阻水板的形式可以為篩孔式、橋式、板式等。阻水板的高度一般可在天溝側(cè)立板高度的1/2至1/3(圖10b)。

　　斜型天溝內(nèi)的雨水斗應(yīng)設(shè)置集水槽，將雨水集中在集水槽中排出，集水槽的底部應(yīng)水平設(shè)置，不得將雨水斗傾斜安裝在斜型天溝的底部。縱向傾斜的天溝集水槽應(yīng)設(shè)置在斜型天溝的下半部位，并在集水槽的下短邊邊緣設(shè)置阻水板(圖9a)。

圖9a 大坡度天溝阻水擋板布置簡圖

圖9b天溝阻水擋板形狀簡圖

　　2.2.4、斜屋面的橫向天溝底板應(yīng)水平設(shè)置

　　在曲面建筑屋面設(shè)置天溝時(shí)，應(yīng)充分考慮到排水天溝在使用時(shí)的有效性，不得使不銹鋼天溝斷面的下底板傾斜設(shè)置(圖10a)，這會(huì)嚴(yán)重影響天溝設(shè)計(jì)容量的有效性，使天溝的排水性能大打折扣，同時(shí)還能由于積水造成天溝內(nèi)污濁。

　　在實(shí)際工程中，天溝斷面底板傾斜設(shè)置大部分是出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)面與屋面的距離太小，沒有考慮到設(shè)置天溝的位置。應(yīng)重新確定結(jié)構(gòu)與屋面板的關(guān)系。在設(shè)計(jì)時(shí)必須將不銹鋼天溝斷面的下底板水平設(shè)置，這樣才能使天溝起到有效的排水作用(圖10b)。

圖10a天溝阻水擋板形狀簡圖

圖10b天溝阻水擋板形狀簡圖

　　2.2.5、排水天溝端頭和長度方向接頭的設(shè)計(jì)

　　排水天溝的截面尺寸應(yīng)根據(jù)排水計(jì)算確定，并在長度方向上應(yīng)考慮設(shè)置伸縮縫。由于天溝縱向長度方向有著溫度變形的影響，所以長度不宜過長。按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，天溝連續(xù)長度不宜大于30m。這是一個(gè)參考尺寸，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)特定的項(xiàng)目提出要求。連續(xù)長度尺寸的確定主要是考慮天溝在工作狀態(tài)時(shí)，由于環(huán)境溫度的變化引起的天溝縱向長度尺寸變形是否在可控范圍內(nèi)。在計(jì)算時(shí)溫度變化值(溫差)應(yīng)考慮在100℃以上的變化。天溝端頭和接頭形式也應(yīng)根據(jù)每個(gè)實(shí)際工程情況和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　2.2.6、排水天溝的清理和防治積塵、積沙的設(shè)計(jì)

　　大部分屋面的天溝和檐溝都是裸露在外的，對(duì)于室外的粉塵、風(fēng)沙和風(fēng)中的夾雜物隨著雨水或自重會(huì)進(jìn)入到天溝內(nèi)。特別是在風(fēng)沙大的地區(qū)這個(gè)問題就顯得十分嚴(yán)重，就連有蓋板的天溝都會(huì)被積沙、積塵侵入，如不能及時(shí)清理積沙會(huì)將全部排水口封住，特別是對(duì)虹式排水口的功能破壞非常嚴(yán)重。(圖11a、b、c)

圖11 a天溝內(nèi)已積沙照片

圖11b天溝內(nèi)伴熱線和落水口的積沙

圖11c天溝虹吸落水口處積沙照片

　　解決這個(gè)問題的最好辦法就是要對(duì)積沙、積塵及時(shí)的清理。在實(shí)踐中,清理積沙的方法很多，除了常規(guī)的人工打掃清理外，還可以用設(shè)置高壓水槍沖洗清除積沙的辦法等。

　　在這里所要重點(diǎn)介紹的是一種非常實(shí)用的清理積沙的辦法：在天溝底部，落水口的邊部設(shè)置集沙池(圖11d)。

圖11d 天溝內(nèi)設(shè)置集沙池的構(gòu)造簡圖

　　集沙池的作用是能夠?qū)⒎e在天溝內(nèi)的沙子和異物通過雨水流帶入到集沙池內(nèi)，在便于清理天溝內(nèi)的積沙的同時(shí)可以阻止積沙快速侵入落水系統(tǒng)，給清理掙得時(shí)間。在積沙池內(nèi)可設(shè)置一個(gè)活動(dòng)槽，在清理積沙時(shí)將活動(dòng)槽移出就可將積沙清除。

