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摘要：目前，屋面雨水排水系统设计可采用两种系统。一种为国内通常采用的传统重力式雨水排水系统（以下简称重力式排水系统）；另一种为近十几年来国际上迅速发展起来的虹吸雨水排水系统。结合南京南站项目工程实例，充分论述了虹吸雨水排水的优越性，能加快排水速度，减轻结构荷载。虹吸雨水排水系统将成为大屋面排水系统的流行趋势。
关键词：大屋面结构；虹吸雨水排水
Abstract: This paper combined with the Nanjing south station project examples, discusses the advantages of the siphonic roof drainage, it can accelerate the drainage speed, reduce the load on the structure. Siphon rainwater drainage system will become big roof drainage system trends.
Key words: large roof structure; siphon rainwater drainage
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、前言
京沪高铁南京南站站房工程主要由地下二层、地上三层组成，局部设有不同标高的夹层空间，其中地下一层一部分和地下二层为南京地铁一、三号线的站台层和站厅层。工程总建筑面积387327平米，其中主站房面积281109平米，无站台柱雨棚106218平米。
南京南站屋面网架造型为周边低中间高，四周均悬挑于柱外，其中南北向悬挑达30m，形如大鹏展翅，覆盖了整个南京南站建筑物。
南京南站大屋面面积巨大，其中南北向悬挑达30m，南北长度451.2m，东西宽度210.65m,面积达10万m2，柱间距最大达72m。所需排除雨水量大且屋面雨水的汇集极不均匀，针对大屋面结构形式，以及结合传统重力式排水系统和虹吸雨水排水系统的特点对比，大屋面采用了虹吸雨水排水系统。
二、虹吸雨水排水系统特点：
结合传统重力式排水系统特点分析一下虹吸雨水排水系统的特点。
（一）重力排水系统的特点：
1、雨水立管数量多，每个系统最多只能带4个雨水斗。
2、雨水管管径大，二次结构负荷大。
3、雨水悬吊管须有坡度因而占据的建筑空间大；
4、因为是重力流，重力排水系统建筑使用性、灵活性较差；
5、连接立管的埋地管数量多，地下工作量较多；
6、整个系统的工程造价较高。
（二）虹吸雨水排水系统的特点：
虹吸雨水排水系统也称为负压法。系统由反涡流结构的雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水出户管组成。
该排水系统主要工作原理是在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时，由于采用了反涡流结构的雨水斗，这种结构的雨水斗最大的功能就是在淹没状态下只进水不进气，防止产生旋涡，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内呈最大负压。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。
由于该系统排水管道均按满流有压状态设计，因此虹吸雨水排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度敷设，而当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高，一般可达5-10m/s，因此系统具有较好的自清作用。但设计时为了控制噪音，不宜采用过高的流速。虹吸雨水排水系统中排水管泄流量要远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量，也即排除同样的雨水流量，采用虹吸雨水排水系统的排水管管径要小于采用重力排水系统的排水管管径。虹吸雨水排水系统悬吊管可安装雨水斗数量不限，其实质是一种虹吸式雨水排水系统。
三、适用范围
虹吸雨水排水系统主要应用于各种屋面雨水排水系统中，它具有管径小，流速高，排水速度快，管路系统安装无需坡度，安装方便，并具有管网自清作用。在现代建筑中，科学技术的发展、新型材料的应用，人们对建筑的实用性、美观性的要求越来越高，因此，虹吸雨水排水系统具有广泛的发展前景和空间，特别是在厂房、机场、体育馆、展览馆等建筑中适用性将日益体现。
四、工艺原理
工艺原理我们以下面的小试验作以说明。如下图：这是一套设计的虹吸雨水排水和无压流相互交替转换的试验。试验过程：将地面上的水箱充满水，打开循环水泵，同时打开上、下水管路上阀门，让水处于正常循环过程中，然后调节进水阀门，使雨水斗从非淹没状态向淹没状态转换。在淹没的一瞬间水流速加快，排水管中气泡排光，处于满流状态。适当关小阀门，上部水箱的水位低于雨水斗上沿时，系统进气虹吸破坏，管路系统转换为重力流状态。
从这个试验，我们可以更深刻地了解到虹吸排水形成的条件，虹吸式雨水斗的特殊作用，虹吸式排水系统并非始终处于虹吸雨水状态，而是随降雨量的大小在虹吸雨水和重力流之间不断转换的过程，另外可以看出虹吸形成后排水速度明显加快许多。
五、工艺流程及操作要点
（一）HDPE管道对焊操作工艺：
