的鋼溝，可以采用沉降集水、擋水板和氬弧焊等措施來(lái)提高溝槽的排水安全性。針對(duì)豎向側(cè)向鎖定頂板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)側(cè)板的排水安全進(jìn)行液壓校核，在不滿足排水要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整側(cè)板的高度或?qū)挾?。?duì)于淤泥質(zhì)地區(qū)的工程，可在溝內(nèi)設(shè)置管溝和管墩，防止因不均勻沉降造成的管道損壞。