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火车站虹吸排水设计-[智慧雨]50年重现期设计,排水更安全

返回列表 来源: 发布日期: 2019.07.24

虹吸式屋面雨水排水系统,是当今国际上较为先进的屋面雨水排放系统,它被广泛应用于大型厂房、展览馆、火车站虹吸排水设计、体育馆等跨度大、结构复杂的屋面,是解决屋面排水的有效途径。本文通过实例向大家介绍在火车站场景下,虹吸排水应该如何设计。


火车站虹吸排水

昆山南站为新建铁路客运站,位于既有沪宁线以南、沪宁高速公路以北,长江路西侧,距离既有昆山站1.7km,与沪宁城际并站建设。昆山南站为线上式站房,站房的设计构思由“并蒂莲”演化而成。该建筑屋面呈现“圆润流畅”的形态,中间高,两侧低的造型形成高低起伏的整体形态,优美而富有流动感,犹如莲花一般,舒展流畅,蔚为壮观,具有鲜明的地域特征。站房屋面分中心站房雨棚和两侧站房雨棚两部分,屋面面积约3.8万平方米。

1设计重现期的选择
对于重要的公共建筑物屋面,其设计重现期应根据建筑的重要性和溢流造成的危害程度确定,不宜小于10年,且应设置溢流设施,虹吸系统和溢流设施的总排水能力宜达到设计重现期为50年、降雨历时5min时的设计雨水流量。
屋面雨水排水系统溢流设施是为了避免降雨量超过管系的排水能力,引起屋面积水深度超过屋顶结构所能承受的荷载而设置的,溢流设施可为溢流口或溢流系统
1)溢流口一般设置在天沟的两端,雨水从溢流口流出会污染建筑物立面。故溢流口不可取。
2)溢流系统也就相当于独立的虹吸系统,需单独排出室外。由于屋面结构比较复杂,整个屋面分成了很多汇水区域,一条天沟实际负担的汇水面积并不大,每条天沟内既做虹吸系统又做溢流系统所需的管材会非常多,且桁架内布满管道,会影响美观。
所以,考虑到建筑的美观性以及工程造价,设计采用直接按50年暴雨重现期来设计虹吸系统。取附近苏州地区50年暴雨重现期,暴雨强度计算为q=5.20L/s•100m2。
2斗前水深的控制
由于虹吸的形成有滞后的时间,故天沟要满足1-2min雨水存水量的要求,而且还要达到一定的高度,满足虹吸的斗前水深,产生虹吸。
虹吸雨水斗与普通的雨水斗最大的区别就在于有空气挡板。空气挡板是产生虹吸的关键。空气档板设有防漩涡肋,有效地防止产生漩涡,严密杜绝空气的进入。也就是说,当雨水没过空气挡板后,空气将再不能进入虹吸管道中,待管道中的空气完全排出系统后,才能开始产生虹吸现象。这个能产生虹吸的雨水积水的高度即斗前水深。不同型号的雨水斗斗前水深也是不同的。
斗前水深过小,不能有效地形成虹吸;斗前水深过大,增加屋面荷载,尤其对钢结构屋面,天沟与屋面难以完全密闭,斗前水深过大会造成雨水通过其间隙渗漏至站房室内。
综合虹吸雨水斗斗前水深及安全高度确定 的高度,钢结构屋面天沟高度一般取250mm-300mm。中心站房屋面由于屋面结构的影响,部分天沟只能做到120mm高。这部分采用的雨水斗的斗前水深大概在60mm—70mm之间。当虹吸开始产生的时候,天沟里的水已经快接近天沟上边缘。为了提高建筑的安全性,在雨水斗处设置下沉式水槽,水槽底部呈水平面,水槽底部设置雨水斗,满足压力流排水系统要求。
屋面汇水面积的划分,雨水天沟及雨水斗的布置
1)屋面汇水面积的划分,雨水天沟的布置
昆山南站建筑屋面呈内拱外弧、高低起伏的独特造型,通过寻找屋面最高端、最底端两端的标高点画出等高线,并结合建筑设计排水天沟的平面布置划分汇水面积,使屋面雨水有组织进行排放。屋面总汇水面积为38200m2,总雨水量为1986.4L/S,共设计了58套虹吸系统。
2)雨水斗的布置
