下沉式广场地面雨水设计重现期取值的比较分析
蒋琴华 陈 勇
(上海建筑设计研究院有限公司,上海 200041)
摘要 就下沉式广场地面雨水设计重现期的取值与地面雨水排水的特点、雨水设计流量随排水设计重现期不同取值的变化曲线、所设置的提升装置的运行费用等进行了比较分析,得出不同建筑性质的下沉式广场地面雨水设计重现期的合理取值。
关键词 下沉式广场 雨水排水系统 设计重现期 综合比较0 前言
目前,随着我国综合国力的增强,人民生活水平的日益提高,建筑呈多样化发展,不仅仅追求立面和平面的美观和合理,更追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念,要在有限面积的地块里,在空间上力求土地使用效率的最大化。于是地下空间的开发应运而生,下沉式广场的设计选用也越来越多,它既能达到地下室采光的要求,又能满足人们休闲娱乐的目的。
但随之带来的是,下沉式广场犹如一个大盆地,暴雨时雨水不及时排除将给人民生命财产带来巨大的损失。而设计雨水流量的大小与雨水设计重现期P的取值成正比,雨水设计重现期P取值增大,虽然安全系数提高了,但一次性投资也随之增加。目前的给排水规范对下沉式广场雨水设计重现期P的取值没有明确的规定,在已有的下沉式广场设计中,雨水设计重现期P的取值也较为随意与混乱,无理论依据。本文通过对雨水设计重现期P取值的综合比较,总结出不同建筑性质的下沉式广场地面雨水设计重现期既安全又经济合理的取值。
1 下沉式广场雨水排水系统雨水量设计参数的确定
下沉式广场雨水排水系统一般采用明沟汇至集水坑内,用潜水排污泵提升后,排入室外雨水管道。
在下沉式广场地面雨水排水系统设计中,集水坑、潜水排污泵是主要部分,其大小与设计暴雨强度的取值有关,下面就这些设计参数做系统的
Vol1 比较。
下沉式广场雨水排水系统的设计雨水量(Q)大
小与该地暴雨强度(q)、汇水面积(F)以及径流系数(7)有关,雨水设计流量按式(1)计算:
Q=7qF
式中Q)))设计雨水量,L/s;
7)))径流系数,一般下沉式广场地面与屋面状况类似,取7=0.9;
F)))汇水面积,m2,按实际情况选定;q)))设计暴雨强度,L/(s#hm),按式(2)
计算:
q=
167A1(1+ClgP)
(t+b)
(2)
2
(1)
式中 t)))降雨历时,min;P)))设计重现期,a;
A1、b、C、n)))参数。
从式(2)可以看出,设计暴雨强度主要由降雨历时(t)和设计重现期(P)两个参数决定。
下沉式广场雨水系统设计一般采用明沟有组织排水,降雨历时主要取决于地面集水时间。下沉式广场与屋面类似,一般取t=5min。
暴雨强度随着重现期的不同而不同,所以设计重现期(P)的取值直接影响了下沉式广场地面雨水排水系统的设计。
2 下沉式广场雨水排水系统中设计重现期的确定
5建筑给水排水设计规范6(GB50015)2003)4.9.5条对屋面雨水排水管道的排水设计重现期的最小值进行了规定,详见表1。
屋面雨水与下沉式广场雨水量计算有着相似之
表1 各种汇水区域的设计重现期
汇水区域名称
室外场地
居住小区
车站、码头、机场的基地 一般性建筑物屋面 重要公共建筑屋面
设计重现期/a
1~32~52~510
由表2比较可得:当P=10a时的雨水设计流量是P=1a时的1.97倍;当P=30a时的雨水设计流量是P=10a时的近1.33倍;当P=50a时的
雨水设计流量是P=30a时的1.14倍;当P=100a时的雨水设计流量是P=50a时的1.19倍。
从差值角度比较:P=50a与P=10a的雨水设计流量的差值是P=100a与P=50a之间差值的将近2倍。即雨水设计流量在P=1~50a范围内增加的幅度明显。
由计算所得的设计重现期与设计雨水流量数据,做对应的曲线见图1。
屋面
注:工业厂房屋面雨水排水设计重现期由生产工艺、重要程度等因素确定。
