大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工研究

摘 要：虹吸雨水系統(tǒng)立管數(shù)量少、管道直徑小、水平懸吊不需要坡度，能提供更大的裝修自由空間，在異形鋼柱大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面布置雨水斗的位置比較靈活等特點?；诖?，研究了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)的施工原理，總結(jié)其施工特點，結(jié)合其施工現(xiàn)狀，提出相應(yīng)的施工策略，以期為大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用提供支持。

關(guān)鍵詞：大跨度空間；鋼結(jié)構(gòu)工程；虹吸雨水系統(tǒng)

0 引言

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程作為一種現(xiàn)代化的建筑形式，因具有靈活性強、施工周期短、空間利用效率高等優(yōu)勢，逐漸得到了廣泛應(yīng)用。但由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式和施工方式，使得大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程在雨水收集和利用方面存在一定的困難。而虹吸雨水系統(tǒng)作為一種有效的雨水收集和利用方式，具有較高的效率和經(jīng)濟性，因此在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程中，應(yīng)用虹吸雨水系統(tǒng)具有重要意義。

1 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工的原理

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程中，虹吸雨水系統(tǒng)的施工原理是基于虹吸原理和重力作用。在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用虹吸雨水系統(tǒng)旨在收集和利用雨水，實現(xiàn)雨水的排放和利用。

1.1 虹吸原理

虹吸原理是指利用液體在管道內(nèi)的壓力差，通過重力作用實現(xiàn)液體的流動。虹吸效應(yīng)的產(chǎn)生需要滿足兩個條件：一是管道內(nèi)的液體壓力高于出口，以形成壓力差；二是管道內(nèi)的液體密度大于外界環(huán)境，以保持穩(wěn)定的液體流動。在虹吸雨水系統(tǒng)中，通過設(shè)置合理的管道高度和傾斜角度，可使雨水在管道內(nèi)形成一定的差度，利用虹吸效應(yīng)實現(xiàn)雨水的自流。

1.2 重力作用

在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)中，雨水的收集和排放需要依靠重力作用。虹吸雨水系統(tǒng)的管道安裝通常沿著斜坡或下坡方向布置，利用重力將雨水從高處引導到低處。通過合理設(shè)計管道的坡度和連通方式，可使得雨水能夠順利地流動，并達到預定的排放目的。

2 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工注意事項

2.1 考慮管道的密封性

虹吸雨水系統(tǒng)需要負責收集和輸送雨水，虹吸雨水系統(tǒng)的施工需要考慮管道的密封性，因此管道的密封性尤為重要。在施工過程中，需要使用高質(zhì)量的密封材料，如橡膠密封圈或密封膠等，將管道的連接處進行密封，以防止漏水。還需要對管道進行嚴格地檢查和測試，確保管道的密封性符合設(shè)計要求。

2.2 考慮管道的排放能力

虹吸雨水系統(tǒng)的施工中還需考慮管道的排放能力。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程通常是大型建筑物，雨水的收集和排放量較大，因此在虹吸雨水系統(tǒng)的施工中，需要合理設(shè)計和布置管道，以確保其排放能力能夠滿足實際需求。還需要進行流量計算和管道排放試驗，以驗證管道的排放能力和有效性。

2.3 考慮施工工藝的安全性

虹吸雨水系統(tǒng)的施工還需要考慮施工工藝的安全性和可操作性。在施工過程中，需要確保施工人員的安全，并采取相應(yīng)的防護措施。施工工藝的可操作性也需要充分考慮，以確保施工的順利進行[1]。

2.4 考慮建筑結(jié)構(gòu)的特殊性

由于空間鋼結(jié)構(gòu)的大跨度和復雜性，施工時需要充分考慮結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。虹吸雨水系統(tǒng)的管道安裝需要與結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，避免對結(jié)構(gòu)造成不利影響。在施工過程中需要進行詳細的結(jié)構(gòu)分析和施工方案設(shè)計，確保虹吸雨水系統(tǒng)的安裝和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性相協(xié)調(diào)。

