1、工程概況

　　北京中關村科貿中心，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。是集科技會展、科技產品交易、商貿辦公、商務公寓、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純地下配套部分組成，兩者建設永久性沉降縫，該部分與主體建筑的基底標高相同。主體結構采用框架—剪力墻結構。地下部分建筑面積共58568㎡，屋面總匯水面積（含側墻）約2.29萬㎡，設計采用虹吸式屋面雨水排放技術，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。按北京地區(qū)當?shù)?年重現(xiàn)期5分鐘暴雨強度q5=5.06l/s（100㎡）設計，設計雨水總排水量為1159l/s。

　　2、重力式雨水系統(tǒng)設計方案

　　2.1設計原則

　　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)只能采用內排水方式設計；由于屋面面積較大，系統(tǒng)設計盡可能采用多斗連接排水以減少雨水立管數(shù)量，當采用多斗排水時，一根懸吊管及立管上雨水斗最多不得超過4個；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處或其他必要處應設置檢查口；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，設計選用65型平箅型雨水斗，自由堰流排水，單斗泄流量≤12l/s。

　　2.2設計思路

　　本建筑共有16個大小不同的獨立屋面，15個不同屋面的標高，其屋面結構高低錯落，比較復雜。其中，91.6m、86.4m、54.8m和45.55m標高處的屋面為設備機房和樓梯間的屋頂，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排水方式設計。其中，屋面中間地帶范圍的雨水，經各雨水懸吊管連接后立管布置在四個結構核心筒的綜合管道井內；而屋面外延地帶范圍的雨水，經各雨水懸吊管連接后立管布置在建筑物外墻內側沿結構柱敷設；所有雨水立管進入地下一層高位后轉懸吊管引至地庫外圍剪力墻出戶。

　　2.3設計成果

　　經屋面雨水分區(qū)及水量計算，按重力式雨水系統(tǒng)設計，本項目需要選用65型平箅型重力式雨水斗108個，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置34個1.6m深的雨水檢查井。系統(tǒng)主要工程量及工程概算造價見下列條件。

　　重力式雨水系統(tǒng)

　　主要工程量材質造價概算

　　65型重力式雨水斗108個低壓鍍鋅鋼管　￥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

　　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㎡面積計算，本項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)設計，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售價1.2萬/㎡計算，應用虹吸系統(tǒng)在本項目中可節(jié)約的使用面積的價值為170.1萬元人民幣。

3、虹吸式屋面雨水系統(tǒng)設計方案

　　3.1設計原則

　　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，封閉管道內各處水的不同勢能而形成管道的真空狀態(tài)，使管道內的壓力小于外界壓力，從而將屋面雨水抽吸進入雨水系統(tǒng)并迅速將之排放。任何一個虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)的內部連接都必須是緊密的、環(huán)環(huán)相扣的，并保證氣密性，在管網中的任意一個位置設計參數(shù)的改變，。即設計中的管網水力平衡實際上是一個動態(tài)平衡的過程，在平衡計算的過程中要滿足以下原則，系統(tǒng)的設計運行狀態(tài)才是可行的。

　�。�1）雨水進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）任何管段的負壓值大于管道的工作負壓值；

　�。�6）任何管段內的負壓值大于水的蒸發(fā)壓力；

　　（7）滿足施工現(xiàn)場的實際現(xiàn)狀和施工要求；

　　因此，虹吸式雨水排放系統(tǒng)在建筑工程上應用的核心技術是系統(tǒng)的平衡計算，對于任何虹吸系統(tǒng)來說，無論是復雜的系統(tǒng)還是簡單的系統(tǒng)，只要滿足計算規(guī)定及施工要求，其系統(tǒng)的設計才是可行的。

　　3.2設計思路

　　在進行重力式雨水系統(tǒng)設計時我們分析過屋面，16個大小不同的獨立屋面，15個不同屋面的標高，設計時將91.6m、86.4m、54.8m和45.55m標高處的設備機房和樓梯間屋頂?shù)挠晁�以外排水方式重力流匯集至大屋面，將小流量雨水匯集成大流量，這部分處理跟重力式相同。匯集后的雨水再應用虹吸式按內排水方式排放。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)，再配合不同標高屋面的雨水接入同一系統(tǒng)時的各水量的平衡計算。另外，管道的平面布置不需要設置坡度，所以可將各雨水懸吊管連接后立管布置在七個結構核心筒的綜合管道井內，各戶內區(qū)域不設置雨水立管，以盡量減少立管數(shù)量；同時所有雨水立管進入地下一層高位轉懸吊管后，再進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設計成果

　　虹吸式雨水系統(tǒng)

　　主要工程量材質造價概算

　　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

　　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

　　經屋面雨水分區(qū)及水量計算，按虹吸式雨水系統(tǒng)設計，本項目需要選用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置4個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㎡面積計算，本項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

　　從以上對北京中關科貿中心重力式雨水系統(tǒng)和虹吸式雨水系統(tǒng)的設計分析及造價對比看，本項目應用虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)是既增強了系統(tǒng)的使用功能又非常經濟劃算。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電安裝空間內敷設需要安裝坡度，這樣既浪費了安裝空間又增加了機電綜合協(xié)調布線的難度；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了寶貴的建筑使用空間，本項目采用虹吸式雨水系統(tǒng)，僅減少的立管所占用的建筑實用面積就高達141.75㎡，其價值已遠遠超過雨水系統(tǒng)的工程造價。