热熔对焊的操作在地面进行，一般在预制阶段使用。虹吸雨水系统管道的安装使用热熔对焊机，由行走架、操作台、电热板、电动铣刀、夹具组成。使用220伏.50赫兹单相交流电源。电热板常用焊接温度为210℃±10℃，适合的操作气温为-10℃~40℃。
1、焊接准备
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。
（1）管端为垂直的90度。
（2）错位不超过1mm，
（3）闭合管端的最大间隙不超过0.3mm。
2、热熔
检查电热板温度是否达到设定值，绿灯亮表示温度适合焊接。
（1）、将电热板置入两管端之间，转动加压手柄并观察压力表指针，达到规定的压力P，加热压力保持到直至要熔接的配件整个周围形成一圈熔化边料，作用是迅速平整管材端面上的不平度并有效地促进塑化，直到两边最小卷边达到规定高度h1。
（2）、将压力减小到规定值，一般大约为加热压力P的10%（使管端面与电热板之间刚好保持紧密接触），继续加热至规定的时间t1。此时，卷边高度一般达到壁厚的一半。
3、切换
加热完成后，退开夹具，迅速取出电热板，然后合拢两管端，其切换时间应尽可能短，不得超过5秒。
4、对接
通过加压手柄向合拢的管端缓慢加压，在规定的时间t2将压力上升到规定值P（与加热压力相同），锁紧止动闸，保持压力。
5、冷却
将压力至少保持规定的冷却时间t3后，松开止动闸，打开夹具，取出焊接好的管子。
對于管径不大于75mm的管子，对接时可以不通过操作台，直接用手对接在一起。
热熔对焊后管道的总长度会变短，预制时测量尺寸要注意。
6、检查焊缝质量。
一般要求检查焊缝高度，错边，接口宽度及对中情况。不合格的要锯开重焊。
（二）电熔管箍连接工艺
1、各预制的管段分别安装后，用电焊管箍连接件连接在一起。
2、先把接口两端充分固定，以防止焊接过程中接头扰动，影响焊接质量。将两根管子的端头分别插进电焊管箍连接件的两端，两根管子各插进一半。
3、电焊管箍连接件内壁中间的限位环可以根据需要取下来，但取下后要在管子要求的插入长度处做标记。
4、电焊管箍连接件的内壁和管端必须清洁、干燥。
5、使用匹配的专业便携式电焊包按提示操作，焊接时间约5分钟。
（1）将电焊包接通电源，电源指示灯会亮起。
(2) 将两根输出线接在电焊管箍连接件的插头上，按下开关，电子钟开始倒记时，如果灯不亮，表示输出端接触不良，可能电焊管箍连接件的插头故障，可以将插头外面的塑料去掉，直接连接。
(3) 焊接完成后电焊包的指示灯会亮并自动断电。也可以通过电焊管箍连接件上的弹出式探针或热色指示器来判断熔接执行情况，探针弹出（DN200~315）或白色的小圆贴变黑（DN56~160）表示焊接完成。
(4) 冷卻。冷却过程中要保持接口两端的固定，冷却时间比热熔对焊略长。
6、由于焊接温度较高，焊接完成后约15分钟内应有人看守，以防火灾。
7、电焊管箍应尽量安排在系统安装完成后焊接，因为管道的校正或局部的返工可能需要将管道重新断开。
（三）虹吸雨水排水系统操作要点
1、虹吸式屋面雨水排水系统适用于大屋面的工业厂房和公共建筑的雨水排出。按虹吸压力流进行水力计算。2、平屋面排水宜采用DN50或DN60雨水斗；设有天沟、檐沟屋面排水宜采用DN50～DN150的雨水斗。
3、虹吸式雨水斗应布置在屋面或天沟的最低点，虹吸式雨水斗的布置对雨水立管作对称布置。4、当虹吸雨水排水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。
5、系统验收，雨水斗安装位置应符合设计要求。雨水斗边缘与屋面之间连接处应严密不漏。6、管道安装应符合现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242－2002的有关规定。7、雨水主立管及水平干管均应作通水试验，排水应畅通，无堵塞。
六、质量控制
（一） 使用前请确认所接电源为220伏、单相。
(二)电热板不能放在铁板、石块、沙土上，以免划伤盘面涂覆的聚四氟乙烯（PTFE）耐高温防粘层。
(三)不要在有大风的地方进行焊接。
(四) 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。
(五) 严禁带水焊接。管道内或接触面上有水不仅会影响焊接质量，还有可能造成短路引起火灾。在有霜、雾、雨雪的天气不宜焊接。
(六) 虹吸排水系统一般采用专用管架，水平管是固定在一导轨上，用专用管卡固定。
（七）排水立管中心与墙面的距离应符合下表要求。
（八）压力流管必须进行打压试验，因为虹吸雨水排水系统要求立管应严密，防止破坏虹吸现象，影响排水性能。
【作者简介】刘鑫，男，1983年生，江苏连云港人，工程硕士，主要研究方向：工程管理市政方向。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：大屋面结构；虹吸雨水排水
Abstract: This paper combined with the Nanjing south station project examples, discusses the advantages of the siphonic roof drainage, it can accelerate the drainage speed, reduce the load on the structure. Siphon rainwater drainage system will become big roof drainage system trends.