2.5 重視材料的選擇

在選擇材料時，需要考慮材料的耐腐蝕性、耐壓強度以及長期使用的可靠性。虹吸雨水系統(tǒng)需要負責收集和輸送雨水，因此管道材料需要具備良好的密封性和耐久性，以防止漏水和管道老化。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程的施工周期較短，材料的選取還需要考慮施工的便捷性和效率。

2.6 注重質(zhì)量的控制

在施工過程中，需要對施工質(zhì)量進行嚴格把控，確保虹吸雨水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對于材料的選取、施工工藝的執(zhí)行以及管道的安裝等環(huán)節(jié)，需要進行嚴格檢查和測試，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，以確保施工質(zhì)量符合設(shè)計要求[2]。

3 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工的難點

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工是建筑工程中普遍采用的一種先進的雨水收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用虹吸原理，將雨水從大跨度空間的屋面收集起來，通過管道輸送至儲水設(shè)施，以供后續(xù)利用或排放。目前，該系統(tǒng)在施工過程中面臨著一些挑戰(zhàn)和問題，但在不斷地研究和實踐中，已取得了一定的進展。

3.1 合理安排屋面的排水方案

大跨度空間特殊性，屋面的形狀和結(jié)構(gòu)復雜多樣，為此需要針對不同的情況制定相應(yīng)的排水方案。在設(shè)計階段，需要考慮到屋面的坡度、排水口的數(shù)量和位置等因素，以確保雨水能夠順利地進入虹吸管道。在施工過程中，需要嚴格按照設(shè)計方案進行安裝和調(diào)試，確保每一個排水口和管道的連接牢固可靠。

3.2 解決管道的布局和連接問題

大跨度空間的結(jié)構(gòu)復雜，管道的布局需要充分考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和管道的通暢性。在設(shè)計階段，需要通過模擬和計算，確定管道的最佳布局方案。在施工過程中，需要采用合適的施工工藝和方法，保證管道的安裝質(zhì)量。還需要注意管道的連接問題，確保連接處的密封性和穩(wěn)固性，以防止雨水泄漏或管道斷裂。

3.3 解決儲水容量和結(jié)構(gòu)的問題

由于大跨度空間的屋面面積較大，儲水設(shè)施的容量需要滿足一定的需求。在設(shè)計階段，需要根據(jù)實際情況確定儲水設(shè)施的容量和形狀。在施工過程中，需要選擇適合的材料和施工工藝，確保儲水設(shè)施的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和密封性良好。還需要考慮儲水設(shè)施的排水和清潔問題，以保證水質(zhì)的安全和衛(wèi)生。

3.4 解決其他的技術(shù)難題及安全問題

在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工中，還需要解決一些技術(shù)難題和安全問題。例如，如何選擇合適的材料和設(shè)備，如何進行管道的維護和清潔，如何保證系統(tǒng)的安全運行等。這些問題需要設(shè)計和施工團隊共同努力，通過不斷地實踐和改進，找到最佳的解決方案[3]。

4 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工的重點

4.1 設(shè)計階段的重點

4.1.1 綜合考慮屋面形狀和結(jié)構(gòu)特點

在設(shè)計階段，需要充分考慮大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程的屋面形狀和結(jié)構(gòu)特點，以確保虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計方案的有效性和操作便利性。對屋面形狀進行分析，包括屋面的平面形狀和高低起伏等，以確定最適合的虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計方案。根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)特點，如梁柱布局、支撐方式和材料等，考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全性，并相應(yīng)調(diào)整設(shè)計方案。

4.1.2 確定合理的排水方案

根據(jù)屋面的坡度、面積和雨水的流量，確定合理的排水方案。計算雨水的流量可以通過歷史降雨數(shù)據(jù)和屋面面積來估算。根據(jù)屋面坡度和流量計算結(jié)果，確定排水口的數(shù)量和位置，確保雨水能夠順利進入虹吸管道。為保證系統(tǒng)的排水效果，應(yīng)避免積水和堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，確保排水暢通。

