1、北京中關村科貿中心工程簡介

　　北京中關村科貿中心，位于中關村核心地帶，南臨中科大廈，西臨中關村大街，與海龍大廈、太平洋科技發展中心隔街相望，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，它將不同性質的科技會展、產品交易場所和寫字樓、商務公寓及酒店設計成三個體型關系明確的建筑分區，用建筑的線條和優美的弧面來體現建筑藝術。

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。按北京地區當地5年重現期5分鐘暴雨強度q5=5.06 l/s(100㎡) 設計，設計雨水總排水量為1159 l/s。

2、重力式雨水系統設計方案

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，所以雨水排水系統只能采用內排水方式設計；由于屋面面積較大，系統設計盡可能采用多斗連接排水以減少雨水立管數量，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≤12 l/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

　　經屋面雨水分區及水量計算，按重力式雨水系統設計，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。屋面重力式雨水系統平面布置及雨水排水總平面圖分析見右圖。系統主要工程量及工程概算造價見下表。

重力式雨水系統

2.4 主要工程量和造價概算及系統所占建筑空間
由于重力式雨水系統管徑較大、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㎡
若按虹吸系統設計，則節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，應用虹吸系統在本項目中可節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設計方案

3.1 設計原則
　　即通虹吸式屋面雨水排放系統，是利用雨水在滿管流的狀態下，封閉管道內各處水的不同勢能而形成管道的真空狀態，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并迅速將之排放。任何一個虹吸式屋面雨水排放系統的內部連接都必須是緊密的、環環相扣的，并保證氣密性，在管網中的任意一個位置設計參數的改變，都會不同程度地改變或破壞整個管網的水力平衡。即設計中的管網水力平衡實際上是一個動態平衡的過程，在平衡計算的過程中要滿足以下原則，系統的設計運行狀態才是可行的。原理見右圖。

（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壓力；
（7）滿足施工現場的實際現狀和施工要求；
　　因此，虹吸式雨水排放系統在建筑工程上應用的核心技術是系統的平衡計算，對于任何虹吸系統來說，無論是復雜的系統還是簡單的系統，只要滿足計算規定及施工要求，其系統的設計才是可行的。

3.2設計思路
　　在進行重力式雨水系統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的雨水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是利用較小管徑排放大流量雨水的最理想的排水系統，再配合不同標高屋面的雨水接入同一系統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，各戶內區域不設置雨水立管，以盡量減少立管數量；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量。

3.3 設計成果

   虹吸式雨水系統

經屋面雨水分區及水量計算，按虹吸式雨水系統設計，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。系統主要工程量及工程概算造價見上表。
　　由于虹吸式雨水系統管徑較小、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、從以上對北京中關科貿中心重力式雨水系統和虹吸式雨水系統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是既增強了系統的使用功能又非常經濟劃算。從系統布置上看，由于重力式雨水系統管徑較大和工程量大，所以，其重力式系統的造價是虹吸式系統的二倍多；重力式系統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，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的工程造價。

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