虹吸作用

虹吸作用（通用7篇）

虹吸作用 篇1

阜康2007年退牧还草项目饲草饲料地工程, 灌区规划面积1.95万亩, 灌溉面积1.75万亩。灌区从南干渠11号分水闸引水, 根据地形条件, 引水干渠须穿过一条底宽31米, 过流量为5～20立方米的洪沟。渠道和洪沟交叉, 必须要修建一交叉建筑物。由于渠底高程510.184, 河床高程:509.873, 高差只有0.311米, 因此既要满足渠道过水要求, 又要满足洪水过洪要求, 修渡槽和涵洞, 均不能满足过洪要求。考虑修建倒虹吸从洪沟地下通过, 保持洪沟原断面, 并满足渠道过水要求。

一、结构与布置

1.倒虹吸管的布置与构造

倒虹吸管采用地埋形式, 管道采用钢筋混凝土预制管。布置方向基本与灌区引水干渠垂直。管道选择直径为1.2米, 壁厚为12厘米, 3米长的预制混凝土管。

2.管的支撑形式与构造

管道采用, 当地的土质为砂性土, 采用C25素混凝土基座梁式支撑, 转弯处采用C25素混凝土镇礅连接。 (见2—1、2—3)

3.管道与接头的形式和构造, 采用承插管构造, 橡胶圈止水。 (见2—2)

由于水质较清, 因此在设计镇礅的同时, 不做排沙设施设计。固有停水或修水期, 由人工对管道内部的泥沙进行清淤。

4. 进出口段布置

渐变段:采用扭曲面渐变。

拦污栅:采用角钢和螺纹钢筋。

节制闸:由于水头流速较小, 因此不设节制闸。

连接段:采用矩形口进行连接。

沉砂池:由于水有南干渠引水, 水头和流速不大, 因此不设沉砂池。

进出口:采用矩形, 连接室挡土墙连接, 连接形式矩形口。

5. 管道的镇礅与开孔

根据经验, 镇礅的长度为直径DB1.5～2倍, 底部最小厚度为管璧厚度的1～3倍;镇礅顶部及侧墙最小厚度约为管壁厚度的1.5～2.0倍, 镇礅中圆弧段的外径R外一般为管内径DB的2.5～4倍。本设计管道与管径初步拟定尺寸为1.2米, 管壁厚0.12米设计镇礅长度为1.8米, 底部厚度为0.6米, 镇礅顶部厚度为0.3米, 圆弧段的外半径为266, 与水平面夹角为7度。 (见2-3)

二、水力计算

倒虹吸水力计算的目的是通过水力计算确定管道的横断面尺寸与管数, 以及进出口段的布置尺寸与高程的关系。

三、进出口水力设计

进出口水力计算内容包括:1进出口渐变段的长度;2进口沉砂池;3.出口消力池;4.通过小流量时, 进出口水跃的处理;5.加大流量时壅水位的确定。由于地形坡度较缓, 水源为南渠放水闸引水, 设计流量为2米/秒水质较清, 且流速0.467米/秒较清。因此在进出口段设计时, 取消了沉砂池和消力池的设置, 采用陡坡引流避免水跃。

四、钢筋混凝土管的设计

等级划分与结构要求计算

设计过水流量为2立方米《根据灌溉与排水规范》GB50288-99工程等级为5级永久型建筑物。

钢筋混凝土管, 根据运用要求, 其结构计算内容应包括如下项目的一部分或全部;1.结构的强度计算以及必要的稳定计算;2.抗裂度验算;3.刚度及变形计算。上列项目中, 第1项是各种结构不可缺少的基本项目, 由于倒虹吸管在均匀内水压力作用下, 横向计算时进行第2项抗裂度验算, 至于第3项则为跨度较大的梁式管所必须计算的项目。

摘要：本文叙述了倒虹吸在渠道设计中的作用以及计算要求, 简单阐述了新疆灌区渠道设计的几点经验。

关键词：倒虹吸,渠道设计,作用

参考文献

[1]《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99, 1999, 7.

[2]李炜.水力计算手册[M], 中国水利水电出版社;2006.

[3]刘肇袆.灌溉与排水分册[M], 中国水利水电出版社;2001.

[4]王庆河.农田水利学[M], 中国水利水电出版社;2006.

虹吸作用 篇2

关键词：虹吸雨水系统,超大屋面,汇水面积,雨水沟

伴随建筑业的飞速发展和社会的需求, 建筑形式更加多样。多功能商业中心、会展中心、机场航站楼及工业建筑等大型 (超大型) 建筑综合体在各大、中城市如雨后春笋般不断涌现。大型屋面雨水排除系统的设计也越来越受到人们的重视。

屋面雨水排水系统分为重力流系统和虹吸 (压力流) 系统两种形式, 两种系统均已有较成熟的理论基础, 其各自的适用场所现行规范中也已有明确规定。然而, 建筑物不同的使用功能、建筑造型、屋面构造、建筑规模等因素均会对屋面雨水排水系统的形式及使用效果产生影响, 必须引起设计者的充分重视。本文将通过对厦门海沧生态花园工程的雨水系统设计及与建筑结构专业的配合情况介绍, 谈大型屋面虹吸雨水排水系统设计的一些经验和体会。

1 工程概况

厦门海沧生态花园工程, 总建筑面积357359.70m2, 建筑总占地面积49941.68m2, 总建筑高度142.50m。地下两层为设备用房及车库;地面上裙房两层, 使用功能为综合商业体;裙房屋面上有七幢住宅楼, 住宅层数分别为31~46层。

2 屋面雨水排水系统选择

(1) 住宅屋面雨水排水系统:按照《建筑给水排水设计规范》4.9.10条, 七幢住宅屋面雨水均采用重力流内排水系统。屋面设雨水斗, 通过连接管及悬吊管汇入敷设在管井中的各雨水立管, 雨水立管在地下一层顶板下引至室外, 接入室外雨水井。

