1.問題的提出

隨著現(xiàn)代建筑日新月異的發(fā)展，建筑屋面的造型千姿百態(tài)豐富多彩，隨之帶來了屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題。屋面雨水排水系統(tǒng)有重力式排水系統(tǒng)和虹吸式排水系統(tǒng)。合理的設(shè)計(jì)屋面雨水排水系統(tǒng)首先需要準(zhǔn)確的計(jì)算雨水量。在雨水量計(jì)算時(shí)，應(yīng)按照《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范的規(guī)定或給水排水設(shè)計(jì)手冊的計(jì)算公式選取參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。但是，由于參數(shù)選取不當(dāng)將會造成雨水量計(jì)算不準(zhǔn)確，造成在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)屋面雨水來不及排除發(fā)生溢流或者是雨水管道管徑偏大系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，尤其是當(dāng)采用需要精確計(jì)算雨水量的虹吸式排水系統(tǒng)，如果雨水量計(jì)算過大，不是偏安全，反而造成虹吸形成時(shí)間滯后。因此，準(zhǔn)確的計(jì)算雨水量有賴于計(jì)算公式和參數(shù)的選取。

2.比較設(shè)計(jì)雨水量計(jì)算公式

2.1《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 (50015-2003)第4.9節(jié)設(shè)計(jì)雨水流量公式:

    q_y=q_jΨF /10000  (式2.1)

式中q_y?設(shè)計(jì)雨水流量(L/s);

    q_j--設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度(L/s • ha);
        Ψ--徑流系數(shù);

    F--匯水面積(m²)

2.2《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水》 (2003年版)第五章雨水量計(jì)算公式:

    q_y=k_lΨq_jF   (式2.2)

式中q_y--屋面雨水設(shè)計(jì)流量(L/s)

    k_l--流量校正系數(shù)，對于大于2.5%的屋面，取1.2~1.5.室外地面和其余屋面，取1 ;

    Ψ--徑流系數(shù);

    q_j--設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度(L/s?m²);

    F--匯水面積(100 m²);

2.3高等學(xué)校推薦教材《建筑給水排水工程)(第四版)第7章第3節(jié)雨水量計(jì)算公式:

    q_y =k_lΨq₅/10000 (式2.3)

式中q_y--屋面雨水設(shè)計(jì)流量(Lis)

    k_l--設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為一年時(shí)的屋面渲泄能力系數(shù)，屋面坡度小于2.5%時(shí)，取1.0.屋面坡

度大于等于2.5%時(shí)，取1.5~2.0;

    Ψ--徑流系數(shù);

    q₅--當(dāng)降雨歷時(shí)為5min時(shí)的暴雨強(qiáng)度(L/ s • 10000 m²);

    F--匯水面積(m²);

2.4《建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊》(中國建筑工業(yè)出版社)第4章屋面雨水流量計(jì)算公式:

    q_y=k_lFH/3600 (式2.4)

式中q_y--屋面雨水流量(L/s);

     H--設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度(L/s • ha);

     k_l--考慮重現(xiàn)期為一年和屋面蓄積能力系數(shù)，屋面坡度小于2.5%時(shí)，取1. 0，屋面坡度大于等于2. 5%時(shí)，取1. 5~2. 0;

     F--匯水面積(m²);

比較上述列出的四個(gè)版本的計(jì)算公式可見不同之處在于“k”系數(shù)和徑流系數(shù)“Ψ”。式2.1中沒有“k”系數(shù)，式2.2中“k”系數(shù)與屋面坡度有關(guān)，與設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P無關(guān)，而在式2.3、式2.4中“k”系數(shù)與屋面坡度有關(guān)，與設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P的年限有關(guān)，只有當(dāng)重現(xiàn)期為1年時(shí)才考慮“k”系數(shù)，當(dāng)重現(xiàn)期大于1年時(shí)不用考慮“k”系數(shù)。

3.分析思考

3.1以上海地區(qū)為例按上述公式進(jìn)行計(jì)算，假如某建筑屋面的匯水面積為10000 m²，屋面坡度大于 2.5%，徑流系數(shù)取0.9(參照《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.9.6)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為5年，5min的暴雨強(qiáng)度q₅=529(L/s? ha)，雨水量計(jì)算結(jié)果見表一:

從表一中可以看出，不同的計(jì)算公式和參數(shù)對同一個(gè)屋面而言，得出不同的雨水量計(jì)算結(jié)果。

以上海地區(qū)暴雨強(qiáng)度強(qiáng)度公式: q=167*[17.812+14.668logP/(t+10.472)^0.796](L/s • ha)復(fù)核表一中式2. 2計(jì)算結(jié)果，計(jì)算得出當(dāng)重現(xiàn)期為50年，5min的暴雨強(qiáng)度q₅=809L/s • ha，與式2.2計(jì)算得出的793L/s接近，即按式2.2計(jì)算結(jié)果約為按式2.1計(jì)算的重現(xiàn)期為50年的雨水量。如果取設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為10年，5min的暴雨強(qiáng)度q₅=613L/s • ha，按式2.1計(jì)算雨水量為613L/s;按式2.2計(jì)算，k_l取值為1.5，雨水量為920L/s，雨水量增加了1.5倍，相當(dāng)于按式2.1計(jì)算的重現(xiàn)期為150年的雨水量938L/s。雨水量增加所帶來的問題不僅僅是增加了雨水管道的數(shù)量和排水管道的直徑，而對于采用虹吸式排水系統(tǒng)而言帶來的是不安全的因素。從屋面排水虹吸形成的發(fā)展過程和水量來分析，當(dāng)降雨量未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，管道內(nèi)難以形成滿流狀態(tài)，難以產(chǎn)生虹吸作用。久而久之，排水管道內(nèi)將被淤泥、垃圾所阻塞，造成排水不暢，影響排水效果。

經(jīng)分析比較，筆者認(rèn)為式2.1是合理的，雨水量計(jì)算不應(yīng)考慮k系數(shù)。但是在工程設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)不同類型的建筑物、屋面面層的材料、天溝的造型和天溝設(shè)置位置、采用的排水方式、經(jīng)濟(jì)造價(jià)等因素，進(jìn)行比選和分析，參照《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中表4.9.5的規(guī)定選用設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P.做到合理、安全的設(shè)計(jì)雨水排水系統(tǒng)。

3.2隨著建筑材料的不斷發(fā)展，建筑屋面的表面層材料多種多樣，在《屋面工程技術(shù)規(guī)范》中屋面分類有:卷材防水屋面(瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材)、涂膜防水屋面(高聚物改性瀝青防水涂膜、合成高分子防水涂膜、聚合物水泥防水涂膜)、剛性防水屋面(普通細(xì)石混凝土防水層、補(bǔ)償收縮混凝士防水層、鋼纖維混凝土防水層)、保溫隔熱屋面(架空屋面、蓄水屋面、種植屋面、倒置屋面)、瓦屋面(平瓦屋面、油氈瓦屋面、金屬板材屋面〉等，各種屋面表面的徑流、滲水情況是不同的，所以徑流系數(shù)不能簡單的一概而論。《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.9.6中給出各種屋面的徑流系數(shù)為0.9.筆者認(rèn)為不夠全面，應(yīng)根據(jù)不同的屋面材料分別列出徑流系數(shù)，使設(shè)計(jì)依據(jù)更充分、更可靠。

例如，在現(xiàn)代的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，采用金屬屋面的建筑物漸多，一般在金屬屋面的表面涂有涂層，屋面面層光滑，雨水在面層上快邊流淌至天溝，沒有積水和滲流，在這種情況下.筆者認(rèn)為屋面的徑流系數(shù)應(yīng)該取1.0。尤其是當(dāng)屋面匯水面積較大時(shí)，設(shè)計(jì)雨水量乘以0.9的系數(shù)，雨水量減少了10%，相應(yīng)減少了雨水管道數(shù)量或者雨水管道的管徑，在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)，容易發(fā)生溢水現(xiàn)象。

3.3以上海地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式q=167* [17.812+14. 668 log P/(t+10. 472) ^{0. 796}]為例，式中有設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P和屋面集水時(shí)間t. 2個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的取值在前面己有敘述不再重復(fù):屋面集水時(shí)間t的取值，在《建筑給水排水工程》（高等學(xué)校推薦教材第四版）第7章中描述為:我國推導(dǎo)暴雨強(qiáng)度公式所需實(shí)測降雨資料的最小時(shí)段為5min.所以屋面集水時(shí)間按5min計(jì)算。但是，筆者認(rèn)為當(dāng)屋面天溝位置設(shè)計(jì)恰當(dāng)，屋面雨水可以快速流淌至天溝，集水時(shí)間不一定需要5min時(shí)間。同一重現(xiàn)期P下，采用不同屋面集水時(shí)間，得出不同的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，見表二:

從表中可以發(fā)現(xiàn)t值越小. q值越大，用重現(xiàn)期--降雨強(qiáng)度曲線圖表示，見圖一。

由此，筆者大膽設(shè)想，針對不同的屋面實(shí)際情況，是否可以采用不同的屋面集水時(shí)間的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度計(jì)算雨水量?

上述是筆者在實(shí)際工程設(shè)計(jì)工作中遇到的種種問題引出的思考，還需要通過試驗(yàn)來測試來得出數(shù)據(jù)。

4.結(jié)語

設(shè)計(jì)人員在屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該對各個(gè)不同的工程項(xiàng)目的一般性和特殊性進(jìn)行分析，確定計(jì)算公式中的設(shè)計(jì)參數(shù)，不能簡單的悲當(dāng)然的取值，避免造成排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理和不安全。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在屋面雨水排水設(shè)計(jì)中還有許多工作值得去進(jìn)一步研究、探討。

以上論點(diǎn)如有不當(dāng)之處，請專家批評指正。