Key words: large roof structure; siphon rainwater drainage
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、前言
京沪高铁南京南站站房工程主要由地下二层、地上三层组成，局部设有不同标高的夹层空间，其中地下一层一部分和地下二层为南京地铁一、三号线的站台层和站厅层。工程总建筑面积387327平米，其中主站房面积281109平米，无站台柱雨棚106218平米。
南京南站屋面网架造型为周边低中间高，四周均悬挑于柱外，其中南北向悬挑达30m，形如大鹏展翅，覆盖了整个南京南站建筑物。
南京南站大屋面面积巨大，其中南北向悬挑达30m，南北长度451.2m，东西宽度210.65m,面积达10万m2，柱间距最大达72m。所需排除雨水量大且屋面雨水的汇集极不均匀，针对大屋面结构形式，以及结合传统重力式排水系统和虹吸雨水排水系统的特点对比，大屋面采用了虹吸雨水排水系统。
二、虹吸雨水排水系统特点：
结合传统重力式排水系统特点分析一下虹吸雨水排水系统的特点。
（一）重力排水系统的特点：
1、雨水立管数量多，每个系统最多只能带4个雨水斗。
2、雨水管管径大，二次结构负荷大。
3、雨水悬吊管须有坡度因而占据的建筑空间大；
4、因为是重力流，重力排水系统建筑使用性、灵活性较差；
5、连接立管的埋地管数量多，地下工作量较多；
6、整个系统的工程造价较高。
（二）虹吸雨水排水系统的特点：
虹吸雨水排水系统也称为负压法。系统由反涡流结构的雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水出户管组成。
该排水系统主要工作原理是在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时，由于采用了反涡流结构的雨水斗，这种结构的雨水斗最大的功能就是在淹没状态下只进水不进气，防止产生旋涡，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内呈最大负压。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。
由于该系统排水管道均按满流有压状态设计，因此虹吸雨水排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度敷设，而当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高，一般可达5-10m/s，因此系统具有较好的自清作用。但设计时为了控制噪音，不宜采用过高的流速。虹吸雨水排水系统中排水管泄流量要远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量，也即排除同样的雨水流量，采用虹吸雨水排水系统的排水管管径要小于采用重力排水系统的排水管管径。虹吸雨水排水系统悬吊管可安装雨水斗数量不限，其实质是一种虹吸式雨水排水系统。
三、适用范围
虹吸雨水排水系统主要应用于各种屋面雨水排水系统中，它具有管径小，流速高，排水速度快，管路系统安装无需坡度，安装方便，并具有管网自清作用。在现代建筑中，科学技术的发展、新型材料的应用，人们对建筑的实用性、美观性的要求越来越高，因此，虹吸雨水排水系统具有广泛的发展前景和空间，特别是在厂房、机场、体育馆、展览馆等建筑中适用性将日益体现。
四、工艺原理
工艺原理我们以下面的小试验作以说明。如下图：这是一套设计的虹吸雨水排水和无压流相互交替转换的试验。试验过程：将地面上的水箱充满水，打开循环水泵，同时打开上、下水管路上阀门，让水处于正常循环过程中，然后调节进水阀门，使雨水斗从非淹没状态向淹没状态转换。在淹没的一瞬间水流速加快，排水管中气泡排光，处于满流状态。适当关小阀门，上部水箱的水位低于雨水斗上沿时，系统进气虹吸破坏，管路系统转换为重力流状态。
从这个试验，我们可以更深刻地了解到虹吸排水形成的条件，虹吸式雨水斗的特殊作用，虹吸式排水系统并非始终处于虹吸雨水状态，而是随降雨量的大小在虹吸雨水和重力流之间不断转换的过程，另外可以看出虹吸形成后排水速度明显加快许多。
五、工艺流程及操作要点
（一）HDPE管道对焊操作工艺：
热熔对焊的操作在地面进行，一般在预制阶段使用。虹吸雨水系统管道的安装使用热熔对焊机，由行走架、操作台、电热板、电动铣刀、夹具组成。使用220伏.50赫兹单相交流电源。电热板常用焊接温度为210℃±10℃，适合的操作气温为-10℃~40℃。
