湖南工程学院体育馆屋面（虹吸）压力流雨水系统水力分析

赵筱阳，谢 颖

（1.湖南工程学院 基建处，湘潭411104；2.桂林理工大学 建筑与土木工程学院，桂林541004）

0 引 言

图1 湖南工程学院体育馆

湖南工程学院建校60周年华诞盛大庆典刚刚落下帷幕，作为此次庆典活动的主会场－－湖南工程学院体育馆（如图1所示），以其恢弘的气势，给参加庆典的各级政府领导和来宾留下了深刻的印象.体育馆包括1个主赛场，6个训练馆及若干办公辅助用房.能满足举办篮球体育赛事、文化娱乐及表演活动等多功能用途.总建筑面积为11110m2.拥有3100座位，并可容纳4000人集会.屋盖结构横向由不等高的三跨所组成：其中中间主跨跨度为33.6 m，是一个弧形倒三角形的钢管桁架，凸出屋顶4.5 m，两侧的低跨则为跨度为15.9m的斜屋面，为坡度5%的网架结构，屋盖的周围纵向柱的距离为8.4 m.屋盖内的支座为无柱支撑，主跨拱形钢管桁架支座为42m的大跨度立体桁架.拱形桁架拱顶的标高为23.65m，支座的标高为19.10m，两侧低跨网架结构的支座为周边框架柱和42m的大跨度立体桁架，其檐口标高为15.30m.

1 湖南工程学院体育馆屋面（虹吸）压力流雨水系统介绍

体育馆屋面雨水采用（虹吸）压力流雨水排水系统，按重现期P＝10年，降雨历时t＝5min计算降雨强度，屋面外围设置不锈钢天沟，天沟长72m，宽500mm，高300mm，位置为外围边缘往里缩1000 mm，以便铝塑板底板封檐和屋面板连成整体.图2为体育馆屋面（虹吸）压力流雨水排水系统平面布置示意图.

图2 体育馆排水系统平面示意图

虹吸式雨水系统承担的屋面总汇水面积为10100m2，系统总设计排水量为800.93L／s，（虹吸）压力流雨水排水系统分为四个区，分别为S1、S2、S3和S4，共采用7个立管系统，杭州洞庭科技有限公司生产的不锈钢（虹吸）压力流雨水斗28个（5个YT－75，15个YT－90，8个YT－110），雨水斗均布于钢天沟内.分区及其对应的立管和雨水斗数目见下表1，其中立管HYL－1上连接5个雨水斗，HYL－3上连接3个雨水斗，其余立管上均连接4个雨水斗，HYL－4、HYL－6分别与HYL－5、HYL－7对称.空气挡板采用铝合金.

表1 体育馆屋面汇水分区

湘潭市尚无具体的暴雨强度公式，根据地理位置及降雨情况的相似性，采用株洲市暴雨强度公式算.屋面虹吸雨水系统降雨强度采用10年重现期降雨强度设计（降雨历时5分钟），采用50年重现期降雨强度校核（降雨历时5分钟），并按50年重现期降雨强度设置溢流口.重现期10年，t＝5min时，q＝792.71L／（s·104m2）；重现期50年，t＝5min时，q＝1062.65L／（s·104m2）.

2 S2区中HYL－2系统的水力分析

表2 雨水斗的额定流量与斗前水深

汇水分区S2若选用重力流排水系统，需要14个DN100的87型雨水斗（查表2知该型号雨水斗额定流量为12L／s），14根排水立管（重力流系统每根立管上只连接一个雨水斗），体育馆内地下需设置排水沟才能解决此排水问题.而采用虹吸压力流雨水系统后，仅需要用7个De90型（虹吸）压力流雨水斗（26L／s）、2根排水立管就可以直接将此汇水分区内雨水排至室外.每个雨水斗分配的流量为25.153L／s，其中立管 HYL－2布置4个（虹吸）压力流雨水斗，管段1－2、12－13、14－15和16－17与雨水斗同管径De90.湖南工程学院体育馆虹吸雨水HYL－2系统图见图3.0.330（m）；