(2) 裙房屋面雨水排水系统:按照《建筑给水排水设计规范》4.9.10及4.9.11条, 裙房屋面雨水采用虹吸式排水系统。虹吸式雨水排水系统由于管内流态随雨水量的大小变化呈重力流、压力流的转换状态, 具有流速快、排水量大的优势。相同屋面汇水面积与重力流雨水系统相比可减少管道数量或减小管道的管径。由于雨水斗的特殊构造和管内的虹吸作用, 屋面雨水沟及室内悬吊管均不需设置坡度。因此, 虹吸式雨水排水系统为大型屋面建筑的雨水排水系统提供了高效、节约空间、经济适用的良好途径。

(3) 存在的主要问题:

(1) 海沧生态花园裙房屋面计算汇水面积为95080m2, 汇水面积按照屋面的水平投影面积计算, 高出屋面部分的侧墙最大受雨面面积按规范折算。将庞大的汇水面积合理划分为各雨水排除系统所对应的面积是决定雨水排水系统的关键。

(2) 该工程裙房屋面使用功能多样, 除七幢超高住宅在裙房屋面拔地而起外, 还设有符合规范的消防车灭火通道;形状不规则的泳池及与之配套的附属用房;层数为三层的幼儿园。见图1。

(3) 裙房二层为某大型超市, 超市对净高要求非常严格, 不允许与超市无关的的管道布置于超市货架上方。故虹吸雨水斗无法布置于屋面中央, 只能布置于屋面边沟内。同时由于该工程屋面构造复杂, 且屋面面积较大, 屋面设置较多沉降缝。雨水沟无法穿越沉降缝, 造成部分雨水沟需很长距离方能排至屋面周边雨水沟。

(4) 由于为达抗浮目的, 裙房屋面结构面层上有0.4~0.6m厚的抗浮混凝土构造层, 为满足环境需求, 屋面有大面积的绿色植被, 种植屋面及抗浮构造层高度近1.2m。及时有效的排除覆土及植被区的雨水, 为该工程屋面雨水系统设计增加了难度。

3 海沧生态花园工程裙房屋面雨水排水系统介绍

(1) 雨水量计算:依据厦门市暴雨强度公式, 重现期P=30年, 5min暴雨强度q=6.38L/s·100m2设计虹吸雨水系统。取P=50年, 5min暴雨强度q=6.82L/s·100m2对设计虹吸雨水系统进行溢流校核计算, 校核结果不需设置溢流系统。

(2) 雨水汇水面积划分:如图2所示, 住宅之间的裙房屋面尽量将雨水汇流至屋面外周边雨水沟, 不具备设置雨水沟处屋面设虹吸式雨水斗, 其周围屋面按坡度控制汇水面积。

除上述外, 剩余的大量裙房屋面上, 沿消防车道布置雨水沟, 雨水沟按平面位置分别承担两侧汇水面积使得整个屋面汇水面积得以较均匀划分。

幼儿园屋面雨水由雨水斗及管道引流至裙房屋面汇流至屋面雨水沟。

虹吸雨水排水系统雨水沟虽可不设置坡度, 但由于屋面面积过大, 屋面雨水沟总长度过长, 按一定沟长变化沟底标高以保证各虹吸系统的汇水区域。在屋面雨水沟内设虹吸式雨水斗, 共设40个虹吸雨水系统, 111个虹吸式雨水斗, 最大排量为100L/s。

(3) 屋面雨水沟的形式及构造:裙房屋面主要功能分为车道、广场及绿化几部分。根据使用功能不同其各自填充的表层材料也不相同:

车道为不透水层路面, 因此, 在结构层上用300mm素土夯实及300mm级配碎石垫层作为抗浮层, 其上为300~350mm的混凝土及面层。车道雨水由道牙间隔为20m, 管径为100mm短管接入雨水沟, 车道表面坡向雨水沟。

广场处在结构层上用600mm厚C20素混凝土作为抗浮层, 抗浮层上表面坡向雨水沟。其上为300~350mm天然级配碎石垫层及面层。

绿化处在结构层上用600mm厚C20素混凝土作为抗浮层, 抗浮层上表面坡向雨水沟, 其上面再根据需要为种植土回填。

上述三种形式屋面面层构造分别见附图3~5。 (厂家大样1-3, 其中1要讨论后修改) 。

不同构造的屋面与雨水沟的连接形式见图6 (详图) 。图中连接屋面含水层与雨水沟间的140mm×80mm的排水孔沿雨水沟均匀布置, 间距为750mm。

上述屋面结构、屋面雨水沟布置形式及构造, 在使用功能复杂面积庞大的裙房屋面无论是透水地面、不透水地面还是含水层与底板间形成一个系统完整、流向有序、顺畅而无疏漏的屋面雨水排除体系。

(4) 压力雨水管道系统:在雨水沟内布置虹吸式雨水斗, 由于雨水沟的集水作用, 雨水斗更有利形成淹没条件使管道系统形成压力排水。

裙房屋面雨水管道系统的设计计算是在总汇水面积及总降雨量计算基础上, 确定雨水斗口径及数量, 布置雨水斗, 构成屋面雨水排水的管道体系。在初步计算出悬吊管、立管及排出管管径后, 对系统最大负压值 (悬吊管与立管连接处) 不同支管计算到某一节点的压力值及系统出口压力余量进行校核计算并使之满足压力雨水排水系统规定的计算条件。虹吸雨水管道系统见附图6 (任意雨水系统图) 。

4 总结

厦门海沧生态花园工程超大裙房屋面虹吸雨水系统设计, 是多专业密切配合、和谐共创的智慧结果。

(1) 方案阶段水专业选择合理可行的屋面雨水排除方式是解决问题的关键。面对使用功能多样、构造复杂的裙房屋面, 水专业设计者应与建筑、结构专业相关设计人员清晰、明确的表达设计意图, 求得各专业的理解和技术支持。

建筑专业将屋面各部分使用功能与汇水面积划分及雨水沟的布置进行协调统一, 使庞大的多功能屋面即保证人流车流合理畅通, 又能将复杂的虹吸雨水收集及排除系统安全完好的隐藏在屋面内部, 这需要建筑专业的综合技巧和技能。而结构专业则为上述方案的实现提供了安全保障的技术支撑。

