國家海洋博物館屋面雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及天溝設(shè)置探討

趙炳君

摘要：本文主要介紹了國家海洋博物館屋面雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)及天溝的設(shè)置，針對(duì)此類異形建筑屋面和側(cè)墻的不規(guī)則性，提出了屋面雨水排水的設(shè)計(jì)參數(shù)、天溝設(shè)置方案及實(shí)施情況，并詳細(xì)介紹了屋面天溝及側(cè)墻天溝設(shè)置的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：國家海洋博物館；屋面虹吸雨水；天溝設(shè)置

中圖分類號(hào)：TU823文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2017）01-144-02

前言

國家海洋博物館坐落于天津?yàn)I海旅游區(qū)南灣地區(qū)，占地面積15公頃，建筑規(guī)模8萬平米，在規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)上突出海洋文化，多層次運(yùn)用海洋元素，通過中國海洋歷史文化和世界海洋文化相融的理念，打造天津?yàn)I海新區(qū)新興的地標(biāo)性建筑，本文著重論述博物館屋面雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和天溝的設(shè)置。

1.屋面排水方案

首先看一下海博館三維模型

通過海博館局部的三維模型，可以看出其屋面形式復(fù)雜，為雙曲面，因此除了屋面雨水，側(cè)墻雨水也要考慮，不能散排。對(duì)于這種大空間建筑，重力流雨水排水系統(tǒng)顯然不能滿足要求，因此屋面及側(cè)墻均采用虹吸雨水排水系統(tǒng)，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，建筑屋面雨水排水工程應(yīng)設(shè)置溢流口、溢流管系統(tǒng)等溢流設(shè)施，溢流排水不得危害建筑設(shè)施和行人安全，針對(duì)海博館項(xiàng)目，由模型可以看出，屋面天溝和側(cè)墻天溝是無法設(shè)置溢流口的，因此采用溢流管系統(tǒng)。

2.設(shè)計(jì)參數(shù)

作為國家級(jí)博物館，考慮建筑的安全性，國家海洋博物館屋面雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用50年，溢流重現(xiàn)期采用100年。

但由于屋面天溝不能水平設(shè)置（可由天溝設(shè)置章節(jié)得出結(jié)論），只能在每個(gè)平段設(shè)置兩個(gè)虹吸雨水斗，天溝其他區(qū)域設(shè)置雨水斗起不到收水的作用，因此，如果做成標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期和溢流重現(xiàn)期這種常規(guī)的虹吸雨水系統(tǒng)，則溢流雨水斗將無法設(shè)置，鑒于此種情況，我們把屋面雨水系統(tǒng)的重現(xiàn)期直接放大到100年，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，投資變化很小，這樣就解決了溢流系統(tǒng)無法設(shè)置的問題。

側(cè)墻的天溝為水平天溝，有條件設(shè)溢流系統(tǒng)，因此側(cè)墻天溝雨水系統(tǒng)重現(xiàn)期按50年，溢流重現(xiàn)期按100年考慮，并設(shè)置溢流系統(tǒng)。 3.屋面天溝的設(shè)置

國家海洋博物館造型獨(dú)特，屋面為雙曲面，而且屋面和側(cè)墻均有開洞，導(dǎo)致天溝被截?cái)啵矣捎谑请p曲面，天溝標(biāo)高不一致，有落差，對(duì)雨水收水很不利，為解決該問題，我們?cè)谔鞙暇植孔龀銎蕉危诖似蕉卧O(shè)雨水斗。下圖為局部屋面天溝的位置：

由上圖可以看出，每個(gè)天溝做了多個(gè)平段雨水天溝，從而劃分出匯水面積，保證每個(gè)匯水面積不至于過大，我們可以通過其中一個(gè)水平天溝及其匯水面積做一下簡(jiǎn)單計(jì)算：天溝長度3米，匯水面積150平米，雨水斗設(shè)置2個(gè)，100年天津地區(qū)暴雨強(qiáng)度為7.48L/s.100m²，則雨水流量為150x7.48=11.22L/s，按一般試驗(yàn)數(shù)據(jù)天溝形成虹吸排水的時(shí)間為60s，則天溝排水量為11.22x60=673L/s，天溝寬度為0.5米，計(jì)算得天溝水深H=0.673/3x0.5=0.45米。由此可以看出，雖然解決了天溝雨水斗收水問題，但是天溝本身由于受鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件限制，其收水面積不能滿足重現(xiàn)期內(nèi)的雨水量的要求，有可能造成天溝內(nèi)雨水返溢，如圖

由屋面天溝詳圖可以看出，過量雨水會(huì)通過右側(cè)天溝的上邊沿返溢至屋面板，長此以往，如果屋面板密封材料老化后，容易滲入內(nèi)屋面，形成漏水的隱患，經(jīng)過多方探討，最后把天溝形式進(jìn)行修改，修改后天溝形式如圖

這樣可以看出，暴雨情況下，溢流雨水可以沿左側(cè)天溝，直接溢流至建筑屋面，杜絕了漏水的隱患。

通過模型可以看到，除了屋面雨水，側(cè)墻部分雨水也應(yīng)經(jīng)過收集排放，同時(shí)也是考慮冬季化雪問題，避免側(cè)墻融雪直接落至地面，因此在建筑側(cè)墻同樣設(shè)置了天溝，收集側(cè)墻雨水及冬季融雪。如圖所示：

對(duì)于側(cè)墻天溝我們選取典型一側(cè)計(jì)算：側(cè)墻平面匯水面積為1280平米，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，側(cè)墻匯水面積按1/2計(jì)算，但是由模型可以看出，本項(xiàng)目側(cè)墻具有一定的傾角，因此側(cè)墻匯水面積我們?nèi)テ矫鎱R水面積的70%計(jì)算，側(cè)墻雨水重現(xiàn)期按50年計(jì)算，5分鐘暴雨強(qiáng)度為6.76L/s.100m²，雨水流量為86.42 L/s，按一般試驗(yàn)數(shù)據(jù)天溝形成虹吸排水的時(shí)間為60s，則天溝排水量為86.42x60 5185L/s，天溝長度78米，天溝寬度1.2米，計(jì)算得天溝水深H=5.185/78x1.2 0.055米=55毫米，天溝溢流斗安裝高出正常水面100毫米計(jì)算，天溝保護(hù)高度按200毫米計(jì)算，則天溝深度為355毫米，實(shí)際天溝深度為400毫米，因此天溝是安全的，不會(huì)發(fā)生返溢。

4.結(jié)論

國家海洋博物館造型新穎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屋面天溝設(shè)置受鋼結(jié)構(gòu)限制較大，因此天溝設(shè)置時(shí)需克服的困難較多，經(jīng)過多方比較及計(jì)算，最終確定了天溝的設(shè)置方案，為虹吸雨水系統(tǒng)的計(jì)算打下基礎(chǔ)。