1、工程概況
北京中關(guān)村科貿(mào)中心，占地2.27公頃，建筑面積20萬㎡，地下四層，地上22層，建筑高度92.4m。是集科技會(huì)展、科技產(chǎn)品交易、商貿(mào)辦公、商務(wù)公寓、酒店、餐飲娛樂為一體的綜合性智能建筑。
本工程由主體建筑部分及北側(cè)純地下配套部分組成，兩者建設(shè)永久性沉降縫，該部分與主體建筑的基底標(biāo)高相同。主體結(jié)構(gòu)采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。地下部分建筑面積共58568㎡，屋面總匯水面積（含側(cè)墻）約2.29萬㎡，設(shè)計(jì)采用虹吸式屋面雨水排放技術(shù)，具有雨水斗少、立管少、橫吊管不需要坡度、排水量大及排放速度快等特點(diǎn)。按北京地區(qū)當(dāng)?shù)?年重現(xiàn)期5分鐘暴雨強(qiáng)度q5=5.06l/s（100㎡）設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)雨水總排水量為1159l/s。
2、重力式雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1設(shè)計(jì)原則
本建筑為高層建筑，并且建筑外觀為干掛石材和玻璃幕墻并用，所以雨水排水系統(tǒng)只能采用內(nèi)排水方式設(shè)計(jì)；由于屋面面積較大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡可能采用多斗連接排水以減少雨水立管數(shù)量，當(dāng)采用多斗排水時(shí)，一根懸吊管及立管上雨水斗最多不得超過4個(gè)；雨水斗的排水連接管管徑不得小于100mm，懸吊管管徑不得大于300mm；雨水立管連接懸吊管不宜多于兩根；雨水立管距地面1.0m處或其他必要處應(yīng)設(shè)置檢查口；宜采用承壓鑄鐵管（石棉水泥或膠圈接口）、鍍鋅鋼管、無縫鋼管或承壓U-PVC管；雨水懸吊管的排水坡度≥5‰；埋地管的排水坡度≥3.5‰；懸吊管管徑不得小于雨水斗連接管管徑，立管管徑不得小于懸吊管管徑，下游管徑不得小于上游管徑；本建筑屋面多為可上人屋面，設(shè)計(jì)選用65型平箅型雨水斗，自由堰流排水，單斗泄流量≤12l/s。
2.2設(shè)計(jì)思路
本建筑共有16個(gè)大小不同的獨(dú)立屋面，15個(gè)不同屋面的標(biāo)高，其屋面結(jié)構(gòu)高低錯(cuò)落，比較復(fù)雜。其中，91.6m、86.4m、54.8m和45.55m標(biāo)高處的屋面為設(shè)備機(jī)房和樓梯間的屋頂，可將該部分雨水以外排水方式重力流匯集至大屋面，其他各屋面的雨水全部按內(nèi)排水方式設(shè)計(jì)。其中，屋面中間地帶范圍的雨水，經(jīng)各雨水懸吊管連接后立管布置在四個(gè)結(jié)構(gòu)核心筒的綜合管道井內(nèi)；而屋面外延地帶范圍的雨水，經(jīng)各雨水懸吊管連接后立管布置在建筑物外墻內(nèi)側(cè)沿結(jié)構(gòu)柱敷設(shè)；所有雨水立管進(jìn)入地下一層高位后轉(zhuǎn)懸吊管引至地庫外圍剪力墻出戶。
2.3設(shè)計(jì)成果
經(jīng)屋面雨水分區(qū)及水量計(jì)算，按重力式雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目需要選用65型平箅型重力式雨水斗108個(gè)，DN100雨水立管6根、DN150雨水立管23根、DN200雨水立管17根、DN250雨水立管1根共47根立管，分別為22層9根、20層5根、18層1根、12層11根、11層6根及10層15根。雨水管出戶后至少需要設(shè)置34個(gè)1.6m深的雨水檢查井。系統(tǒng)主要工程量及工程概算造價(jià)見下列條件。
重力式雨水系統(tǒng)
主要工程量材質(zhì)造價(jià)概算
65型重力式雨水斗108個(gè)低壓鍍鋅鋼管�。�70萬
DN100雨水管道 946m
DN150雨水管道 1727m
DN200雨水管道 1531m
DN250雨水管道 216m