(2) 海沧生态花园工程裙房屋面虹吸雨水排水系统若想达到预期的设计效果, 除设计合理外, 还要有施工技术和施工工程人员的技术素质进行保障。为此, 设计说明中明确要求:该系统包括雨水斗、HDPE专用管材及管件、紧固系统等应为同一专业厂家生产, 并且材料及计算软件取得BBA认证;虹吸雨水供应商应该有十年以上的系统应用经验, 并提供十年以上质量保证。

所有进行该虹吸雨水排放系统施工的工人必须经专业应用工程师进行现场培训后方可进场施工。

系统施工完毕后, 由相关主管部门主持按《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002进行验收, 需达标后投入使用。

屋面虹吸式雨水排水系统 篇3

目前国际上虹吸式雨水排放技术已经很成熟。该技术就是利用虹吸原理, 雨水排放时在管道中形成满管压力流, 利用建筑物屋面高度和雨水所具有的势能, 产生虹吸现象, 屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排出室外, 从而迅速排除屋面积水。下面就对屋面虹吸式雨水排放系统的工作情况、系统组成以及施工方法做较为详尽的描述。

1 工作原理

虹吸现象在我们日常生活中经常可以看到。其工作原理就是当两个液面存在高差时, 此高差部分水通过事先装满水的管道在重力作用下的流动, 从而使上部管道中产生负压, 水就会不断地被排放。高差越大, 管内的水流速度越大, 排水越迅速。虹吸式屋面雨水排放系统就是利用这一原理, 当雨水来临时, 屋面逐渐形成积水, 当屋面雨水达到一定高度时, 通过控制进入防漩涡式雨水斗, 从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量, 使得系统中排水管道呈满流状态, 当雨水通过管道变径时, 在此处产生负压, 加快雨水排放的速度。

2 工作状态

虹吸式雨水排放系统管内压力和水的流动状态是不断变化的过程。降雨初期, 雨量一般较小, 悬吊管雨水流态是有自由液面的波浪流。根据雨量大小的不同, 部分情况下无法形成虹吸作用, 是以重力流为主的流态。随着雨量的增加, 管内逐渐呈现脉动流, 进而出现满管气泡流和满管汽水混合流, 直到出现单项流状态。降雨末期, 雨水量减少, 雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值, 雨水斗逐渐有空气掺入, 排水管内的虹吸作用被破坏, 排水系统又从虹吸状态转变为重力流状态。在整个过程中, 随着雨水量的变化, 悬吊管内的压力和水流状态出现反复变化的情况。与悬吊管相似, 立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流、汽水混合流过渡, 最终在虹吸作用形成时, 出现接近单项流的状态。

3 系统组成

与传统的重力流排水系统组成一样, 虹吸式排水管道系统的组成为:雨水斗、管道及管道配件。

一般来说, 雨水斗的设计是整个虹吸系统能否按设计要求工作的关键所在之一, 它的稳流性越好, 产生虹吸所需的屋面汇流高度越低, 总体性能越优越。目前常用的雨水斗的材质有HDPE、铸铁或不锈钢。

管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分, 管道的变径可以加速雨水斗排放和流量, 必须确保系统安全可靠, 高效持续的运行。虹吸式屋面雨水排放系统管道要求具有相当的承压能力、较高的防火性能, 并做到尽可能降低噪声、吸收振动, 最大程度满足抗温度变化引起的形变。目前最常用的管道材质为HDPE管材。HDPE管具有以下主要优良性能:1) 抗寒性能。充满水的HDPE管道被冻结后, 管道会随着结冰情况发生弹性伸缩, 一旦冰融化, 管道可自行恢复到原来状态, 不会发生丝毫损伤。2) 抗外力。在室温情况下, HDPE管的抗压性能极佳。在温度很高或极端低温条件下 (约-40 ℃) 管道仍能抗外力。3) 耐火性。HDPE管是阻燃性物质, 管道在火中燃烧不会放出有毒气体。4) 噪声低。HDPE管是软性材料, 弹性模量E小, 管道能限制以空气或固体为载体的声音传播。5) 抗辐射性。通过添加碳黑, HDPE管能抵抗由太阳紫外线引起的管材老化脆化现象。

4 系统主要技术要点

系统的一体性与密闭性是整套排放系统的关键点。为保证虹吸排水的产生和持续作用, 就要求从雨水斗到管道整个系统是一体的, 各部分紧密连接。如果雨水斗有一个完全敞开的入口, 空气就会在水流旋转作用的带动下, 从入口处进入整个雨水排放系统, 这样就无法形成满流形成虹吸状态, 也就无法形成高效的虹吸式排放系统。因此, 只有当雨水口的入口处半敞开时, 才能有效阻止空气随时进入系统, 当斗前水满足一定要求时, 能够形成水封, 完全隔断空气, 迅速形成虹吸作用。除了保证在入口处有效阻止空气进入, 还必须保证管道中没有空气进入。所以另一个要求就是系统的完全密闭性, 要保证管道无渗漏。因为在虹吸作用时, 管道内的水流是压力流状态, 管壁承受压力, 接口处容易发生渗漏, 另外一旦发生渗漏, 管内压力状态发生改变, 影响正常的虹吸作用。

4.1 雨水斗

1) 虹吸式屋面雨水排水管雨水斗至过渡段总水头损失与过渡段流速水头之和不得大于雨水斗至过渡段的几何高差;2) 各雨水斗至其过渡段的水头损失允许误差应小于5 kPa, 一般来说雨水斗之间的距离不能大于20 m;3) 雨水斗离墙至少1 m;4) 雨水斗顶面至悬吊管管中的高差不宜小于1 m。

4.2管道系统

1) 悬吊管设计流速不宜小于0.75 m/s, 立管设计流速不宜小于2.2 m/s;2) 过渡段下游的流速不宜大于2.5 m/s, 若大于2.5 m/s应采取消能措施;3) 虹吸雨水管道要求管内负压不超过-0.08 MPa;4) 管道施工时当水流有90°的方向改变时, 此处采用双45°弯头、支管汇集处采用斜45°三通。

