摘要:本文针对多跨工业厂房从多个角度分析如何合理设计屋面雨水排水系统，分析了各种屋面雨水排水形式的优缺点和适用条件,总结屋面雨水排放方案的选择原则。
关键词:屋面雨水,重力流,虹吸压力流
随着我国国民经济的快速发展和生产工艺的日新月异,国内出现了许多大型钢结构工业厂房,该类厂房在建筑型式上一般表现为多跨联合轻钢结构,如图1所示。为减轻荷载、节约初期投资成本,一般使用压型钢板屋面,由于压型钢板与压型钢板之间、天沟与屋面的连接处均有搭接焊缝，当天沟内排水不畅时，天沟中的水位高度超过搭接焊缝，雨水就可能从搭接焊缝处渗入室内，引起屋面漏水，从而造成不必要的财产损失。因此，能否迅速及时地排除屋面雨水在大型多跨工业厂房设计中尤为重要。
笔者从事给排水设计工作六年多以来，遇到过一些上述类型的多跨工业厂房，为使屋面雨水排水系统设计在厂房使用期间达到良好的效果，需要精心设计和良好的沟通协调，现从以下几个方面谈谈自己的想法和体会。
1 关于压型钢板自防水屋面和卷材防水屋面的选择
多跨工业联合厂房屋面是否采用卷材防水屋面是在项目方案设计阶段应该确定的问题，这对设计屋面雨水排水系统的参数取值和排水方式至关重要。近年来，随着全球气候的变暖，百年一遇的暴雨经常不期而至，而工业厂房屋面的暴雨重现期一般设计为10年，这显然不能应对极端天气。通过大量的研究和实际项目经验证明，即使囿于初期投资成本的限制，钢结构屋面应优先选择卷材防水屋面，这样可以有效降低屋面雨水渗漏的风险。工程上可供选择的防水类型有PVC卷材、SBS卷材、TPO卷材等，可根据项目的投资情况选择。根据建筑防火规范的条文内涵，如果采用了卷材防水屋面，屋面雨水排水系统设计的暴雨强度和暴雨重现期可以选择较小值。反之，屋面设计暴雨强度应乘以1.5倍的安全系数。实际做项目的过程中，甲方一般对屋面雨水的问题重视度不够，给排水工程师即使及时提出了设计方的想法和设计理念，但往往由于增加了不少成本而不得不屈服于甲方的意志。到了厂房使用期间，一旦出现了超过设计暴雨重现期的雨水，极易引起厂房漏雨甚至屋面坍塌，由此带来的损失远远大于卷材防水屋面的投资成本。总之，在项目设计阶段应联合建筑专业努力说服甲方采用卷材防水屋面，而不要因小失大。
2 关于重力流外排水和重力流内排水系统的选择
从安全角度出发，所有建筑物屋面雨水排水应优先考虑采用外排水系统。外排水系统的优点在于：简单、经济、安全、便于施工维修。多跨工业联合厂房由于它特殊的形体和构造，外排水系统不能用于排除或者不能全部排除其屋面的雨水，这就需要采用内排水系统。内排水系统是外排水系统不能采用时一种替代办法，内排水系统存在诸多弊病：①内排水系统需要室内埋地管道和密闭式检查井，检修困难，检查井如果施工处理不好，会引起检查井冒水的情况;②埋地雨水管道管径较大，难免与结构基础发生冲突而引起埋深增加;③埋地管道要考虑通气;④如果采用悬吊管排水，管径大且需要一定的坡度，管道占用较大的空间，客观上会增加厂房高度。因而在最大的可能范围内应采用外排水系统，除非在外排水系统无法解决的区域内，方可采用内排水系统排除该区域内的屋面雨水。外排水和内排水系统虽一字之别，但在实际的工程设计中是由两个不同的专业设计人员来承担设计的，外排水系统由建筑专业设计，内排水系统则由给排水专业设计，这就为内、外排水系统的合理统一增加了难度。有时建筑专业的设计人员一看需内排水系统，就把自己应该设计的外排水部分全部推给给排水设计人，而如果给排水专业的设计人又不能说服与自己配合的建筑专业设计人，把本该外排水系统的内容纳入内排水系统中，必然产生一个不合理的屋面排水设计方案。我们应该说服建筑专业设计人员采用外排水系统解决所有可以用外排水系统排除的屋面雨水。而内排水系统仅解决那部分用外排水系统无法解决的屋面雨水排水。因此，要真正确定好设计方案，不仅仅纯属一个技术问题，还要学会与相关专业设计人员沟通合作。
3关于单斗系统和多斗系统的选择
《建筑给水排水设计规范》GB50015—2003(2009年版)规定:重力流雨水排水系统,宜采用单斗排水。当采用多斗排水时，悬吊管上连接的雨水斗不得多于4个。笔者认为在异天沟多斗系统中应严格控制雨水斗个数，实际上也等于严格控制同系统中的异天沟数。笔者认为多斗系统如在同天沟内以4个雨水斗为界无多大意义。因为对于同天沟多斗系统来说，天沟中雨水涌水高度的变化使雨水斗泄水量也随之变化，系统的总排水功能也随之增减。涌水高度增高，系统排水总量增加。而同天沟中各坡段的涌水高度在同一多斗系统区间应可相互调整到同一水平。所以斗的多少远近均不是主要因素，只要整个系统总排水量大于其所担负的汇水面积的雨水总量，而且该系统中雨水斗排水量亦大于总雨水量，多头系统区域就不会发生问题的。也就是说对于同天沟多斗系统，雨水斗总数多于4个是可行的。但仅限于同天沟系统。如异天沟系统雨水斗不得多于4个，而且单斗最好。