DN300雨水管道 49m
雨水檢查井1.8m深 34個(gè)
開挖及回填1.6m深
埋地出戶管溝槽共 157m
按管徑大小分別為：
DN100雨水管道 20m
DN150雨水管道 73m
低壓無縫鋼管�。�86.7萬
DN200雨水管道 44m
承壓鑄鐵管 ￥81.9萬
DN250雨水管道 16m
高密度聚乙烯管�。�135.25萬
DN300雨水管道 4m
低壓不銹鋼管�。�202萬
2.4主要工程量和造價(jià)概算及系統(tǒng)所占建筑空間
由于重力式雨水系統(tǒng)管徑較大、立管較多，所以，立管在建筑物室內(nèi)所占的平面空間也比較大，按平均每根立管裝飾完成后至少需要0.25㎡面積計(jì)算，本項(xiàng)目安裝雨水立管所需的建筑面積如下：
S1＝0.25×[（22×9）+（20×5）+（18×1）+（12×11）+（11×6）+（10×）＝166㎡
若按虹吸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則節(jié)約的建筑物使用面積為：
△S＝S1－S2=165－23.25＝141.75㎡
若按本建筑物的市場(chǎng)售價(jià)1.2萬/㎡計(jì)算，應(yīng)用虹吸系統(tǒng)在本項(xiàng)目中可節(jié)約的使用面積的價(jià)值為170.1萬元人民幣。
3、虹吸式屋面雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1設(shè)計(jì)原則
即通虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)，是利用雨水在滿管流的狀態(tài)下，封閉管道內(nèi)各處水的不同勢(shì)能而形成管道的真空狀態(tài)，使管道內(nèi)的壓力小于外界壓力，從而將屋面雨水抽吸進(jìn)入雨水系統(tǒng)并迅速將之排放。任何一個(gè)虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)的內(nèi)部連接都必須是緊密的、環(huán)環(huán)相扣的，并保證氣密性，在管網(wǎng)中的任意一個(gè)位置設(shè)計(jì)參數(shù)的改變，。即設(shè)計(jì)中的管網(wǎng)水力平衡實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，在平衡計(jì)算的過程中要滿足以下原則，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行狀態(tài)才是可行的。
（1）雨水進(jìn)水口與排出口之間有足夠的高差水頭△H可以利用；
�。�2）所有水平管部分水的流速V＞1.0m/s；
�。�3）所有立管部分水的流速V＞2.2m/s；
（4）任何管段的充滿度h/D＞60％；
（5）任何管段的負(fù)壓值大于管道的工作負(fù)壓值；
�。�6）任何管段內(nèi)的負(fù)壓值大于水的蒸發(fā)壓力；
�。�7）滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際現(xiàn)狀和施工要求；
因此，虹吸式雨水排放系統(tǒng)在建筑工程上應(yīng)用的核心技術(shù)是系統(tǒng)的平衡計(jì)算，對(duì)于任何虹吸系統(tǒng)來說，無論是復(fù)雜的系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，只要滿足計(jì)算規(guī)定及施工要求，其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)才是可行的。
3.2設(shè)計(jì)思路