雨水斗的布置有两种布置形式。当雨水天沟沟底位于同一标高时,采用沿天沟均匀布置雨水斗,两侧站房雨棚多采用均匀布置雨水斗;当雨水天沟为斜天沟时,采用在天沟最低处集中布置雨水斗,中心站房雨棚多采用集中布置雨水斗。
a、均匀布置雨水斗:
水平天沟内2个雨水斗之间的间距不宜大于20m,雨水斗距天沟的边缘不应大于10m,且不应小于1m。
以其中一条天沟为例:
此天沟长L=97.3m,共布置6个雨水斗,每个雨水斗的水量为7.5L,斗与斗的间距为17m。
b、集中布置雨水斗:
本设计中多处采用了集中布置雨水斗的方法,在昆山南站有两种不同类型。
①以中心雨棚圆鼓型汇水区域内天沟为例:
此天沟为斜天沟,天沟存在很大的坡度,天沟两端的高差有2.9m,这时如果再采用平均布置雨水斗的方法的话,此天沟内的雨水斗都将不处于一个高度上,会导致最低的一个雨水斗的水排不完,而高端的雨水斗却几乎没水,就会不断的有空气会吸入系统中,在这种情况下是形成不了虹吸的。所以,这样的天沟选择集中布置雨水斗。
此天沟的雨水排水设计流量为71L/S,由于水量太大,故采用两个集中布置雨水斗的位置。
第一处取在天沟的最低点:在天沟的最低点做一个集水箱,集水箱的底部水平,雨水斗焊接在集水箱底部。
第二处取在天沟的中部:在天沟的中部做一个集水箱,集水箱的底部水平,雨水斗焊接在集水箱底部。由于天沟的坡度较大,为了让集水箱能更好的收水,在天沟内、集水箱的下游一侧处做一块挡水板,挡水板的高度在天沟的三分之二处。
②以中心站房雨棚中心汇水区域内天沟为例:
此天沟位于“并蒂莲”的莲心,这一块的屋面具有较强的立体感,线条清晰,由折板(图4中的每个三角形)组成,由于建筑造型需要,天沟不能拉通。要使雨水能完全排出室外,就必须每条天沟都布置雨水斗,而且这几段天沟并排形成阶梯状,导致雨水斗都不在一个高度上,不宜接入一条虹吸系统。每个雨水斗的水量也比较小,如每个雨水斗都做一个独立的虹吸系统的话,成本就会大大的增加。
利用天沟的特点,天沟是并排着,且都坡向一个方向(见图4),在天沟的侧面接暗管(截面与天沟相同)给两条天沟做桥梁,使天沟贯穿,在最低点做一集水箱,集水箱的底部水平,雨水斗焊接在集水箱底部。这样既保证了屋面的完整性,又节省了造价。
5雨水管道的布置
昆山南站屋面采用的是桁架外露型,不做任何吊顶。考虑到站台的美观性,常用方法是立管入柱。在桁架的主立柱上端开孔,将雨水管放入其中。此立柱起到承重作用,所以开孔的尺寸不能太大,且一根立柱内只能放一根雨水管。而昆山站的立柱仅在站台中部平行轨道方向有一排立柱,且立柱位于屋面最高端,故将雨水管放入立柱内就显然不现实了。所以我们只能让虹吸雨水管贴附着桁架,将雨水管隐藏在桁架内,顺着桁架、桥墩下至地面。
由于热胀冷缩作用,悬吊管的膨胀应力需要受到控制,否则会对建筑的结构造成威胁。设计中采取平均分散膨胀应力的方法,在系统管道上平均5米安装一个锚固法兰,以抵消膨胀应力。
6水力计算

虹吸式屋面雨水排水系统的水力计算应包括对系统中每一管路的水力工况作准确计算。计算结果应包括设计暴雨强度、汇水面积、设计雨水流量、每一计算管段的管径、计算长度、流量、流速、压力等。计算结果应符合虹吸式屋面雨水排水系统技术规程(CECS183-2015)中的设计要求。

虹吸式屋面雨水排水系统应用在大型屋面、造型复杂的屋面能更好地满足建筑要求,更快更安全地排除屋面雨水。在虹吸式屋面雨水排水系统应用中应注意合理地选取暴雨重现期,根据建筑屋面形式合理地划分汇水区域,设置屋面天沟,合理地控制斗前水深,布置压力雨水斗,经过水力计算选取管径,并要考虑到悬吊管的热力补偿。


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