处,但在排除雨水方式上又有本质的区别,屋面雨水因有溢流措施,当发生超过设计重现期暴雨时,雨水可通过溢流来减轻屋面荷载;而对于下沉式广场,由于其雨水的排放无法利用自流流出室外,需靠提升进行压力流排水。在设计中,如果为了考虑安全性,选用较高的设计重现期,计算所得的雨水设计流量大,雨水提升装置、集水坑的容积相应加大,虽然对防止地面积水是有利的,但经济上却增加了初期工程投资。若选用较低的设计重现期,虽然初期工程投资可相应减少,降低工程造价,但可能造成排水不畅,导致地面积水,给财产带来损失。究竟P如何取值,才能达到经济与技术上统一的要求?在此,以上海某处工程为例,对不同的P取值进行综合比较。该工程为一多层商业大楼的下沉式广场,广场面积加侧墙面积约为1000m。2.1 设计雨水量比较
根据上海市暴雨强度公式:
(3)(t+10+7lgP)
设计降雨历时t取5min,地面综合径流系数7
q=
取0.9(按屋面计),设计汇水面积F取1000m,根据式(1)、式(3)计算,可得重现期(P)选择与暴雨强度及雨水设计流量见表2。
表2 不同重现期对应的暴雨强度及雨水设计流量
P/a[1**********]
q/L/(s#hm2)
348.35436.50492.74535.17569.70687.30764.41823.38
Q/L/s31.3539.2944.3548.1751.2761.8668.8074.10
P/a25 30 35 40 45 50 ,100
q/L/(s#hm2)
871.18 913.17949.52982.051011.591038.71
,1234.74
Q/L/s78.46 82.1885.4688.3891.0493.48,111.13
2
0.3
2
图1 设计重现期与设计雨水流量对应曲线
由图1可见,当P=1~10a时,曲线较陡,设计雨水量显著增加,增速较快;当P=10~20a时,曲
线上升已平缓,设计雨水量增速变缓;当P=20~50a时,曲线走向趋缓,设计雨水量增加不多;当P=50~100a时,曲线平缓,与P=10~50a相比,增速趋慢,设计雨水量增加不明显。
因此雨水设计重现期应考虑暴雨大于某一设计重现期后雨量增幅过快给下沉式广场带来的损失,所以取值应在P>20a后雨量增加趋缓的范围内进行选择。2.2 设备设置比较
该工程设置了4个集水井进行雨水提升,则单个集水井的雨水设计流量与所选提升水泵(提升泵扬程H取15m)的对应关系如表3所示。提升水泵参数参见图集5小型潜水排污泵选用及安装6(01S305)第10~13页。2.3 运行费用比较
按照5室外排水设计规范6(GB50014)2006)规定,雨水集水井的容积,不应小于最大一台水泵30s的出水量,取集水井尺寸为1500mm@1500mm@1500mm(有效高度),又根据5室外排水设计规范65.3.1条倒推得水泵在1h内的启动次数nq为:
V36 12010
表3 不同重现期下单个集水井雨水设计
流量与提升泵性能参数
单个集水井进水潜水排污泵性能参数(取H=15m)管雨水设计流量流量Q功率N
Q/L/s3/m/h(L/s)/kW
7.849.8211.0912.0412.8215.4717.2018.5319.6220.5521.3722.1022.7623.37,27.80
30(8.33)40(11.11)40(11.11)45(12.5)45(12.5)65(18.06)65(18.06)70(19.44)75(20.83)75(20.83)85(23.61)85(23.61)85(23.61)85(23.61)
,100(27.80)
3.0 4.04.05.55.55.55.55.57.57.511111111, 11
P=20~30a、P=30~50a,以及P=50~100a时,设备运行费用各自在同一区间范围内;当P=30~50a时,雨水设计流量增加不大,但设备的日常运行
费用增加明显,P=50a时的日常运行费用是P=30a的1.66倍;当P=50~100a时,雨水设计流量与设备日常运行费用增加,但增幅趋缓,P=100a时的日常运行费用是P=50a的1.18倍;增加的幅度远低于P=30~50a增加的量。2.4 设计重现期(P)的确定
