1、大屋面虹吸雨水排水系统技术摘要：A380机库工程，屋面面积约40000，雨水排水系统采用虹吸排水系统，本文就虹吸排水系统采用、设计与施工进行了阐述，总结了虹吸排水系统设计与施工经验，为虹吸排水系统进一步推广使用积累了经验。核心词：屋面排水 虹吸排水1.工程概况A380机库是当前亚洲最大机库，是某机场航站楼配套工程。机库从起兴建，总建筑面积超过64285万平方米，可容纳6架A380同步维修。整个屋面设立了3道南北向通长天沟，提成了3个大汇水分区，共采用了232个雨水斗。单条天沟长约353m，内设立有四套虹吸系统，屋面总汇水面积约为40832。2.工程特点、难点2.1机库屋面面积大，总汇水面积大本
2、工程屋面总汇水面积约为40832，屋面分为3个大汇水分区，屋面总汇水量和各分区汇水量都较大。2.2管道地面安装，网架提高过程中变形问题A380机库虹吸雨水悬吊管是在地面上安装完毕之后随屋面网架一起吊装就位，因而存在管道随着网架下饶变形问题，须防止产生倒坡。2.3工程工期紧，主管悬吊方式采用下吊式本工程排水管道系统是在网架屋盖安装完毕之后，作提高准备这段时间中完毕安装，因而工期非常紧，为了节约工期，经认真验算，最后采用了主管下吊式悬吊。2.4虹吸排水系统由于虹吸作用管道产生振动作用虹吸排水系统由于虹吸作用，管内水流速较高，对管壁有较好冲刷干净作用，但同步会在管道产生一定冲击振动力，在设计和施工中
3、要特别注意，特别是管接头。3.设计方案3.1系统原理及形成图解阐明3.1.1虹吸屋面雨水排水系统是在满流条件下运用伯诺里方程式，通过周密水力计算，充分运用屋面和地面高差产生能量形成虹吸作用，迅速将屋面雨水排至室外。3.1.2虹吸雨水斗是系统构成核心部件，独特设计虹吸雨水斗带有反涡流装置在设计条件下，进水漩涡被破坏，进入系统雨水在设计条件下呈现水满流状态。3.1.3屋面雨水汇集，在系统管道内形成虹吸几种流态图解如下：附壁流波浪流泡沫流满管流3.1.4 虹吸屋面雨水排放系统技术优势：悬吊管接入雨水斗数量增多，在满水力计算规定下，接入雨水斗数量不受限制，从而减少了立管数量。悬吊管不需设坡度，安装规定
4、空间小，适合顾客规定，有助于设计和施工。减少与室外管道连接和埋地管数量。可充分运用屋面与地面排出管高度差形成位能，提高管内流速减小管径。因管内流速提高，系统能有较好自清作用。3.2系统设计3.2.1参数拟定设计重现期P及相应5min暴雨强度q5（北京地区）：设计重现期：P q50.0585 L/s溢流重现期：P50年q50.0768 L/s屋面雨水径流系数：1.03.2.2 系统设计A380屋面总汇水面积约为40832，屋面分为3个大汇水分区，单条天沟长度约为353m，每条天沟内设有4套虹吸系统，总排水雨量为2388.67 L/s，采用YG50A型雨水斗232个，共采用12个虹吸系统，受立管数
5、量限制，每条天沟设立了4个雨水立管，单个系统中雨水斗数最多为20个，由于系统中雨水斗数量较多，为了便于系统压力平衡，将负压值较大一端雨水斗用次悬吊管连接，然后依次接入主悬吊管中。如图1所示： 图1 虹吸系统示意图3.3 系统配件构成3.3.1 虹吸式雨水斗虹吸雨水斗是一项新技术，专利产品,该系列雨水斗是通过国家计量院认证产品，单斗最大流量分别从6L/s120 L/s之间，合用于各类工程屋面。雨水斗斗体采用304不锈钢板冲压成型，反涡流装置及导流罩采用硅铝合金精密锻造，其紧固螺栓均采用不锈钢制作，出水短管管材材质选用不锈钢，其寿命可达50年以上。为了使屋面雨水及时得、更好得排走，本工程使用了潜水
6、深仅为40mm、最大排量为12L/sYG50A型雨水斗。虹吸雨水斗经防堵性能测试，其系统抽吸能力强，不会产生堵塞现象。3.3.2 管材雨水支管及悬吊管采用不锈钢管，埋地管采用球墨铸铁管。不锈钢管之间采用氩弧焊接，管道焊缝采用专用清洗膏体清洗，不锈钢管与球墨铸铁管之间采用专用法兰连接。3.4 水力计算虹吸雨水系统设计是建立在满管流基本上，故而水力计算采用伯诺里方程式。水头损失分为两类：对于平顺边界，水头损失与流程成正比称为沿程水头损失，用hf表达；由局部边界急剧变化导致水流构造变化、流速分布变化并产生旋涡区而引起水头损失称为局部水头损失，用hj表达。伯诺里方程：水头损失计算办法：总水头损失hw=
7、 hf + hjhf=RL-沿程阻力损失，R-单位长度阻力损失，L-管长依照给水排水设计规范GB50015压力流方程式，采用海曾威廉公式：Q- 流量， C-摩阻系数，dj-管道计算内径，hj-局部阻力损失系统每一点压力计算公式：3.5系记录算阐明3.5.1悬吊管与雨水斗出口高差应不不大于1m。3.5.2悬吊管设计流速不适当不大于1m/s，保证悬吊管内无淤泥。3.5.3管道内最大负压值应不大于0.08Mpa。3.5.4各节点压力差值不超过0.1Mpa，能满足压力平衡规定。3.5.5悬吊管流速不不大于1.0m/s,立管流速不不大于2.2m/s。排水管系出口流速不适当不不大于2.5 m/s。4.工程