4 关于同天沟和异天沟系统的选择
上面已经指出，在多跨工业厂房的雨水内排水系统设计中，同天沟系统有很多优点：天沟中雨水高度到一定程度可各区段调整，从而消除各雨水斗基于其他原因而排水量不同的影响;悬吊管上多几个雨水斗也不会造成事故;即使悬吊管大点，一般同天沟系统悬吊管只能固定在承重柱上，因而稳定、安全;同天沟系统较异天沟系统容易安装、检修。通常多跨厂房，可设计成同天沟系统，也可设计成异天沟系统，有时两种系统总管材用量几乎相当，但基于上述优点，我们没有理由不首先采用同天沟排水系统。
5 关于悬吊管和埋地管的选择
雨水斗导入悬吊管经立管至户外，这是常常采用的设计系统，悬吊管架空敷设。如为异天沟系统，悬吊管一般沿屋架敷设固定;如为同天沟系统，悬吊管一般顺柱子轴线架空固定在柱子上。可在东北寒冷地区却要雨水管埋地敷设，笔者认为在这些地区埋地较为合理，埋地有防冻、检修方便等优点。但埋地系统耗费管材，不经济，有时还会发生顶脱井盖、雨水喷流而使业主蒙受损失。要避免事故，埋地系统设计时，暴雨重现期应大于10年，而且埋地管道的管径和坡度均应精确计算，还要留有余量和安全系数,同时应经常检修。
6 关于半有压流排水系统和虹吸(压力流)排水系统的选择
屋面雨水系统可按不同的流态设计，有压流态、无压流态和半有压流态(亦称过渡流态)，管道中的水流状态随管道进口顶部的水面深度而变化，水面深度则随降雨强度而变化。大型钢结构工业厂房多按照半有压流和有压流设计屋面雨水系统，因此无压流态，即重力流雨水系统不再详述。半有压流态是气水混合流态，主要采用65型和87型雨水斗，雨水斗之间标高位置要求较宽松，具有整流和顶板隔气的功能，在降雨过程中，管道内的流态依次表现为重力流、过渡流，甚至有压流，系统设计要预留余量，排除超设计流量雨水，因而管径较大，占用室内空间较大，但系统整体造价较低。相比而言，有压流态(虹吸)是单相流态，雨水斗采用虹吸雨水斗，具有整流(反涡流)和面板隔气的功能，雨水斗之间标高位置要求严格。在降雨过程中，管道内的流态依次表现为重力流、过渡流和有压流。系统设计要考虑溢流设施，超设计流量雨水无法进入系统，依赖溢流设施排除，屋面溢流频率比半有压流雨水系统频率高。虹吸雨水系统，管径较小，占用室内空间较小，管材耗用省。系统的水力计算较复杂，整体造价较高。
一般建筑屋面和长天沟外排水采用65型或87型雨水斗屋面雨水系统，其经济性优于其他系统。厂房、库房或公共建筑的大型屋面，尤其当雨水悬吊管受到室内空间限制时，优选虹吸式雨水系统。87斗雨水系统一根悬吊管连接的雨水斗数量不应超过4个，这一点虹吸雨水系统也优于87型雨水斗屋面雨水系统。在实际工程中，遇到过一些扩建厂房与现有厂房接建的情况，新旧厂房搭接成M形的大型屋面，搭接处设置一条天沟，接收分别来自新旧厂房的屋面雨水。这种情况下，雨水量较大，如果采用87型雨水斗屋面雨水系统，管径会较大，笔者多采用虹吸屋面雨水收集系统，悬吊管管径较小，管道敷设坡度小，可以节省室内空间，而且整体造价比较，虹吸系统也不会很高。屋面溢流部分，除了可在天沟两端设置溢流口外，虹吸系统还可以在中间或端部设虹吸溢流雨水斗，将溢流雨水通过雨水管散排至室外，溢流排水方式比较灵活。
7结论
屋面雨水排放形式的选择,受业主的偏好、项目投资、地理位置、厂房屋面面积等因素影响很大，从安全性、可靠性和经济性的角度考虑，总体原则如下：能选择防水屋面，尽量选择防水型屋面，具体的防水材料可根据安全性和成本因素综合考虑确定;能选择外排水，尽量选择外排水，能地面上排水尽量选择地上式排水，不能选择外排水的优先设计为虹吸压力流排水;在重力流设计中,多斗系统即可用同天沟又可用异天沟时，应尽可能的设计同天沟多斗系统，采用悬吊管还是埋地应视地理位置和气象参数而定。
总之，多跨高大工业厂房的雨水排水系统的设计，还要与建筑专业、结构专业密切配合，共同研究，根据厂房型式和构造特点，全面综合分析考虑问题，形成一个最优的屋面雨水排放设计方案。