1、焊接准备
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。
（1）管端为垂直的90度。
（2）错位不超过1mm，
（3）闭合管端的最大间隙不超过0.3mm。
2、热熔
检查电热板温度是否达到设定值，绿灯亮表示温度适合焊接。
（1）、将电热板置入两管端之间，转动加压手柄并观察压力表指针，达到规定的压力P，加热压力保持到直至要熔接的配件整个周围形成一圈熔化边料，作用是迅速平整管材端面上的不平度并有效地促进塑化，直到两边最小卷边达到规定高度h1。
（2）、将压力减小到规定值，一般大约为加热压力P的10%（使管端面与电热板之间刚好保持紧密接触），继续加热至规定的时间t1。此时，卷边高度一般达到壁厚的一半。
3、切换
加热完成后，退开夹具，迅速取出电热板，然后合拢两管端，其切换时间应尽可能短，不得超过5秒。
4、对接
通过加压手柄向合拢的管端缓慢加压，在规定的时间t2将压力上升到规定值P（与加热压力相同），锁紧止动闸，保持压力。
5、冷却
将压力至少保持规定的冷却时间t3后，松开止动闸，打开夹具，取出焊接好的管子。
對于管径不大于75mm的管子，对接时可以不通过操作台，直接用手对接在一起。
热熔对焊后管道的总长度会变短，预制时测量尺寸要注意。
6、检查焊缝质量。
一般要求检查焊缝高度，错边，接口宽度及对中情况。不合格的要锯开重焊。
（二）电熔管箍连接工艺
1、各预制的管段分别安装后，用电焊管箍连接件连接在一起。
2、先把接口两端充分固定，以防止焊接过程中接头扰动，影响焊接质量。将两根管子的端头分别插进电焊管箍连接件的两端，两根管子各插进一半。
3、电焊管箍连接件内壁中间的限位环可以根据需要取下来，但取下后要在管子要求的插入长度处做标记。
4、电焊管箍连接件的内壁和管端必须清洁、干燥。
5、使用匹配的专业便携式电焊包按提示操作，焊接时间约5分钟。
（1）将电焊包接通电源，电源指示灯会亮起。
(2) 将两根输出线接在电焊管箍连接件的插头上，按下开关，电子钟开始倒记时，如果灯不亮，表示输出端接触不良，可能电焊管箍连接件的插头故障，可以将插头外面的塑料去掉，直接连接。
(3) 焊接完成后电焊包的指示灯会亮并自动断电。也可以通过电焊管箍连接件上的弹出式探针或热色指示器来判断熔接执行情况，探针弹出（DN200~315）或白色的小圆贴变黑（DN56~160）表示焊接完成。
(4) 冷卻。冷却过程中要保持接口两端的固定，冷却时间比热熔对焊略长。
6、由于焊接温度较高，焊接完成后约15分钟内应有人看守，以防火灾。
7、电焊管箍应尽量安排在系统安装完成后焊接，因为管道的校正或局部的返工可能需要将管道重新断开。
（三）虹吸雨水排水系统操作要点
1、虹吸式屋面雨水排水系统适用于大屋面的工业厂房和公共建筑的雨水排出。按虹吸压力流进行水力计算。2、平屋面排水宜采用DN50或DN60雨水斗；设有天沟、檐沟屋面排水宜采用DN50～DN150的雨水斗。
3、虹吸式雨水斗应布置在屋面或天沟的最低点，虹吸式雨水斗的布置对雨水立管作对称布置。4、当虹吸雨水排水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。
5、系统验收，雨水斗安装位置应符合设计要求。雨水斗边缘与屋面之间连接处应严密不漏。6、管道安装应符合现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242－2002的有关规定。7、雨水主立管及水平干管均应作通水试验，排水应畅通，无堵塞。
六、质量控制
（一） 使用前请确认所接电源为220伏、单相。
(二)电热板不能放在铁板、石块、沙土上，以免划伤盘面涂覆的聚四氟乙烯（PTFE）耐高温防粘层。
(三)不要在有大风的地方进行焊接。
(四) 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。
(五) 严禁带水焊接。管道内或接触面上有水不仅会影响焊接质量，还有可能造成短路引起火灾。在有霜、雾、雨雪的天气不宜焊接。
(六) 虹吸排水系统一般采用专用管架，水平管是固定在一导轨上，用专用管卡固定。
（七）排水立管中心与墙面的距离应符合下表要求。
（八）压力流管必须进行打压试验，因为虹吸雨水排水系统要求立管应严密，防止破坏虹吸现象，影响排水性能。
【作者简介】刘鑫，男，1983年生，江苏连云港人，工程硕士，主要研究方向：工程管理市政方向。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。