4.3检验与试验

在系统管道完成后, 排水管道按规范要求做灌水试验。系统灌水试验合格后, 还要求做排水性能试验。

5经济效益分析

虹吸式雨水排水系统在一定程度上可降低工程造价。主要表现在以下方面:1) 虹吸式雨水排水管道均按照满流有压状态设计, 排水管泄流量远远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量, 也就是说排泄同样的雨水量, 采用虹吸式排水系统的排水管管径要小于重力排水系统的排水管管径;2) 虹吸排水系统中雨水悬吊管内水流在负压抽吸作用下流动, 悬吊管可做到水平无坡度敷设, 悬吊管接入雨水斗的数量不受限制, 这样可以减少雨水立管的数量;3) 虹吸式雨水斗排水量远远大于普通重力流雨水斗, 能够迅速排除屋面雨水, 雨水斗前水深较浅, 降低了建筑物屋面荷载要求, 能够大大节约工程造价;4) 选用虹吸式雨水排水系统时, 大大提高空间的两用, 尤其在室外排管时为建筑物地下室错综复杂的机电管线排布提供了便利。

虹吸式雨水排水系统与重力流雨水排水系统的优缺点可从表1反映。

虹吸式雨水排水系统在雨水斗布置、管线走向布局方面便于建筑空间设计, 而且系统立管根数少、管径小, 降低了屋面荷载要求, 对于大型建筑在一定程度上降低工程造价。

浅谈虹吸雨水排放系统 篇4

(1) 雨水斗在屋面上布点灵活, 更能适应现代建筑的艺术造型, 很容易满足不规则屋面的雨水排放。

(2) 单斗大排量, 屋面开孔少, 减少屋面漏水几率, 减轻屋面防水压力。

(3) 落水管的数量少和直径小, 满足了现代建筑的美观要求以及大型标志性建筑, 各种大跨度屋面及高层建筑群楼的雨水排放。

(4) 系统安全性高, 管道走向可以根据需要设置, 在不影响建筑功能及使用空间的同时满足现代大型购物广场, 超市, 厂房, 仓库及各种网架结构金属屋面的雨水排放。

(5) 在设计流量下, 系统中满管流无空气旋涡, 排水高效且噪音小, 更能完美配合现代影院, 剧场, 会展中心, 旧点图书馆, 学校医院的声学要求。

(6) 管路设计同时满足正负压要求, 能保证通过高层, 超高层建筑全程管路满水实验检验验收, 且能避免负压失控确保系统正常运行。

(7) 由于管路直径小, 总长度少和系统安装简便所带来的管道成本和安装费用减少, 管道安装无特殊要求, 使虹吸雨水排水系统得到众多的业主和施工单位青睐。

在虹吸系统为有压系统, 因此在施工过程中有三个环节特别需要注意的。

1 雨水斗的安装

1.1 基本要求

(1) 虹吸式雨水斗应设置在屋面或天沟的最低点, 每个汇水区域的雨水斗数量不少于2个。两个雨水斗之问的间距不超过20m。雨水斗距屋面边缘的距离不小于1m, 并不大于l0m。

(2) 虹吸式雨水斗与屋面或天沟和管路系统应可靠连接。

(3) 系统接多个虹吸式雨水斗时, 雨水斗排水连接管应接在悬吊管上, 不得直接接在雨水立管的顶部。

(4) 接入同一悬吊管的虹吸式雨水斗宜在同一屋面标高。

(5) 天沟起点深度应根据屋面的汇水面积、坡度及虹吸式雨水斗的斗前水深确定。天沟坡度不宜小于0.003。

(6) 要注意雨水斗内不得遗留杂物、充填物或包装材料等, 清除流入短管内的密封膏, 再安装其他部件, 以免堵塞。

1.2 现浇钢筋混凝土屋面雨水斗安装

雨水斗安装在屋面防水施工完成, 安装时旋掉保护螺丝, 将表面清洗干净, 安装上雨水斗配套的螺杆, 装上密封胶圈。雨水斗的进水口高度, 要保证天沟内雨水能通过雨水斗排净且雨水斗要水平安装。屋面铺设柔性防水卷材时, 将卷材在螺杆位置处钻孔。用螺帽将卷材压环, 空气挡板、雨水整流栅固定在雨水斗座上。根据要求, 调节好空气挡板上部的调节螺杆, 并固定螺杆。如为混凝土屋面, 宜在雨水斗周围铺设lm2 (长宽各lm) 、厚50mm、直径大于12mm的卵石。

1.3 钢板或不锈钢板天沟 (檐沟) 内雨水斗安装

安装在钢板或不锈钢板天沟 (檐沟) 内的雨水斗, 可采用氩氟焊与天沟 (檐沟) 焊接连接。雨水斗与雨水管道连接时, 如材质不同, 可采用法兰转接或不锈钢卡箍连接。