综上所述,在一定的降雨历时、同等的汇水面积及土建费用一定时,雨水设计流量仅与降雨重现期有关,选择偏大的设计重现期,所设计的雨水提升装置、集水坑抵御强降雨的能力增强,下沉式广场发生淹没的概率降低,设计安全可靠,但所选的提升设备运行费用增加,经济性不强;选择偏小的设计重现期,集水坑抵御强降雨的能力减弱,下沉式广场发生淹没的可能性提高,但平时运行费用降低,比较节省。
如何权衡安全与经济两大因素,从中找到一平衡点,从以上的比较,并考虑降雨历时及汇水面积等因素,建议根据建筑物的重要程度及下沉式广场发生淹没所造成的后果来确定雨水设计重现期(P)的取值。普通建筑物的下沉式广场取P=30a;重要建筑物的下沉式广场可取P=50a;特殊重要建筑物的下沉式广场可取P=100a;以策安全。3 结语
下沉式广场雨水排水系统中设计重现期(P)的确定,在原则上应根据工程造价和运行的费用,以及由于暴雨超过设计重现期广场被淹所造成的正常生活秩序的影响、财产损失的后果,权衡两者得失来优选得出经济、合理的设计重现期。在实际工程设计中,建议在5建筑给水排水设计规范6修订时增加并明确下沉式广场雨水排水系统中设计重现期(P)的取值,以便于设计者规范设计。
P/a
1 2 3 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ,100
表4 不同重现期下水泵日常运行费用计算结果
潜水排污泵性能参数
P/a
功率N/kW
1 2 3 4 5 101520
3.04.04.05.55.55.55.55.5
nq/次2.222.962.963.333.334.824.825.20
水泵运行费用/元5.339.479.4714.6514.6521.2121.2122.88
潜水排污泵性能参数
P/a
功率N/kW25 30 7.5 7.5
nq/次5.565.566.306.306.306.30, 7.41
水泵运行费用/元33.3633.3655.4455.4455.4455.44,65.21
35 1140 1145 1150 11,
,
10011
nq=
Aqb
(取A=1)4V
(4)
假设最大暴雨时段为1h,水泵运行费用可估算为:M=nq@1@[email protected],办公楼电费按0.80元/(kW#h)计,则可得所选设计重现期与水泵日常运行费用的关系见表4。
由表3、表4可得:在集水井数量、尺寸、设备一定的情况下,以及P>20a雨量趋缓的范围内:当
Vol1 &通讯处:200041上海市新闸路848号6楼
E2mail:[email protected]收稿日期:2009211205修回日期:2010203229
下沉式广场地面雨水设计重现期取值的比较分析
蒋琴华 陈 勇
(上海建筑设计研究院有限公司,上海 200041)
摘要 就下沉式广场地面雨水设计重现期的取值与地面雨水排水的特点、雨水设计流量随排水设计重现期不同取值的变化曲线、所设置的提升装置的运行费用等进行了比较分析,得出不同建筑性质的下沉式广场地面雨水设计重现期的合理取值。
关键词 下沉式广场 雨水排水系统 设计重现期 综合比较0 前言
目前,随着我国综合国力的增强,人民生活水平的日益提高,建筑呈多样化发展,不仅仅追求立面和平面的美观和合理,更追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念,要在有限面积的地块里,在空间上力求土地使用效率的最大化。于是地下空间的开发应运而生,下沉式广场的设计选用也越来越多,它既能达到地下室采光的要求,又能满足人们休闲娱乐的目的。
但随之带来的是,下沉式广场犹如一个大盆地,暴雨时雨水不及时排除将给人民生命财产带来巨大的损失。而设计雨水流量的大小与雨水设计重现期P的取值成正比,雨水设计重现期P取值增大,虽然安全系数提高了,但一次性投资也随之增加。目前的给排水规范对下沉式广场雨水设计重现期P的取值没有明确的规定,在已有的下沉式广场设计中,雨水设计重现期P的取值也较为随意与混乱,无理论依据。本文通过对雨水设计重现期P取值的综合比较,总结出不同建筑性质的下沉式广场地面雨水设计重现期既安全又经济合理的取值。