　　2.3、金屬屋面匯水區(qū)域的劃分及匯水量的分析、計(jì)算

　　在金屬屋面排水天溝的設(shè)計(jì)中，匯水區(qū)域和匯水量的確定直接影響到不銹鋼天溝系統(tǒng)和落水系統(tǒng)的布置與構(gòu)造設(shè)計(jì)，是保證屋面功能設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)。匯水量的分析，主要內(nèi)容是將指定天溝在單位時(shí)間內(nèi)所能收集到的最大雨水總量的分析。這就需要對(duì)這段天溝所對(duì)應(yīng)的，能接受雨水的全部金屬屋面面積進(jìn)行分析計(jì)算。一般的平面和斜面屋面的計(jì)算分析比較簡單，按以下方法就可以得出結(jié)果。但對(duì)應(yīng)復(fù)雜的異型金屬屋面要根據(jù)其屋面板排版圖對(duì)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行匯水量分析。下面是落水口分擔(dān)雨水量的計(jì)算、排水量的計(jì)算以及落水管管徑計(jì)算，這是在天溝設(shè)計(jì)中最重要的分析計(jì)算。

圖12 天溝所對(duì)應(yīng)的匯水量分析圖

　　(1)、每一個(gè)落水口所分擔(dān)之雨水量計(jì)算：

　　屋面長度：L(m); 屋面寬度：B(m);

　　集水面積：Ar=B*L(㎡);

　　雨水量：Qr=Ar *I*10-3/3600(m³/sec);

　　降雨強(qiáng)度：I (mm/hr)

　　考慮屋面蓄積能力的系數(shù)。1.0~2.0之間。

　　平屋面(坡度<2.5%)1.0，斜屋面(坡度>2.5%)1.5~2.0。

　　(2)、天溝排水量的計(jì)算(天溝斷面核算)：

　　天溝排水?dāng)嗝婧唸D見圖13

圖13 天溝排水?dāng)嗝婧唸D

　　天溝排水量計(jì)算采用曼寧公式計(jì)算：

　　Qg=Ag*Vg =Ag*R2/3*S1/2/n

　　Ag=W*HW

　　R=Ag/(W+2Hw)

　　Vg：天溝排水速度(m/sec)

　　N：sus或彩色板磨擦系數(shù)=0.0125

　　S：天溝泄水坡度=1/100

　　W：天溝寬度(m)

　　H：天溝深度(m)

　　Hw：設(shè)計(jì)最大水深(m)(通常取0.8H)

　　FOR Qg>Qr 排水槽的截面滿足要求。

　　(3)、落水管管徑計(jì)算: Qd=m*Ad*(2gHW)1/2( m³/sec)

　　M：落水管支數(shù)=1支

　　d：落水管外徑(m)

　　Ad：落水口面積(㎡)

　　g：重力加速度=9.8 m/sec

　　HW：天溝最大水深(m)

　　FOR Qd>Qr 使用落水管的管徑大小滿足要求

　　2.4、虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　在CECS183：2005 《虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》術(shù)語中規(guī)定，虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)：按虹吸滿管壓力流原理設(shè)計(jì)，管道內(nèi)雨水的流速壓力等可有效控制和平衡的屋面雨水排水系統(tǒng)。一般由虹吸式雨水斗(如圖2.4.1~2.)、管材(連接管、懸吊管、立管、排出管)、管件、固定件組成。

圖13、虹吸式雨水斗

圖14、虹吸式雨水斗分解圖

　　當(dāng)雨水、雪水按照我們的要求匯入天溝內(nèi)就進(jìn)入了有組織的排水的過程 ，一般情況下從天溝內(nèi)向外排水的方案有兩種：一是通過水的重力和天溝的排水坡度使雨水匯聚到落水斗處，通過排水管道有組織的排出。這種方法簡單易維護(hù)，大量使用在建筑上。二是虹吸排水系統(tǒng)技術(shù)。

　　虹吸(syphonage)是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象，將液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內(nèi)的液體會(huì)持續(xù)通過虹吸管從開口于更低的位置流出。(圖15.)