2 管道安装

雨水管道应按设计规定的位置安装, 悬吊管不设坡度、要水平安装。

雨水立管上应按设计要求设置检查口, 检查口中心距地面1.0 m。当采用HDPE管时, 检查口的最大设置间距不大于30m。

雨水横管与立管、立管与排出管的连接弯头采用两个45°弯头或R≥4D的90°弯头。

雨水管穿过墙壁和楼板按要求设置套管。

安装过程中, 管道及雨水斗的敞开口应采取封堵措施。

悬吊系统应避免穿越建筑沉降缝伸缩缝。当因现场情况无法避免时, 应根据系统管材的特点, 考虑不同管材的挠度, 采取相应措施。

根据虹吸雨水系统独特的工作原理及系统运行时会产生较大的震动, 因此现在有一种管道固定方法。该系统具有以下特点。

雨水悬吊管因温度变化产生的膨胀变形分解到各固定支 (吊) 架之间, 使变形无法目测观察, 起到美观作用。

将雨水悬吊管轴向伸缩产生的膨胀应力由固定支 (吊) 架传到消能悬吊系统上被消解, 对建筑的结构本体不会造成影响。

能将雨水悬吊管工作状态下的振动荷通过固定支 (吊) 架传递到消能悬吊系统上利用悬吊钢结构的刚性进行消解。

使管道在固定中有效减少与屋面的固定点数量, 降低对屋面的破坏程度。

更适合于工厂化大批生产, 施工现场进行快速组装, 加快施工速度;有效提高施工的精度, 保证工程质量。

悬吊系统如上图所示, 在悬吊管上每间隔小于等于5m设置一个固定管卡, 此点与悬吊梁固定, 为不可移动的。因为PE管具有膨胀系数较大, 但膨胀应力小的特性所以固定支 (吊) 架的设置将整段悬吊管的膨胀变形分解到各固定支 (吊) 架之间, 变形无法目测察觉, 起到美观作用, 膨胀应力由固定支 (吊) 架传递到消能悬吊梁上被消解对建筑的结构本体不会造成影响, 同样悬吊管的振动也通过支 (吊) 架传递到消能悬吊梁上, 利用悬吊梁的刚性消解, 限制HDPE管的振动。悬吊管及立管均设有固定支架, 其间距小于等于6.0m, 具有防晃抗震作用。消能支吊架系统能够保证管道不下垂, 不产生水流阻塞, 防晃, 抗震, 并固定于本体结构柱墙或顶板上。

HDPE管材的连接。

(1) 热熔对焊连接:

用干净的布清除两管端污物。

根据不同的管径选用相应的夹具及托架, 将要焊接的管材置于夹具及托架上, 使两端伸出的长度相当, 在满足铣削和加热的要求下应尽可能短, 通常为25~30mm。若必要, 管材机架以外的部分用支撑物托起, 使管材轴线与夹具中心线处于同一高度, 然后用夹具固定好。置入铣刀, 先打开铣刀电源开关, 然后缓慢合拢两管材焊接端, 并加以适当的压力, 直到两端均有连续的切屑出现后, 撤掉压力, 略等片刻, 再退开活动架, 关掉铣刀电源。取出铣刀, 合拢两管端, 检查两端铣削情况。

管端为垂直的90度。

错位不超过1mm。

闭合管端的最大间隙不超过0.3mm。

检查电热板温度是否达到设定值。

不要在有大风的地方进行焊接。

不要用冷却水或者其它冷却方法来加快冷却处理时间, 因为这会损害连接的质量。

热熔对焊后管道的总长度会变短, 预制时测量尺寸要注意。

(2) 电熔连接。

垂直切割管道

清洁、弄干、刮削管端焊接处。除去屑。

在整个焊接过程中保持管端的干糙。

把管道及配件嵌入管箍连接件内, 接通电熔焊机, 开始焊接过程。

当《END》信号显示灯亮起时, 切断电熔焊机。热量显示器会从白色转为黑色。

考虑外观起见, 安装结束以后, 可去除Ф40mm~160mm的电焊管箍连接件上的电源连接插孔。

参考文献

[1]建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范[S].GB50242-2002.

[2]给水排水管道工程施工及验收规范GB[S].50268-97.

虹吸式屋面雨水排水系统设计 篇5

1. 虹吸式屋面雨水排水系统简介

虹吸式屋面雨水排水系统的原理是根据伯努利定律, 通过能实现气水分离的特殊雨水斗, 充分利用屋面与地面的高度差产生的能量使雨水管形成负压, 从而使雨水管最终达到满流状态, 当管中的水呈压力流状态时, 虹吸作用就产生了。在降雨过程中, 由于连续不断的虹吸作用, 整个系统得以快速排放屋面上的雨水。

虹吸式屋面雨水排水系统和重力式屋面雨水排水系统均由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成, 但因为系统的工作原理完全不同, 在二种不同水力条件下工作, 因此系统中各部件的功能要求是不一样的, 系统也有其相应的一套计算方法。虹吸式屋面雨水排水系统的最大改进和技术进步是开发了一种具有良好整流功能的雨水斗。雨水斗在其额定设计流量时处于淹没泄流排水状态, 不渗气、设计排水量大、雨水斗淹没泄流的斗前水深小。采用了虹吸式雨水斗的屋面雨水排水系统, 在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的水池中泄水, 经屋面内排水管系, 从排出管排出, 管道全充满的压力流状态, 屋面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。虹吸式屋面排水系统的管道在设计降雨强度下呈负压, 管材的选用应考虑承受负压的能力。但在比较小的降雨强度或降雨过程的末期, 降雨量减小, 雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到一定的值, 雨水斗开始有空气渗入, 排水管道内的真空被破坏, 排水系统会从虹吸压力流的工况转向重力流。

虹吸式屋面雨水排水系统管道内设计状态下的压力分布与一般的重力式屋面雨水排水系统有明显的区别。虹吸式屋面雨水排水系统自雨水斗连接管以下, 管道内呈负压, 在悬吊管与立管的交叉点处负压最大, 其后立管上的负压减小, 至临界点负压消失, 管道内的压力为零, 水流状态转为重力流。从上面的分析可以得出, 雨水斗的进水水面至临界总高度是有效作用高度, 在设计计算中应充分利用;另一方面对雨水斗至悬吊管的末端的总水头损失应有所限制, 以控制悬吊管末端的最大负压值。

2. 虹吸式屋面雨水排水系统特点

传统的重力式屋面雨水排水系统采用重力式的雨水斗, 流入雨水斗的雨水易掺入空气, 从而形成水、气混合流, 影响雨水斗的雨水量, 且悬吊管需要较大的管径和一定的坡度。通常, 为了维持连接在同一悬吊管上的各个雨水斗的正常工作, 连接雨水斗的数量一般不多于四只, 因而增加了雨水管的立管数量。重力式屋面排水系统因受其水力特征的限制, 造成排水立管多、管径偏大, 因此对于大面积工业及公共建筑屋面雨水排水系统来说, 它具有一定的局限性。