图3 体育馆虹吸雨水HYL－2系统图

以管段1－2为例计算如下：

查相应的压力流雨水排水系统水力计算图表，得流速v＝1．47m／s；

总损失h＝hj＋hf＝0．330＋0．135＝0．465（m）；

表3 虹吸雨水HYL－2屋面雨水计算

最大水头损失路径11－10－9－8－7－6－17－16，可用高差18.80m，总损失18.51mH2O，剩余压头0.29mH2O；最小水头损失路径11－10－9－8－7－6－5－4－13－12，可用高差18.80m，总损失18.27mH2O，剩余压头0.53mH2O.要求最大平衡误差0.51m，计算最大平衡误差0.24m，满足工程要求.悬吊管流速＞1.0m／s，立管流速＞2.2 m／s.满足虹吸压力流雨水排水系统水力计算相关要求.

3 汇水分区3中HYL－4系统的水力分析

汇水分区3若选用重力流排水系统，那么它需要21个87型雨水斗，21根排水立管；采用虹吸压力流雨水系统仅需要8个De110型（虹吸）压力流雨水斗，2根排水立管就可以直接将此汇水分区内雨水排至室外.湖南工程学院体育馆虹吸雨水HYL－4系统图见图4，水力计算数值见表4.

图4 体育馆虹吸雨水HYL－4系统图

表4 虹吸雨水HYL－4屋面雨水计算

6－7 164.14 0.9 250 6.133 0.142 0.9 1.853 －3.338 7－8 164.14 11.3 250 3.923 0.048 0.8 1.171 －4.059 8－9 164.14 17.7 200 6.133 0.142 0.15 2.489 －6.363 9－10 164.14 5 250 2.471 0.016 0 0.071 1.081（1.009）11－12 41.035 1 110 2.398 0.032 2.9 0.882 0 12－4 41.035 0.7 125 2.398 0.032 1 0.312 －0.176（－0.488）13－14 41.035 1 110 3.923 0.107 1.7 1.387 0 14－5 41.035 0.7 110 2.398 0.032 1 0.312 －1.019（－1.331）15－16 41.035 1 110 3.923 0.107 2.8 2.303 0 16－6 41.035 0.7 110 2.398 0.032 1 0.312 －1.597（－1.909）

最大水头损失路径10－9－8－7－6－16－15，可用高差18.70m，总损失17.57mH2O，剩余压头1.13mH2O；最小水头损失路径10－9－8－7－6－5－4－12－11，可用高差：18.70m，总损失17.35 mH2O，剩余压头1.35mH2O.要求最大平衡误差0.51m，计算最大平衡误差0.22m，满足工程要求.悬吊管流速＞1.0m／s，立管流速＞2.2m／s.满足虹吸压力流雨水排水系统水力计算相关要求.

4 结束语

目前大多数的建筑设计更多地是考虑外立面的美观漂亮和施工的方便以及如何增加建筑物的使用寿命和面积等情况，传统的重力雨水排水系统的应用进一步受到限制，已经难于满足当今的设计理念.（虹吸）压力流排水系统具有造价低、荷载小、排水能力强等特点，其在大型公共建筑的屋面排水设计中的应用将会日益广泛，而在复杂的屋面雨水排水系统设计中，手工计算耗时久，且误差较大.因此，建议根据规范标准中各参数的要求，编制一套（虹吸）压力流雨水排水系统的水力计算程序，可大大提高设计效率并获得更为准确的结果.

[1]赵筱阳.（虹吸）压力流雨水排水系统在大型体育场馆屋面中的应用研究：[湖南大学工程硕士学位论文].长沙：湖南大学，2011.

[2]孙 瑛.压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统水力计算[J].给水排水，2002，28（1）：77－81.

[3]上海市城乡建设和管理委员会.建筑给水排水设计规范GB50015－2003[S].上海：中国计划出版社，2010：70－72.

[4]同济大学建筑设计研究院.虹吸式屋面雨水排水系统技术规程CECS183－2005[S].上海：中国计划出版社，2005：8－9.

[5]傅德熏，马延文.计算流体力学[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6]陈小银，王文海，林增玉.雨水斗排水过程的数值模拟[J].给水排水，2007，33（z1）：288－291.

[7]徐志通，童 球.压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统的设计与应用[J].给水排水，2002，28（6）：48.

[8]丁 淳.压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统设计问题探讨[M].给水排水，2010，36（2）：71－73.