在進(jìn)行重力式雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)我們分析過屋面，16個(gè)大小不同的獨(dú)立屋面，15個(gè)不同屋面的標(biāo)高，設(shè)計(jì)時(shí)將91.6m、86.4m、54.8m和45.55m標(biāo)高處的設(shè)備機(jī)房和樓梯間屋頂?shù)挠晁酝馀潘绞街亓α鲄R集至大屋面，將小流量雨水匯集成大流量，這部分處理跟重力式相同。匯集后的雨水再應(yīng)用虹吸式按內(nèi)排水方式排放。由于虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)是利用較小管徑排放大流量雨水的最理想的排水系統(tǒng)，再配合不同標(biāo)高屋面的雨水接入同一系統(tǒng)時(shí)的各水量的平衡計(jì)算。另外，管道的平面布置不需要設(shè)置坡度，所以可將各雨水懸吊管連接后立管布置在七個(gè)結(jié)構(gòu)核心筒的綜合管道井內(nèi)，各戶內(nèi)區(qū)域不設(shè)置雨水立管，以盡量減少立管數(shù)量；同時(shí)所有雨水立管進(jìn)入地下一層高位轉(zhuǎn)懸吊管后，再進(jìn)行合理匯合連接后引至地庫外圍剪力墻出戶，以盡量減少雨水出戶管的數(shù)量。
3.3設(shè)計(jì)成果
虹吸式雨水系統(tǒng)
主要工程量材質(zhì)造價(jià)概算
ZR-65型虹吸雨水斗46套低壓鍍鋅鋼管�。�29.4萬
DN65管道 60m
DN80管道 1m
DN100管道 296m
DN125管道 184m
DN150管道 528m
DN200管道 62m
雨水檢查井1.8m深4個(gè)
開挖及回填1.6m深
埋地出戶管溝槽共 16m
按管徑大小分別為：
DN150雨水管道 3m
低壓無縫鋼管�。�33.3萬
DN200雨水管道 4m
承壓鑄鐵管�。�33.6萬
DN250雨水管道 6m
高密度聚乙烯管�。�52萬
DN300雨水管道 2m
低壓不銹鋼管 ￥78萬
經(jīng)屋面雨水分區(qū)及水量計(jì)算，按虹吸式雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目需要選用ZR-65型即通虹吸式雨水斗46套，DN100雨水立管1根、DN125雨水立管2根及DN150雨水立管4根共7根立管，分別為22層1根、18層1根、12層1根、11層1根及10層3根。YL-01立管與YL-05立管在地下一層連通后從南邊出戶，YL-02立管單獨(dú)在北邊出戶，YL-03立管與YL-04立管在地下一層連通后在東邊出戶，YL-06立管與YL-07立管在地下一層連通后在北邊出戶。最終完成后的系統(tǒng)僅7根立管和4根出戶管。雨水管出戶后僅需設(shè)置4個(gè)1.6m深的雨水檢查井。
由于虹吸式雨水系統(tǒng)管徑較小、立管較少，所以，立管在建筑物室內(nèi)所占的平面空間也比較小，按平均每根立管裝飾完成后至少需要0.25㎡面積計(jì)算，本項(xiàng)目安裝虹吸式雨水立管所需的建筑面積如下：
S2＝0.25×[（22×1）+（（18×1）+（12×1）+（11×1）+（10×3）]
�。�23.25㎡
4、總結(jié)
從以上對(duì)北京中關(guān)科貿(mào)中心重力式雨水系統(tǒng)和虹吸式雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析及造價(jià)對(duì)比看，本項(xiàng)目應(yīng)用虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)是既增強(qiáng)了系統(tǒng)的使用功能又非常經(jīng)濟(jì)劃算。從系統(tǒng)布置上看，由于重力式雨水系統(tǒng)管徑較大和工程量大，所以，其重力式系統(tǒng)的造價(jià)是虹吸式系統(tǒng)的二倍多；重力式系統(tǒng)大量的雨水懸吊管在機(jī)電安裝空間內(nèi)敷設(shè)需要安裝坡度，這樣既浪費(fèi)了安裝空間又增加了機(jī)電綜合協(xié)調(diào)布線的難度；而雨水立管和出戶管以及雨水檢查井多，既增加了工程量又浪費(fèi)了寶貴的建筑使用空間，本項(xiàng)目采用虹吸式雨水系統(tǒng)，僅減少的立管所占用的建筑實(shí)用面積就高達(dá)141.75㎡，其價(jià)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過雨水系統(tǒng)的工程造價(jià)。
