虹吸系統吊架梁設計分析

盤洪玉 （長江精工鋼結構（集團）股份有限公司，安徽 六安 237161）

1 引言

以美觀和實用性為出發點，越來越多的工業廠房排水系統采用虹吸排水系統進行屋面雨水的收集。采用虹吸排水系統的工程，雨水管通常需要懸掛在虹吸吊架梁之上。現有很多項目在進行結構設計時，忽略了此部分的設計，導致在工程實施過程中，增加了施工難度和工程造價。本文提出虹吸吊架梁的兩種選擇方式，一種是屋面檁條作為虹吸吊架梁，另一種是單獨布置虹吸吊架梁。合理選擇虹吸吊架梁的形式，既能方便現場施工安裝，又可降低工程造價。

虹吸式排水是液態分子間引力與位差能造成的。即利用水柱壓力差，使水上升再流到低處。由于管口水面承受近似相同的大氣壓力，水柱短的一側合壓力大而水柱高的一側合壓力小，水會由合壓力大的一邊流向合壓力小的一邊，直到兩邊的合壓力相等，容器內的水面變成相等高度，水就會停止流動。利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出。

圖1 虹吸現象

圖2 雨水懸吊管及懸吊系統示意

圖3 虹吸系統在工程內部的示意

虹吸排水系統包含虹吸式雨水斗、雨水懸吊管、方型鋼管導軌、螺紋桿等構件。

在進行虹吸吊架梁設計時，首先確定虹吸雨水管的管徑及對應的荷載。若虹吸系統懸掛于屋面檁條時，在屋面檁條設計時應將虹吸系統的荷載輸入其中；采用單獨虹吸吊架梁時，按照簡支梁輸入荷載并完成截面優選。

2 實例分析

2.1 工程信息

某單層門式剛架工業廠房，屋面為單脊雙坡屋面，檐口結構標高為11.00m，屋面坡度為5.0%，柱距為8.0m。屋面恒荷載為0.30kN/m2，活荷載為0.30kN/m2（計算檁條時取0.50 kN/m2），風荷載為0.30kN/m2（50年），雪荷載為0.70kN/m2（100年）。虹吸管道最大部分管徑規格為De200。

2.2 虹吸吊掛方式一：懸掛于檁條

圖4 懸掛于單根檁條

圖5 懸掛于兩根檁條

圖6 懸掛于多根檁條

虹吸管道管徑對應的荷載

圖8 懸掛虹吸系統的檁條設計參數輸入二

圖9 懸掛虹吸系統的簡支梁計算

使用PKPM軟件進行模擬計算（優先采用懸掛于單根檁條）根據工程輸入實際參數調整截面直至滿足受力要求。最終邊跨檁條截面采用冷彎薄壁Z型鋼Z300×80×25×3.0，中間跨截面為 Z300×80×25×2.5，材質為 Q345B。

2.3 虹吸吊掛方式二：懸掛于單獨虹吸吊架梁

使用PKPK工具箱進行模擬計算。

根據項目實際情況輸入各參數后，進行截面優選。

最終虹吸吊架梁的截面為矩形管180×100×4.0，材質為 Q235B。

3 結論

工程項目若采用虹吸排水系統時，常用的方式是懸掛于檁條或單獨設計虹吸吊架梁。為減少工程用鋼量和降低工程造價，可優先選擇懸掛于檁條之上。但是在進行檁條設計時，應考慮虹吸系統的荷載。

本文結合實際項目情況，簡要分析常見的兩種虹吸吊掛梁的選擇，可為今后類似工程提供參考。