上海科技馆屋面雨水压力流排水系统..doc

上海科技馆屋面雨水压力流排水系统上海建筑设计研究院有限公司　徐凤 　　关键词：重力流排水系统　压力流排水系统　重力流雨水斗　压力流雨水斗　　内容提要：本文就上海科技馆屋面排水系统的选择进行分析探讨，根据现有客观条件合理采用压力流排水系统。1. 概况　　上海科技馆位于上海市浦东新区世纪大道东端世纪广场南側花木行政文化中心9号、11号地块。该项目占地68000平方米，总建筑面积10万平方米。是将上海市的科技馆、天文馆、自然博物馆的重要功能集中体现于一幢建筑中“三馆合一”式的公共建筑 。　　上海科技馆基地由两块独立地块组成。1号地块设置主体建筑，2号地块设置辅助建筑。主体建筑具有展示、服务、管理、收藏等功能，建筑面积约9万平方米。辅助建筑为能源中心，具有行政管理等功能，建筑面积约1万平方米。　　1号地块主体建筑南側与市政道路——政环路相邻，道路下已敷设D1500雨水管一根；北側通过约1万平方米下沉式广场与地铁2号线杨高南路站地下商场、世纪广场相连。世纪广场与下沉式广场地坪高差8.18米，通过下沉式广场可进入主体建筑，下沉式广场无市政雨水管道。　　主体建筑设计利用弧形的平面布局，由西向东采用螺旋上升体为建筑基本体量。整个屋面为金属网架、桁架支承的轻质铝合金板结构。屋面宽度为95.50米，内弧最低端标高为11.36米，外弧最低端标高为15.50米；内弧最高端标高为42.41米，外弧最高端标高为49. 90米 ；外弧螺旋上升角为3.68度，内弧螺旋上升角为8.25度；外弧周长509.90米，内弧周长213.90米；屋面投影面积为34000 平方米。（见附图一，附图二） 屋面平面图（图一） 立面图（图二） 2. 屋面排水方案比较　　主体建筑独特造型的大型金属屋面的排水设计是该项目设计中的难点。难点之一，屋面雨水在屋面内弧低端处收集后不可直接排出室外至下沉式广场，而是要反向排至政环路下雨水管道，造成排水横管水平距离过长。难点之二，为确保下沉式广场在降雨时期内安全使用，屋面雨水溢水不可进入下沉式广场，必须有组织收集溢水排水排至政环路下雨水管道。　　为保证主体建筑屋面雨水排水系统安全、可靠，不影响建筑的整体造型和美观。针对设计中的难点，我们在设计过程中对屋面雨水排水系统的选择应用进行多方面比较。　　从流体力学的角度分析，屋面雨水排水系统分为两种主要类型：重力流排水系统和压力流（亦称虹吸或满管流）排水系统。　　2.1 重力流排水系统　　传统的重力流排水系统已有悠久历史，在工程项目设计中一直沿用的屋面雨水排水方式。该系统由重力流雨水斗，连接管，悬吊管，立管，排出管等组成。该系统的主要工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用将雨水斗收集的雨水经排水管道自流排放。在重力流排水系统中横管采用非满管重力流理论，充满度控制在0.8左右。系统中立管排水采用水膜重力流理论，充水率不宜大于0.35。排水管道内被空气占去一部分有效空间，水流状态呈气液二相流，尤其是排水立管中心空气气流占绝对优势，大大减少了管道排水的有效断面，增加了管道的直径。由于重力流排水系统依靠雨水的本身重力作用进行排水，故排水系统是否能迅速将雨水排除依赖于排水横管的坡度设计。　　在主体建筑中若采用重力流排水系统，按设计任务书要求雨水设计重现期P=5年，降雨历时5分钟暴雨强度为5.29升/秒?100平方米，屋面汇水面积34000平方米进行估算，查《建筑给水排水设计手册》表4.3-8，以DN100埋地管满流允许汇水面积200平方米计，坡度为0.020时，则至少应设置320余根雨水管。当排水横管坡度为0.020时，从排水横管起点至排出管出墙处约有90米长度，则排水横管的坡降为1.80米。由此可见，排水管道之多和排水坡降之大将严重影响建筑室内有效净空高度，影响使用功能，并且造成室外雨水井数量过多。　　2.2压力流排水系统　　压力流排水系统由国外水力学专家在六十年代末创始，至今在世界各地已有6000万平方米各种类型屋面排水的设计和施工经验。但是，该系统目前在我国国内使用实例较少。压力流排水系统部件组成与重力流排水系统基本相似，不同的是系统采用压力流雨水斗。该系统的主要工作原理是充分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，可快速排除屋面雨水。故压力流排水系统亦称之为虹吸流排水系统或满管流排水系统。　　压力流排水系统相对于重力流排水系统具有许多优点：　　⒈雨水斗在屋面上可以灵活设置；　　⒉压力流雨水斗设置的空气档板，可有效地阻止空气随雨水带进雨水斗；雨水斗阻尼值较小，使压力流雨水斗的排水能力大大超过同样规格的重力流雨水斗的排水能力可减少雨水斗的设置数量；