4.1.3 優(yōu)化管道布局

針對大跨度空間的結(jié)構(gòu)特點，通過模擬和計算，確定管道的最佳布局方案?？紤]管道的走向，以確保雨水能夠順利流入儲水設(shè)施。并合理安排管道的連接方式，以確保管道的通暢性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。利用模擬軟件進行流動分析，通過試驗和實測數(shù)據(jù)，確定最佳的管道布局方案。

根據(jù)大跨度空間的屋面面積和雨水的收集需求，確定儲水設(shè)施的容量。通過對降雨數(shù)據(jù)的分析，計算出雨水的總收集量，然后根據(jù)收集需求和系統(tǒng)的安全性要求，確定儲水設(shè)施的容量。在確定容量時，還要考慮儲水設(shè)施的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和密封性，確保系統(tǒng)的可靠性[4]。

4.2 施工階段的重點

4.2.1 選擇合適的材料和設(shè)備

在選擇材料和設(shè)備時，需要考慮系統(tǒng)的具體要求和施工環(huán)境。對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)，選擇適用的管道材料和連接件非常重要。例如，可以選擇具有高強度和耐腐蝕性的不銹鋼或者HDPE管，以確保管道的穩(wěn)定性和耐久性。還需要選擇適用于虹吸系統(tǒng)的泵站和控制設(shè)備，確保其性能和功能能夠滿足系統(tǒng)的要求。

4.2.2 嚴格按照設(shè)計方案施工

在施工過程中，嚴格按照設(shè)計方案進行施工是確保系統(tǒng)質(zhì)量的重要步驟。要確保每一個排水口和管道的連接牢固可靠，避免漏水和滲漏問題的發(fā)生。施工人員需要遵循正確的安裝步驟和技術(shù)要求，確保每一個儲水設(shè)施的安裝質(zhì)量符合要求。確保使用正確的工具和施工方法，避免對材料和設(shè)備造成損壞。

4.2.3 進行系統(tǒng)的調(diào)試和測試

在施工完成后，進行系統(tǒng)地調(diào)試和測試是必要的。包括檢查排水口和管道的通暢性，確保水流順暢無阻。還需要測試儲水設(shè)施的密封性和穩(wěn)定性，確保其能夠有效地儲存和排放雨水。根據(jù)測試結(jié)果，可以對系統(tǒng)進行必要的調(diào)整和優(yōu)化，以確保其性能和功能的完善。

4.2.4 培訓施工人員

為了提高施工人員的專業(yè)素質(zhì)和工作效率，必須對其進行培訓，使其掌握虹吸雨水系統(tǒng)的施工特點和操作方法。培訓內(nèi)容可以包括系統(tǒng)的原理和工作流程、施工的安全和質(zhì)量要求以及常見問題的解決方法等。通過培訓，施工人員能夠更好地理解和應(yīng)用施工技術(shù)，提高工作的準確性和效率，確保施工工作的質(zhì)量和進度[5]。

4.3 運維階段的重點

4.3.1 定期檢查和保養(yǎng)

定期檢查虹吸雨水系統(tǒng)的排水口和管道的狀態(tài)，包括檢查是否有堵塞、破損或異物阻塞等問題，這可以通過視覺檢查和清潔措施來解決。如果發(fā)現(xiàn)問題，需要及時采取措施進行修復或更換受損部件，以確保系統(tǒng)的通暢性。

定期檢查儲水設(shè)施的密封性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也是必要的，檢查是否有漏水或滲漏現(xiàn)象，是否有結(jié)構(gòu)松動或破損等問題。如果發(fā)現(xiàn)任何問題，需要及時進行修補或更換，以確保儲水設(shè)施的正常運行和安全性。

