1、大屋面虹吸雨水排水系統技術摘要：A380機庫工程，屋面面積約40000，雨水排水系統采用虹吸排水系統，本文就虹吸排水系統采用、設計與施工進行了闡述，總結了虹吸排水系統設計與施工經驗，為虹吸排水系統進一步推廣使用積累了經驗。核心詞：屋面排水 虹吸排水1.工程概況A380機庫是當前亞洲最大機庫，是某機場航站樓配套工程。機庫從起興建，總建筑面積超過64285萬平方米，可容納6架A380同步維修。整個屋面設立了3道南北向通長天溝，提成了3個大匯水分區，共采用了232個雨水斗。單條天溝長約353m，內設立有四套虹吸系統，屋面總匯水面積約為40832。2.工程特點、難點2.1機庫屋面面積大，總匯水面積大本
2、工程屋面總匯水面積約為40832，屋面分為3個大匯水分區，屋面總匯水量和各分區匯水量都較大。2.2管道地面安裝，網架提高過程中變形問題A380機庫虹吸雨水懸吊管是在地面上安裝完畢之后隨屋面網架一起吊裝就位，因而存在管道隨著網架下饒變形問題，須防止產生倒坡。2.3工程工期緊，主管懸吊方式采用下吊式本工程排水管道系統是在網架屋蓋安裝完畢之后，作提高準備這段時間中完畢安裝，因而工期非常緊，為了節約工期，經認真驗算，最后采用了主管下吊式懸吊。2.4虹吸排水系統由于虹吸作用管道產生振動作用虹吸排水系統由于虹吸作用，管內水流速較高，對管壁有較好沖刷干凈作用，但同步會在管道產生一定沖擊振動力，在設計和施工中
3、要特別注意，特別是管接頭。3.設計方案3.1系統原理及形成圖解闡明3.1.1虹吸屋面雨水排水系統是在滿流條件下運用伯諾里方程式，通過周密水力計算，充分運用屋面和地面高差產生能量形成虹吸作用，迅速將屋面雨水排至室外。3.1.2虹吸雨水斗是系統構成核心部件，獨特設計虹吸雨水斗帶有反渦流裝置在設計條件下，進水漩渦被破壞，進入系統雨水在設計條件下呈現水滿流狀態。3.1.3屋面雨水匯集，在系統管道內形成虹吸幾種流態圖解如下：附壁流波浪流泡沫流滿管流3.1.4 虹吸屋面雨水排放系統技術優勢：懸吊管接入雨水斗數量增多，在滿水力計算規定下，接入雨水斗數量不受限制，從而減少了立管數量。懸吊管不需設坡度，安裝規定
4、空間小，適合顧客規定，有助于設計和施工。減少與室外管道連接和埋地管數量?？沙浞诌\用屋面與地面排出管高度差形成位能，提高管內流速減小管徑。因管內流速提高，系統能有較好自清作用。3.2系統設計3.2.1參數擬定設計重現期P及相應5min暴雨強度q5（北京地區）：設計重現期：P q50.0585 L/s溢流重現期：P50年q50.0768 L/s屋面雨水徑流系數：1.03.2.2 系統設計A380屋面總匯水面積約為40832，屋面分為3個大匯水分區，單條天溝長度約為353m，每條天溝內設有4套虹吸系統，總排水雨量為2388.67 L/s，采用YG50A型雨水斗232個，共采用12個虹吸系統，受立管數
5、量限制，每條天溝設立了4個雨水立管，單個系統中雨水斗數最多為20個，由于系統中雨水斗數量較多，為了便于系統壓力平衡，將負壓值較大一端雨水斗用次懸吊管連接，然后依次接入主懸吊管中。如圖1所示： 圖1 虹吸系統示意圖3.3 系統配件構成3.3.1 虹吸式雨水斗虹吸雨水斗是一項新技術，專利產品,該系列雨水斗是通過國家計量院認證產品，單斗最大流量分別從6L/s120 L/s之間，合用于各類工程屋面。雨水斗斗體采用304不銹鋼板沖壓成型，反渦流裝置及導流罩采用硅鋁合金精密鍛造，其緊固螺栓均采用不銹鋼制作，出水短管管材材質選用不銹鋼，其壽命可達50年以上。為了使屋面雨水及時得、更好得排走，本工程使用了潛水
6、深僅為40mm、最大排量為12L/sYG50A型雨水斗。虹吸雨水斗經防堵性能測試，其系統抽吸能力強，不會產生堵塞現象。3.3.2 管材雨水支管及懸吊管采用不銹鋼管，埋地管采用球墨鑄鐵管。不銹鋼管之間采用氬弧焊接，管道焊縫采用專用清洗膏體清洗，不銹鋼管與球墨鑄鐵管之間采用專用法蘭連接。3.4 水力計算虹吸雨水系統設計是建立在滿管流基本上，故而水力計算采用伯諾里方程式。水頭損失分為兩類：對于平順邊界，水頭損失與流程成正比稱為沿程水頭損失，用hf表達；由局部邊界急劇變化導致水流構造變化、流速分布變化并產生旋渦區而引起水頭損失稱為局部水頭損失，用hj表達。伯諾里方程：水頭損失計算辦法：總水頭損失hw=
7、 hf + hjhf=RL-沿程阻力損失，R-單位長度阻力損失，L-管長依照給水排水設計規范GB50015壓力流方程式，采用海曾威廉公式：Q- 流量， C-摩阻系數，dj-管道計算內徑，hj-局部阻力損失系統每一點壓力計算公式：3.5系記錄算闡明3.5.1懸吊管與雨水斗出口高差應不不大于1m。3.5.2懸吊管設計流速不適當不大于1m/s，保證懸吊管內無淤泥。3.5.3管道內最大負壓值應不大于0.08Mpa。3.5.4各節點壓力差值不超過0.1Mpa，能滿足壓力平衡規定。3.5.5懸吊管流速不不大于1.0m/s,立管流速不不大于2.2m/s。排水管系出口流速不適當不不大于2.5 m/s。4.工程