8、施工4.1对沉降问题解决A380机库整个网架是在地面上安装完毕之后整体吊装而成，故虹吸雨水悬吊管也是在地面上安装完毕之后随屋面网架一起吊装，这就存在着一种沉降问题，管道在地面上安装完毕之后，吊至屋面后由于管道自身重力和网架下挠变形，悬吊管有些部位会浮现倒坡现象，在施工之前，我司就提出了这个问题，并与设计院及甲方联系，获得各个吊点沉降量后，通过计算，对各个吊点支架长度进行调节，使得悬吊管在整体吊装完毕后可以基本保持水平，达到更好排水效果。4.2 管道焊接A380机库网架构造较复杂，网架面积较大，因而管道焊接有着很大难度，通过方案优化，最后选取了在网架一端设立一种焊接台，将两根管道焊接好后，沿着支
9、架方向向网架另一端挪动，然后第三根管道与第二根管道焊接，依次而行，最后顺利完毕了管道焊接。4.3管道吊装3.3.1主悬吊管悬吊方式采用下吊方式，次悬吊管悬吊方式采用上托方式，如图2和图3所示。 图2 水平悬吊管断面图 图3 雨水管道支架图由于项目工期较紧，在保证安全前提下，本工程采用主悬吊管下吊方式，使得项目如期完毕。4.3.2 DN300管道支架加密为了减轻吊点荷载，对于DN300管道，采用管道支架加密方式，如图4所示。采用图示加密悬吊方式在很大限度上减轻了吊点荷载。图4 DN300管道支架加密图4.4螺纹牙强度计算4.4.1计算公式外螺纹计算公式： （公式1） （公式2）内螺纹计算公式：
10、（公式3） （公式4）其中：Fw最大轴向外载荷（N）；d1外螺纹小径（mm）；b螺纹牙根部宽度（mm） Z螺纹牙齿数；D内螺纹大径；牙型普通螺纹梯形螺纹330锯齿形螺纹矩形螺纹b0.87P0.65P0.74P0.5P其中：P螺距（mm）；h螺纹牙工作高度（mm）； kz载荷不均系数内，外螺纹均为钢时d/P9kz =5P/d外螺纹为钢，内螺纹为铝d/p8kz =6P/dd/P=916kz =0.56d/p=816kz =0.75其中：螺纹材料许用切应力（MPa） 螺纹材料许用弯曲应力（MPa）。注：内外螺纹材料相似时，只校核外螺纹强度。4.4.2计算过程 管卡材质参数拟定：虹吸雨水工程所用管卡钢
11、材材质为普通Q235钢，查表可知：许用弯曲应力=158MPa ，许用剪切应力=98MPa ，许用挤压应力p=240MPa最大静止荷载拟定：取最不利状况，以3m2733.5和3m3253.5管道为例（273管道支架间距为6m，325管道支架间距为3m，壁厚均为3.5mm）。管道净重： 2733.5：23.262kg/m； 3253.5：27.751kg/m管内水重：273管内每延米水重：3.14*(273/2)2/1000=58.51 kg/m325管内每延米水重3.14*(325/2)2/1000=82.92 kg/m故单个管卡最大竖向静止荷载为：（23.262+27.751+58.51+82
12、.92）*3*9.8=5657.84 N管卡尺寸参数拟定虹吸雨水工程159以上管卡均采用14圆钢，159及如下管卡均采用12圆钢，所有管卡均为工厂定制加工件。依照GB00196-可查14圆钢螺纹参数如下：大径D=14mm，螺距P=1.5mm，小径d1=12.376mm可用螺纹长度取9mm，则可用螺纹牙次数Z=9/1.5=6D/P=14/1.5=9.333，载荷不均系数kz =1.5*5/14=0.5357螺纹工作高度h=D-d1=1.624mm螺纹根部宽度b=0.87P=1.305代入计算由于管卡每个头都接双螺母固定，因而作用到每个螺母上荷载为：Fw =5657.84/4=1414.46N=9
13、8MPa=158MPa因而虽然考到管道振动时荷载，螺纹牙强度也足够大，完全在安全范畴内。5.结论A380机库屋面虹吸排水工程已竣工，通过多次大雨考验，能将雨水及时、顺畅排出，为机库雨汛期安全提供了有效保障。同步在采用虹吸排水时，本工程提供了某些经验可在此后工程中借鉴。5.1大面积屋面雨水排水采用虹吸系统可以有效较少排水系统立管数，排水效果较好。5.2虹吸雨水排水系统管道内水流速较快，对管道有较大冲刷作用，对管道有较好冲刷干净作用，但同步也对管道产生一定振动力，管道要进行抗压力设计。5.3本工程雨水管道系统是随屋面网架一道地面安装整体提高就位，因而在安装过程中不但是要考虑管道自身重力变形，还必要考虑网架提高过程下挠。
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