圖15、虹吸原理圖

　　虹吸的實(shí)質(zhì)是因?yàn)橹亓�和分子間粘聚力而產(chǎn)生。裝置中管內(nèi)最高點(diǎn)液體在重力作用下往低位管口處移動(dòng)，在U型管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致高位管口的液體被吸進(jìn)最高點(diǎn)，從而使液體源源不斷地流入低位置容器。

　　虹吸式排水系統(tǒng)的基本原理是，當(dāng)天溝積水深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，摻氣比值迅速下降為零，雨斗內(nèi)水流形成負(fù)壓或壓力流(滿管壓力流)，瀉流量迅速增大，從而形成飽和排水狀態(tài)。其技術(shù)特點(diǎn)在于虹吸式雨水斗設(shè)計(jì)，水進(jìn)入立管的流態(tài)被雨水斗調(diào)整，消除了由于過水?dāng)嗝婵s小而形成的旋渦，從而避免了空氣進(jìn)入排水系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)管道呈滿流狀態(tài)。

　　利用了建筑物高度賦予的勢能，在雨水的連續(xù)流轉(zhuǎn)過程中形成虹吸作用(如圖16~17.)，導(dǎo)致水流速度迅速增大，實(shí)現(xiàn)大流量排水過程。

圖16、天溝排水效果圖

圖17、天溝虹吸式排水系統(tǒng)改造圖

　　在這里想特別強(qiáng)調(diào)，在天溝虹吸式排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到固定在天溝上的虹吸式雨水斗會(huì)在不銹鋼天溝有溫差變形時(shí)隨著天溝槽移動(dòng)，如連接在吸式雨水斗上的落水管不能適應(yīng)其位移，將會(huì)出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，造成排水功能失效。

　　2.5、在寒冷地區(qū)屋面除雪融冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及排水應(yīng)該考慮的問題

　　金屬屋面在寒冷地區(qū)的冬季，常會(huì)出現(xiàn)積雪的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了金屬屋面的使用安全。為解決這個(gè)問題可在不銹鋼排水天溝內(nèi)布設(shè)天溝融雪系統(tǒng)。

　　在天溝內(nèi)的融雪系統(tǒng)一般采用恒定功率電伴熱帶作為融雪的手段。基本方法是將設(shè)計(jì)計(jì)算后選定的伴熱帶鋪設(shè)在不銹鋼天溝內(nèi)。.

　　天溝融雪方案在確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程所在地的冬季氣候條件和環(huán)境通過計(jì)算選用伴熱帶，確定伴熱帶在天溝內(nèi)的鋪設(shè)方案;以某個(gè)實(shí)際工程為例，為保證除冰和融雪的速度和效果，選用了伴熱帶標(biāo)稱功率為35瓦/米，天溝內(nèi)鋪設(shè)方式采用1:6呈“S”型鋪設(shè)(圖18)，天溝槽除冰融雪功率為210瓦/米。落水斗附近加密鋪設(shè)。

　　該項(xiàng)目的融雪散熱量計(jì)算如下： 融雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)為《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》JGJ142--2004。 散熱量計(jì)算如下：

　　單位地面面積所需散熱量(Qx)按以下公式計(jì)算：

　　Tpj=Tn+9.82*( Qx/100)0.969

　　式中Tpj-----------地表面溫度（詞條“表面溫度”由行業(yè)大百科提供）(℃)，地表面溫度按照融雪要求在1℃左 右，即Tpj=1℃

　　式中Tn-----------環(huán)境計(jì)算溫度。在融冰項(xiàng)目中為最低室外環(huán)境溫度， 即Tn=-31℃ (鄂爾多斯室外最低氣溫-31℃)

　　式中Qx----------單位地面面積所需散熱量w/㎡ 即

　　1=-31+9.82*( Qx/100)0.969

　　( Qx/100)0.969=32÷9.82=3.26

　　通過以上公式得知： Qx ≈348W/㎡

　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，每延米平均功率348*0.6=209W,使用35W/m發(fā)熱電纜，實(shí)際按每延米6.5米發(fā)熱電纜(含折彎曲線)鋪設(shè)。考慮實(shí)際使用和控制系統(tǒng)操作方便以及現(xiàn)場電源等情況，該建筑屋面天溝設(shè)多個(gè)控制點(diǎn)，每個(gè)控制點(diǎn)設(shè)1個(gè)控制箱進(jìn)行分區(qū)控制。

　　天溝內(nèi)伴熱帶的鋪設(shè)方式根據(jù)實(shí)際工程的要求，可采用呈“S”型的鋪設(shè)方案，也可以采用平行鋪設(shè)的方法(如圖2.5.3)。要加大融雪速度也可選用大功率伴熱帶或在天溝的立板及屋面板檐口增設(shè)融雪裝置。