虹吸式屋面雨水排水系统克服了传统的屋面重力式排水系统所存在的缺陷, 其排水能力也有很大的改善和提高, 在满足水力计算的情况下, 悬吊管接入的雨水斗数量一般不受到限制, 从而减少了立管的设置;而且, 悬吊管不需设坡度, 其安装方便、外形美观;另外, 该系统按虹吸式压力流计算可以减小选用管道的直径。

3. 工程设计实例

广州市轨道交通三号线呈南北“Y”字形走向, 主线北起广州东站, 南到番禺广场;支线北起天河客运站, 在体育西路与主线汇合。线路全长36.33km, 全部为地下线路, 设18座车站、1个车辆段。车辆段的运用库天面采用网架钢结构设计, 呈“凸”字形, 长266.5m, 宽153m, 屋面总汇水面积31434m2。

设计为虹吸式屋面雨水排水系统, 共采用20个系统, YG100B型雨水斗90个, 雨水管选用HDPE管。

4. 结语

大型核电虹吸井结构设计 篇6

A P1000核电机组是现阶段建造的主流机型, 循环水系统是A P1000核电机组中的重要系统, 目前沿海核电厂大部分采用直流供水系统, 汽轮机厂房循环水系统最终在排水口处排入大海。为了保持循环水出水管中的负压, 利用水流形成的适当真空, 减少厂用电的消耗, 必须设置虹吸井结构。虹吸井结构是循环水系统重要结构, 分左右两侧, 剖面图如图1所示。

1 工程概述

本文分析的虹吸井结构位于我国广东沿海某大型核电厂, 主要建筑物为2级。由于虹吸井结构中存在许多规则结构构件, 也存在许多异形大体积混凝凝土结构, 本工程分别利用大型商业有限元软件A N SY S以及理正结构计算软件对虹吸井结构进行结构计算。

2 虹吸井结构三维有限元模型

2.1 材料参数

虹吸井结构均采用C 40混凝土, 材料参数如下:E=2.6×106M Pa, ν=0.18, γ=25k N/m3。地基为部分回填土, 将各层地基等效为均质地基, 回填土的粘聚力C=40.0k Pa, 内摩擦角准=25°, 天然容重γ2=19k N/m3, 浮容重γ'2=10k N/m3。

2.2 荷载组合

工况1:施工回填完成、虹吸井尚未正常运行。工况2:一侧检修一侧运行。工况3:正常运行工况。

2.3 计算模型及网格划分

数值模拟中, 在充分保证工程精度的条件下对整体模型进行了一些简化, 为后处理中配筋需要, 对小于壁厚不大于1.0m且厚度与最小宽度比小于10的许多薄型结构采用壳体单元模拟。

虹吸井结构与地基之间的相互作用, 采用无质量地基模型模拟, 周围的回填土材料采用只抗压的土弹簧单元模拟。虹吸井结构中为了加强结构的整体刚度布置的梁及柱等结构, 在数值模拟中采用梁单元模拟。底板及溢流堰坝结构属于大体积混凝土结构, 在数值模拟中采用实体单元模拟, 见图2。

数值模拟中, 采用了壳单元、梁单元以及实体单元共同模拟, 由于实体单元1个节点三个自由度 (U X, U Y, U Z) , 而壳单元及梁单元1个节点6个自由度 (U X, U Y, U Z, R O TX, R O TY, R O TZ) , 在实体-梁, 实体-壳连接处, 梁与壳的转动方向位移无法传给实体单元导致弯矩在梁与壳内集中。为消除这一影响采用, 利用A N SY S中提供的M PC算法, 即刚性接触对方法在目标面上自动生成虚拟壳单元进行连接[1,2]。

2.4 边界条件的施加

虹吸井整体结构底部座落的岩体结构采用了实体单元模拟, 假定泵房结构与底面不可能存在脱离情况, 泵房结构与岩土结构采用共节点模拟, 对于岩体四个侧面约束其法向位移, 底部3个自由度全约束。

3 计算结果与分析

通过有限元整体模型计算, 对其抗浮以及地基承载力进行了分析, 对公式法计算结果进行了校核。其他内力工况计算结果见表2。

通过3D有限元整体分析模拟, 可以得到虹吸井结构侧墙体、主梁-次梁结构的内力结果, 见表3~表4。对于虹吸井过水堰体结构, 由于这个结构属于异形的大体积块体结构, 在设计时采用P.B ISC H Sechaud&M etz方法进行有限元配筋。

通过3D有限元整体分析模拟, 应力云图见图3~图4。

4 总结

本文结合广东沿海某大型核电虹吸井结构设计分析, 按照工程结构设计的各荷载工况, 对虹吸井结构进行三维有限元分析。对虹吸井结构的位移、应变、应力情况进行了分析, 并根据分析结果进行了虹吸井结构的配筋设计, 从应力、位移分析结果来看, 可以得到如下结论:

1) 虹吸井结构在各个工况下的最大位移和典型节点相对位移较小, 说明虹吸井结构具有足够的刚度和整体性。

2) 溢流堰结构上各节点在各个工况下均为压力, 只有极少数局部出现拉应力, 在这些位置适当增加钢筋即可满足结构的抗弯承载力的要求, 这说明虹吸井结构总体设计上是合理的。

参考文献

[1]张运良.大型架空输水箱涵的抗震稳定性分析[J].水电能源科学, 2008.