8、施工4.1對沉降問題解決A380機庫整個網架是在地面上安裝完畢之后整體吊裝而成，故虹吸雨水懸吊管也是在地面上安裝完畢之后隨屋面網架一起吊裝，這就存在著一種沉降問題，管道在地面上安裝完畢之后，吊至屋面后由于管道自身重力和網架下撓變形，懸吊管有些部位會浮現倒坡現象，在施工之前，我司就提出了這個問題，并與設計院及甲方聯系，獲得各個吊點沉降量后，通過計算，對各個吊點支架長度進行調節，使得懸吊管在整體吊裝完畢后可以基本保持水平，達到更好排水效果。4.2 管道焊接A380機庫網架構造較復雜，網架面積較大，因而管道焊接有著很大難度，通過方案優化，最后選取了在網架一端設立一種焊接臺，將兩根管道焊接好后，沿著支
9、架方向向網架另一端挪動，然后第三根管道與第二根管道焊接，依次而行，最后順利完畢了管道焊接。4.3管道吊裝3.3.1主懸吊管懸吊方式采用下吊方式，次懸吊管懸吊方式采用上托方式，如圖2和圖3所示。 圖2 水平懸吊管斷面圖 圖3 雨水管道支架圖由于項目工期較緊，在保證安全前提下，本工程采用主懸吊管下吊方式，使得項目如期完畢。4.3.2 DN300管道支架加密為了減輕吊點荷載，對于DN300管道，采用管道支架加密方式，如圖4所示。采用圖示加密懸吊方式在很大限度上減輕了吊點荷載。圖4 DN300管道支架加密圖4.4螺紋牙強度計算4.4.1計算公式外螺紋計算公式： （公式1） （公式2）內螺紋計算公式：
10、（公式3） （公式4）其中：Fw最大軸向外載荷（N）；d1外螺紋小徑（mm）；b螺紋牙根部寬度（mm） Z螺紋牙齒數；D內螺紋大徑；牙型普通螺紋梯形螺紋330鋸齒形螺紋矩形螺紋b0.87P0.65P0.74P0.5P其中：P螺距（mm）；h螺紋牙工作高度（mm）； kz載荷不均系數內，外螺紋均為鋼時d/P9kz =5P/d外螺紋為鋼，內螺紋為鋁d/p8kz =6P/dd/P=916kz =0.56d/p=816kz =0.75其中：螺紋材料許用切應力（MPa） 螺紋材料許用彎曲應力（MPa）。注：內外螺紋材料相似時，只校核外螺紋強度。4.4.2計算過程 管卡材質參數擬定：虹吸雨水工程所用管卡鋼
11、材材質為普通Q235鋼，查表可知：許用彎曲應力=158MPa ，許用剪切應力=98MPa ，許用擠壓應力p=240MPa最大靜止荷載擬定：取最不利狀況，以3m2733.5和3m3253.5管道為例（273管道支架間距為6m，325管道支架間距為3m，壁厚均為3.5mm）。管道凈重： 2733.5：23.262kg/m； 3253.5：27.751kg/m管內水重：273管內每延米水重：3.14*(273/2)2/1000=58.51 kg/m325管內每延米水重3.14*(325/2)2/1000=82.92 kg/m故單個管卡最大豎向靜止荷載為：（23.262+27.751+58.51+82
12、.92）*3*9.8=5657.84 N管卡尺寸參數擬定虹吸雨水工程159以上管卡均采用14圓鋼，159及如下管卡均采用12圓鋼，所有管卡均為工廠定制加工件。依照GB00196-可查14圓鋼螺紋參數如下：大徑D=14mm，螺距P=1.5mm，小徑d1=12.376mm可用螺紋長度取9mm，則可用螺紋牙次數Z=9/1.5=6D/P=14/1.5=9.333，載荷不均系數kz =1.5*5/14=0.5357螺紋工作高度h=D-d1=1.624mm螺紋根部寬度b=0.87P=1.305代入計算由于管卡每個頭都接雙螺母固定，因而作用到每個螺母上荷載為：Fw =5657.84/4=1414.46N=9
13、8MPa=158MPa因而雖然考到管道振動時荷載，螺紋牙強度也足夠大，完全在安全范疇內。5.結論A380機庫屋面虹吸排水工程已竣工，通過多次大雨考驗，能將雨水及時、順暢排出，為機庫雨汛期安全提供了有效保障。同步在采用虹吸排水時，本工程提供了某些經驗可在此后工程中借鑒。5.1大面積屋面雨水排水采用虹吸系統可以有效較少排水系統立管數，排水效果較好。5.2虹吸雨水排水系統管道內水流速較快，對管道有較大沖刷作用，對管道有較好沖刷干凈作用，但同步也對管道產生一定振動力，管道要進行抗壓力設計。5.3本工程雨水管道系統是隨屋面網架一道地面安裝整體提高就位，因而在安裝過程中不但是要考慮管道自身重力變形，還必要考慮網架提高過程下撓。
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