4.3.2 建立運維記錄和檔案

建立系統(tǒng)的運維記錄和檔案非常重要，這樣可以全面記錄和歸檔施工和維護過程中的相關(guān)信息，包括施工時間、工作人員、使用的材料和工具等。還應(yīng)記錄系統(tǒng)的維護情況，包括每次檢查和保養(yǎng)的結(jié)果，采取的措施和所花費的時間。這些記錄和檔案可以為后續(xù)的維護工作提供依據(jù)和參考，有助于更好地管理和運維虹吸雨水系統(tǒng)。

定期更新系統(tǒng)的信息和資料也是必要的。隨著時間的推移，系統(tǒng)可能會進行擴建或改造，或者有新的技術(shù)和設(shè)備可用。因此，及時更新系統(tǒng)的信息和資料，使其保持最新和準確，有助于更好地維護和管理虹吸雨水系統(tǒng)。

4.3.3 做好應(yīng)急處理準備

針對虹吸雨水系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障和問題，制定相應(yīng)的應(yīng)急處理措施非常重要。建立應(yīng)急處理預案，明確各種故障和問題的處理步驟和責任人，并建立應(yīng)急聯(lián)系機制，確保在緊急情況下能夠及時響應(yīng)和處理。通過與維修公司或相關(guān)部門合作，以確保故障能夠及時得到解決。

定期進行應(yīng)急演練可以檢驗應(yīng)急處理措施的有效性和可行性。通過模擬各種故障和問題的場景，測試應(yīng)急處理預案和聯(lián)系機制的可靠性和及時性。這將有助于提高團隊的應(yīng)急響應(yīng)能力和處理能力。

虹吸雨水系統(tǒng)的施工和運維技術(shù)是一個不斷發(fā)展和創(chuàng)新的領(lǐng)域。因此，持續(xù)進行研究和實踐是非常重要的。關(guān)注國內(nèi)外的最新技術(shù)和經(jīng)驗，與相關(guān)領(lǐng)域的專家和機構(gòu)進行交流和合作，有助于提高虹吸雨水系統(tǒng)的性能和效益。

5 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)應(yīng)用案例

京濱鐵路北辰火車站初步設(shè)計及施工圖設(shè)計屋面雨水收集均為重力雨水，雨水立管高達30根，沿外墻敷設(shè)，北辰火車站正立面與背立面均為玻璃幕墻，這給重力雨水施工和精裝修施工帶來了很大的難度。

在精裝修深化設(shè)計階段，結(jié)合裝修方案及大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程屋面匯水面積，設(shè)計單位果斷提議將重力雨水系統(tǒng)變更為虹吸雨水系統(tǒng)，也得到了國鐵集團工管中心的同意，經(jīng)專業(yè)設(shè)計院優(yōu)化后虹吸雨水共分了8個系統(tǒng)。

2022年7月虹吸雨水施工完成，12月30日北辰火車站正式啟用，經(jīng)過近一年的使用，也經(jīng)歷了2023年夏季京津冀特大暴雨的檢驗，屋面雨水收集、排放暢通。

6 結(jié)束語

本文通過對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)的施工進行研究，系統(tǒng)地總結(jié)了虹吸雨水系統(tǒng)的原理和特點，并分析了其在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，進而提出了一些建議。未來，將進一步完善大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工方案，進而提高虹吸雨水系統(tǒng)在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用效果，為城市建設(shè)和雨水資源的合理利用做出更大的貢獻。

參考文獻

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[2] 劉煥光，姜浩杰.大型鋼結(jié)構(gòu)屋面虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計探討[J].工程建設(shè)，2021，53（8）：31-35.

[3] 楊彥虎.大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（16）：162-163.

[4] 王文瑾.大型屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)設(shè)計計算研究[D].北京：北京交通大學，2018.

[5] 李偉.大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程虹吸雨水系統(tǒng)施工技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（8）：192-193.

收稿日期：2023-09-18

作者簡介：趙瑞麗（1982—），女，河南南陽人，本科，高級工程師，研究方向：給水排水工程。