屋面虹吸雨水排水系统设计与施工 篇7

屋面虹吸雨水排水系统的设计是精确、严谨的,否则系统只能在设计的近似范围内运行,或者根本就不能形成虹吸。为保证每一个步骤均能达到设计要求,应严格按照如下设计流程展开设计工作。

1.1 设计流程

设计流程,见图1。

1.2 设计依据

1.2.1 有根据的准确的基础资料。

1.2.2 项目所在地区的气象参数。

1.2.3 降雨历时5 min的暴雨强度或其计算公式。

1.2.4建筑结构设计图:1)建筑屋面平面图。图上应标明:(1)屋面汇水面积的划分,屋面坡向和坡度,各屋面之间的高差,平面尺寸应满足计算汇水面积的要求;(2)建筑屋面平面的标高,各分水线的标高,汇水点的标高;(3)建筑屋面平面上的天沟或檐沟的准确位置,沟的坡向、坡度,沟的宽度和深度,沟底标高,无天沟的平屋面应标出各汇水点的标高。2)建筑物各层(包括首层和地下各层)平面图、剖面图。3)建筑物屋面结构平面图、剖面图、雨水斗设置处的结构详图。4)屋面建筑构造图,排水沟详图以及防水层大样。

1.2.5 室外雨水管设计图。

图上应标明:1)室外雨水管位置、排水管径,管底标高。2)屋面雨水排水系统的立管出口与室外雨水管连接点位置和连接点标高。

1.2.6 安全措施要求:

1)在建筑平面图上标出安全溢流口的位置。2)给出屋面防水和结构荷载允许的屋面最大积水深度。

1.3 基本规定

1.3.1 设计参数选取:

1)设计降雨历时、设计降雨强度、汇水面积、设计雨水流量等的计算及暴雨强度修正系数、屋面迳流系数等的取值,要符合现行国家标准GB 50015—2003《建筑给排水设计规范》的有关规定。2)降雨重现期的确定,应根据建筑物的重要程度、汇水区域性质等因素确定,一般性建筑取5 a,重要建筑取10 a。虹吸雨水系统与所设置的溢流口或溢流装置的总排水能力,应达50 a(特别重要或危险性特大的可取100 a)设计重现期的雨水流量。3)当业主或设计院设计师提出特殊要求时,在系统安全、可靠的前提下,可按其要求进行取值。

1.3.2 雨水斗设置:

1)屋面的每1个最低点至少配置1个雨水斗;建筑屋面各汇水区域范围内,不论其面积大小,雨水斗的设置均不少于2个。2)设置在同一个虹吸雨水系统上的雨水斗,其进水口宜在同一水平面上。3)靠近雨水立管的顶端,不得直接设置雨水斗。4)弧形或抛物线形屋面,当其天沟不在同一水平面上时,宜在等高线或汇水分区的最低处集中设置多个雨水斗,再按不同水平面上的雨水斗分别设置独立的虹吸雨水系统。5)在平屋面设置雨水斗时,雨水斗的单斗流量不宜过大,屋面找坡应坡向雨水斗,以满足斗前水位的要求。

1.3.3 雨水斗排水能力Qd计算:

式中:Qd———虹吸雨水斗排水量,m3/s;d———雨水斗出水短管内径,m;H———雨水斗顶部至出水口的高度,m;P———虹吸系统设计最大负压,m(水柱)。

屋面虹吸雨水斗的排水量取决于三个因素:雨水斗顶部至雨水斗出水口的高度,雨水斗出水短管的内径大小,虹吸系统的最大负压大小(m水柱)。

1.3.4 设计雨量Q计算:

式中:Q———设计雨量(屋面雨水量);K——降雨强度系数;q5———5 min暴雨强度值,q5=167i;i———5min平均降雨量,i=H/t;t———降雨历时,一般按照5min计算;Fw———屋面汇水面积,m2,由屋面水平投影面积及高出屋面侧墙折合面积组成。

1.3.5 屋面天沟设置:

1)雨水斗设置在天沟或檐沟内时,天沟的宽度和深度应满足雨水斗的安装要求。一般天沟的宽度不宜小于500 mm、深度不宜小于300 mm,具体项目的天沟尺寸应以计算校核确定。2)天沟或檐沟的沟底应在同一水平面,沟底无需有坡度,沟内不应有任何分隔。3)天沟尺寸校核:屋面汇水流量Qy=Kq5Fw。式中:K———降雨强度系数;Fw———屋面汇水面积,m2;q5———降雨强度(L/s×100m2,即每1 s在100 m2内的水量)。天沟断面过水流量Qt=AtVt。式中:Vt———天沟过水断面流速,1/n×R 0.667×i0.5;At———天沟断面积,WD,其中W为宽,D为深;R———水力半径,At/(W+2D);i———天沟坡度;n———天沟底面材质粗糙系数。当Qt>Qy,所取天沟尺寸合理。

1.3.6 管道系统设置:

1)悬吊管与雨水斗出口的高差,宜大于1.0 m。2)悬吊管不宜穿越建筑物的伸缩缝、沉降缝和抗震缝,如必须穿越,应采取必要的补偿措施(设置伸缩节,金属波纹管等)。在穿越防火墙或其它防火分隔体的时候,应加阻火圈。3)悬吊管的设置,应首先选择以立管为中心,侧向对称布置方式;如不可能,可选择单侧布置方式。4)虹吸管道系统各节点上游不同支管的计算水头损失之差,在管径小于等于DN75时,不应大于10 kPa;在管径≥DN100时,不应大于5 kPa;超出时应采取变更管径、增加支管长度和局部损失或改动系统组合等方法,调正后,再行复算。5)悬吊管水头损失不得大于80 kPa。6)不同高度的屋面,彼此之间又有较大高差时,宜分别设置立管和出户管。7)立管距地面1.0 m处,应设检查口;如有需要,悬吊管可相应地设置清扫口,但须确保系统的气密性。8)悬吊管内的设计流速不宜小于1.0 m/s;立管内最小流速不宜小于2.0 m/s,不应大于10 m/s,立管底部接至室外窨井的排出管应放大管径,管内流速不宜大于2.5 m/s。9)立管的末端或检查口以下及接至室外的排出管应加大管径,按重力流(非满流)系统计算。10)大面积屋面(5 000 m2以上),须至少设置2套以上彼此独立的屋面虹吸排水系统来完成排水任务。11)管道应固定在建筑物承重结构上;管道可不设坡度;管道不应穿过对安静有较高要求的的房间;管道表面如可能结露的,应采取防结露措施。

1.3.7 安全溢流口设置:

1)虹吸式屋面雨水排水系统除外檐沟外,均必须设安全溢流口。2)安全溢流口或溢流立管的溢流量,必须按设计重现期总排水量减去虹吸式的设计雨量进行计算。3)有女儿墙的屋面,应在女儿墙上设矩形堰。女儿墙上矩形堰设计流量Q=mB(2g)1/2H03/2。式中:Q———矩形堰流量;m———矩形堰流量系数,薄壁堰取450、宽顶堰取385;B———矩形堰顶宽度;g———重力加速度;H0———矩形堰前水位。4)溢流水位以下的水深荷载,应提供结构专业核准。5)溢流口应标注在建筑专业图纸上,屋面天沟的溢流口,宜设于天沟末端的最低处。溢流口上不得设格栅或其他装饰物。溢流口采用无组织排水时,不应危及本身或影响相邻建筑物的安全;溢流口采用有组织排水时,可设置多个雨水斗组成溢流口接至溢流立管,单独排向室外。

2 施工安装工艺

2.1 雨水斗安装

2.1.1 金属屋面天沟内雨水斗安装:

见图2。1)根据图纸确定雨水斗在天沟中安装的轴线位置,然后根据雨水斗规格型号的不同,画出安装开孔线。2)按照开孔线实施开孔作业,孔的大小以能放入斗体的下沉部分为宜,一般开孔直径比斗体直径大2 mm。开孔作业时,应采取防止天沟及孔口边缘变形的措施,开孔后应对孔口边缘进行刮(磨)处理。3)把雨水斗放入天沟孔内,划出螺栓开孔位置,取出斗体,用电钻进行开孔。4)按照雨水斗安装说明书及要求安装雨水斗及其它部件。雨水斗安装完毕后应进行表面清洁和完善成品保护措施,防止杂物进入斗体内。5)若图纸有特殊安装要求,按设计图纸要求执行。

2.1.2 混凝土屋面天沟内雨水斗安装:

见图3。1)根据图纸确定雨水斗在天沟中安装的轴线位置,将雨水斗体连同防水压环固定螺栓预埋在已确定位置的混凝土中。2)在预留孔中安装雨水斗,孔洞要打毛、冲洗,灌浆所用水泥砂浆配比要比该处结构层高一个标号,灌浆要分2次或3次完成,每次都要做灌水试验,灌水不渗漏,后续灌浆可一次完成。3)预埋斗体后应进行表面防护工作,以防杂物进入斗体,造成管道堵塞。4)旋掉防水压环固定螺栓上的定位螺母,将表面清洁干净,装上自粘密封圈,铺设柔性防水卷材,再用螺帽将防水压环紧固在雨水斗斗座上。5)依次安装整流装置、导流罩。6)雨水斗安装完毕后,应进行表面清洁和成品保护措施。

2.2 雨水斗与管道连接

雨水斗与管道常见的连接方式有:喉箍连接、法兰连接、氩弧焊接,见图4。

2.3 管道安装

2.3.1 HDPE悬吊管安装:

见图5。1)按设计的数量和位置先把安装片焊接在屋面钢结构上,如果是钢筋混凝土结构,则用膨胀螺栓把安装片固定在钢筋混凝土屋面板下方,用螺杆、方钢卡把方钢固定起来,调整至设计标高并保持水平。2)依据计算出的适当管卡间距,把悬吊固定管卡、悬吊滑动管卡固定在方钢管上。对没有流量汇入的悬吊管,以5 m的间距固定一个悬吊固定管卡(与固定套环配套使用);对有流量汇入的悬吊管三通处和悬吊管与立管连接处,均要加设固定管卡(与固定套环配套使用)。悬吊滑动管卡则根据各段管道的规格,按管道直径的10倍均匀分布。3)把预制好的HDPE管套入悬吊管卡固定就位,固定管卡处要加设固定套环,防止管道发生轴向位移。调整管道,使整个悬吊管道保持在同一水平上。

2.3.2 固定套环安装:

见图6。

2.3.3

无法制作悬吊系统或管径≥200 mm的HDPE管的安装:可采取直接悬吊安装。

2.3.4 HDPE管二次悬吊系统常见的安装固定形式:

见图7。

2.3.5 HDPE立(悬吊)管安装:

见图5。1)按要求的间距,把安装片焊接固定在钢结构柱子或用膨胀螺丝固定在钢筋混凝土柱子、墙壁上。2)通过立管卡、M18螺杆,把HDPE管固定在柱子或墙壁上。3)HDPE立管按照≤6 m的间距,安装固定套环。

2.3.6 不锈钢管和涂塑钢管等金属管道安装:

不需要用二次悬吊固定系统安装,可用管卡直接悬吊安装。

2.3.7 常见的套管安装形式:

见图8。

2.3.8 管道阻火圈及波纹伸缩器安装:

HDPE管道穿越防火墙或楼板时需要加设阻火圈,阻火圈的安装方法见图9。

2.3.9 波纹伸缩器安装:

见图10。1)不锈钢波纹伸缩器与管道之间,采用法兰连接保证系统密封性。2)安装完毕后,松动相关螺栓,保证波纹伸缩器的规定伸缩量。

2.3.1 0 系统灌水试验和隐蔽验收:

系统灌水试验和隐蔽验收,是虹吸雨水系统安装工程中两个非常重要的质量控制点,关系到系统的验收和运行。在施工过程中要做好以下工作:1)系统安装完成后应做灌水试验,灌水高度必须到雨水斗,灌水试验持续1 h,以不渗不漏为合格。试验合格后,要及时向甲方、监理办理灌水试验记录签署手续。2)敷设在地下、管井、装饰层内的管道,在灌水试验合格后,需向甲方、监理提出隐蔽验收申请,验收合格后签署隐蔽验收记录表,最后对管道进行隐蔽。

3 结语

虹吸雨水系统在国内运用近10 a的时间,《虹吸式雨水斗的施工标准图集》、《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》、《虹吸式雨水斗》(生产标准)在国内也相继发布,可以说虹吸雨水系统的产品配套、设计和施工技术已经成熟。以上是本人在工作过程中对虹吸雨水系统的设计及施工几个技术要点的总结,供参考。

参考文献

[1]裴国霞,唐朝春,李玉柱.水力学[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]GB 50015—2003建筑给水排水设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

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[4]CJJ 127—2009建筑排水金属管道工程技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[5]高羽飞,高峰.全国注册公用设备师执业手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.