国家海洋博物馆屋面雨水系统设计参数及天沟设置探讨

赵炳君

摘要：本文主要介绍了国家海洋博物馆屋面雨水系统的设计参数及天沟的设置，针对此类异形建筑屋面和侧墙的不规则性，提出了屋面雨水排水的设计参数、天沟设置方案及实施情况，并详细介绍了屋面天沟及侧墙天沟设置的设计思路。

关键词：国家海洋博物馆；屋面虹吸雨水；天沟设置

中图分类号：TU823文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）01-144-02

前言

国家海洋博物馆坐落于天津滨海旅游区南湾地区，占地面积15公顷，建筑规模8万平米，在规划与建筑设计上突出海洋文化，多层次运用海洋元素，通过中国海洋历史文化和世界海洋文化相融的理念，打造天津滨海新区新兴的地标性建筑，本文着重论述博物馆屋面雨水系统的设计参数和天沟的设置。

1.屋面排水方案

首先看一下海博馆三维模型

通过海博馆局部的三维模型，可以看出其屋面形式复杂，为双曲面，因此除了屋面雨水，侧墙雨水也要考虑，不能散排。对于这种大空间建筑，重力流雨水排水系统显然不能满足要求，因此屋面及侧墙均采用虹吸雨水排水系统，根据《建筑给水排水设计规范》规定，建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口、溢流管系统等溢流设施，溢流排水不得危害建筑设施和行人安全，针对海博馆项目，由模型可以看出，屋面天沟和侧墙天沟是无法设置溢流口的，因此采用溢流管系统。

2.设计参数

作为国家级博物馆，考虑建筑的安全性，国家海洋博物馆屋面雨水设计重现期采用50年，溢流重现期采用100年。

但由于屋面天沟不能水平设置（可由天沟设置章节得出结论），只能在每个平段设置两个虹吸雨水斗，天沟其他区域设置雨水斗起不到收水的作用，因此，如果做成标准重现期和溢流重现期这种常规的虹吸雨水系统，则溢流雨水斗将无法设置，鉴于此种情况，我们把屋面雨水系统的重现期直接放大到100年，经过经济比较，投資变化很小，这样就解决了溢流系统无法设置的问题。

侧墙的天沟为水平天沟，有条件设溢流系统，因此侧墙天沟雨水系统重现期按50年，溢流重现期按100年考虑，并设置溢流系统。 3.屋面天沟的设置

国家海洋博物馆造型独特，屋面为双曲面，而且屋面和侧墙均有开洞，导致天沟被截断，而且由于是双曲面，天沟标高不一致，有落差，对雨水收水很不利，为解决该问题，我们在天沟局部做出平段，，在此平段设雨水斗。下图为局部屋面天沟的位置：

由上图可以看出，每个天沟做了多个平段雨水天沟，从而划分出汇水面积，保证每个汇水面积不至于过大，我们可以通过其中一个水平天沟及其汇水面积做一下简单计算：天沟长度3米，汇水面积150平米，雨水斗设置2个，100年天津地区暴雨强度为7.48L/s.100m²，则雨水流量为150x7.48=11.22L/s，按一般试验数据天沟形成虹吸排水的时间为60s，则天沟排水量为11.22x60=673L/s，天沟宽度为0.5米，计算得天沟水深H=0.673/3x0.5=0.45米。由此可以看出，虽然解决了天沟雨水斗收水问题，但是天沟本身由于受钢结构构件限制，其收水面积不能满足重现期内的雨水量的要求，有可能造成天沟内雨水返溢，如图

由屋面天沟详图可以看出，过量雨水会通过右侧天沟的上边沿返溢至屋面板，长此以往，如果屋面板密封材料老化后，容易渗入内屋面，形成漏水的隐患，经过多方探讨，最后把天沟形式进行修改，修改后天沟形式如图

这样可以看出，暴雨情况下，溢流雨水可以沿左侧天沟，直接溢流至建筑屋面，杜绝了漏水的隐患。

通过模型可以看到，除了屋面雨水，侧墙部分雨水也应经过收集排放，同时也是考虑冬季化雪问题，避免侧墙融雪直接落至地面，因此在建筑侧墙同样设置了天沟，收集侧墙雨水及冬季融雪。如图所示：

对于侧墙天沟我们选取典型一侧计算：侧墙平面汇水面积为1280平米，根据《建筑给水排水设计规范》规定，侧墙汇水面积按1/2计算，但是由模型可以看出，本项目侧墙具有一定的倾角，因此侧墙汇水面积我们去平面汇水面积的70%计算，侧墙雨水重现期按50年计算，5分钟暴雨强度为6.76L/s.100m²，雨水流量为86.42 L/s，按一般试验数据天沟形成虹吸排水的时间为60s，则天沟排水量为86.42x60 5185L/s，天沟长度78米，天沟宽度1.2米，计算得天沟水深H=5.185/78x1.2 0.055米=55毫米，天沟溢流斗安装高出正常水面100毫米计算，天沟保护高度按200毫米计算，则天沟深度为355毫米，实际天沟深度为400毫米，因此天沟是安全的，不会发生返溢。

4.结论

国家海洋博物馆造型新颖，结构复杂，屋面天沟设置受钢结构限制较大，因此天沟设置时需克服的困难较多，经过多方比较及计算，最终确定了天沟的设置方案，为虹吸雨水系统的计算打下基础。

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现代物业杂志社

2020-02-12