圖18呈“S”型鋪設(shè)的電伴熱帶

圖19“S”型電伴熱帶的融雪效果

圖20平行鋪設(shè)的電伴熱帶

　　2.6屋面與不銹鋼天溝的隔聲設(shè)計(jì)

　　雨滴撞擊屋面和天溝的不銹鋼板引起振動(dòng)，將有兩種聲音傳向室內(nèi)，一是振動(dòng)輻射出的空氣聲，一是通過結(jié)構(gòu)傳遞的固體聲。如果屋面的構(gòu)造具有良好的空氣聲隔絕能力及良好的撞擊聲隔絕能力，可降低雨噪聲。

　　增加屋面質(zhì)量是解決雨噪聲最為有效的途徑，但是對(duì)于金屬屋面等輕質(zhì)屋面的可行性不大，因此只能通過改變屋面的結(jié)構(gòu)做法來降低雨噪聲對(duì)室內(nèi)的影響。一般來說分層越多，層與層之間的界面越多效果越好。雨噪聲屬于在結(jié)構(gòu)中傳遞的彈性波，聲波通過界面時(shí)會(huì)因反射而降低繼續(xù)行進(jìn)的聲能，因此界面有利于降低聲能。

　　采用巖棉、離心玻璃棉等吸聲材料作層間填充，可提高隔聲層的空氣聲隔聲性能。同時(shí)，這些吸聲材料還具有提高保溫性能的效果。有些材料，如聚苯、聚氨酯等，雖具有保溫特性，但不具有不吸聲性能，對(duì)于雨噪聲的隔絕效果甚微。

　　根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)及工程經(jīng)驗(yàn)，在某項(xiàng)目中所采用的金屬幕墻綜合隔聲量約為30dB左右。為了增加屋面隔聲量，在輕質(zhì)屋面板內(nèi)，采用紙面石膏板（詞條“紙面石膏板”由行業(yè)大百科提供）、GRC板做隔聲層，可起到較好的隔聲效果。隔聲層一方面起到分層的作用，一方面也增加了部分重量，從兩方面提高了隔聲量。通過增加GRC板材后維護(hù)幕墻綜合隔聲量能夠增加10dB左右，達(dá)到40dB。

　　屋蓋（詞條“屋蓋”由行業(yè)大百科提供）上下層板材由龍骨(或其他剛性支撐件)固定時(shí)時(shí)，受聲一側(cè)板的振動(dòng)會(huì)通過龍骨傳到另一側(cè)板，這種象橋一樣傳遞聲能的現(xiàn)象被稱為聲橋。聲橋越多、接觸面積越大、剛性連接越強(qiáng)，聲橋現(xiàn)象越嚴(yán)重，隔聲效果越差。在板材和龍骨之間加彈性墊，如彈性金屬條或彈性材料墊對(duì)輕質(zhì)屋蓋隔聲有一定的改善量，最多可以提高5dB以上。上述這些辦法都能夠有效的解決屋面和不銹鋼天溝的雨噪聲隔聲問題。

　　3 結(jié)束語

　　近年來，超大型的曲面建筑金屬屋面，特別是雙曲面造型的金屬屋面系統(tǒng)，越來越多的應(yīng)用在國內(nèi)外大型建筑中。我們應(yīng)該看到，這些異型屋面在給建筑增彩的同時(shí)也我們帶來諸多的煩惱。其中反應(yīng)最強(qiáng)烈，出現(xiàn)問題最多的是滲水、漏水現(xiàn)象。這可以說是大型金屬屋面質(zhì)量上的頑癥，究其原因應(yīng)該是多方面的。但排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不到位，特別是對(duì)排水天溝的設(shè)計(jì)沒有充分分析在工作狀態(tài)時(shí)的適應(yīng)、協(xié)調(diào)情況，造成不銹鋼排水天溝的使用功能失效，而造成屋面漏水的嚴(yán)重后果。

　　本文中有些內(nèi)容和介紹的設(shè)計(jì)方案如：溢流口的形式、阻水擋板和落水斗的設(shè)置、集沙池的構(gòu)造等，是我在多年參與屋面、天溝設(shè)計(jì)和實(shí)踐中的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，如果能給金屬屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們提供一些有益的啟發(fā)就深感欣慰了。

　　參考文獻(xiàn)

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