1 下沉式广场雨水排水系统雨水量设计参数的确定
下沉式广场雨水排水系统一般采用明沟汇至集水坑内,用潜水排污泵提升后,排入室外雨水管道。
在下沉式广场地面雨水排水系统设计中,集水坑、潜水排污泵是主要部分,其大小与设计暴雨强度的取值有关,下面就这些设计参数做系统的
Vol1 比较。
下沉式广场雨水排水系统的设计雨水量(Q)大
小与该地暴雨强度(q)、汇水面积(F)以及径流系数(7)有关,雨水设计流量按式(1)计算:
Q=7qF
式中Q)))设计雨水量,L/s;
7)))径流系数,一般下沉式广场地面与屋面状况类似,取7=0.9;
F)))汇水面积,m2,按实际情况选定;q)))设计暴雨强度,L/(s#hm),按式(2)
计算:
q=
167A1(1+ClgP)
(t+b)
(2)
2
(1)
式中 t)))降雨历时,min;P)))设计重现期,a;
A1、b、C、n)))参数。
从式(2)可以看出,设计暴雨强度主要由降雨历时(t)和设计重现期(P)两个参数决定。
下沉式广场雨水系统设计一般采用明沟有组织排水,降雨历时主要取决于地面集水时间。下沉式广场与屋面类似,一般取t=5min。
暴雨强度随着重现期的不同而不同,所以设计重现期(P)的取值直接影响了下沉式广场地面雨水排水系统的设计。
2 下沉式广场雨水排水系统中设计重现期的确定
5建筑给水排水设计规范6(GB50015)2003)4.9.5条对屋面雨水排水管道的排水设计重现期的最小值进行了规定,详见表1。
屋面雨水与下沉式广场雨水量计算有着相似之
表1 各种汇水区域的设计重现期
汇水区域名称
室外场地
居住小区
车站、码头、机场的基地 一般性建筑物屋面 重要公共建筑屋面
设计重现期/a
1~32~52~510
由表2比较可得:当P=10a时的雨水设计流量是P=1a时的1.97倍;当P=30a时的雨水设计流量是P=10a时的近1.33倍;当P=50a时的
雨水设计流量是P=30a时的1.14倍;当P=100a时的雨水设计流量是P=50a时的1.19倍。
从差值角度比较:P=50a与P=10a的雨水设计流量的差值是P=100a与P=50a之间差值的将近2倍。即雨水设计流量在P=1~50a范围内增加的幅度明显。
由计算所得的设计重现期与设计雨水流量数据,做对应的曲线见图1。
屋面
注:工业厂房屋面雨水排水设计重现期由生产工艺、重要程度等因素确定。
处,但在排除雨水方式上又有本质的区别,屋面雨水因有溢流措施,当发生超过设计重现期暴雨时,雨水可通过溢流来减轻屋面荷载;而对于下沉式广场,由于其雨水的排放无法利用自流流出室外,需靠提升进行压力流排水。在设计中,如果为了考虑安全性,选用较高的设计重现期,计算所得的雨水设计流量大,雨水提升装置、集水坑的容积相应加大,虽然对防止地面积水是有利的,但经济上却增加了初期工程投资。若选用较低的设计重现期,虽然初期工程投资可相应减少,降低工程造价,但可能造成排水不畅,导致地面积水,给财产带来损失。究竟P如何取值,才能达到经济与技术上统一的要求?在此,以上海某处工程为例,对不同的P取值进行综合比较。该工程为一多层商业大楼的下沉式广场,广场面积加侧墙面积约为1000m。2.1 设计雨水量比较
根据上海市暴雨强度公式:
(3)(t+10+7lgP)
设计降雨历时t取5min,地面综合径流系数7
q=
取0.9(按屋面计),设计汇水面积F取1000m,根据式(1)、式(3)计算,可得重现期(P)选择与暴雨强度及雨水设计流量见表2。
表2 不同重现期对应的暴雨强度及雨水设计流量
P/a[1**********]
q/L/(s#hm2)
348.35436.50492.74535.17569.70687.30764.41823.38
Q/L/s31.3539.2944.3548.1751.2761.8668.8074.10
P/a25 30 35 40 45 50 ,100
q/L/(s#hm2)
871.18 913.17949.52982.051011.591038.71
,1234.74
Q/L/s78.46 82.1885.4688.3891.0493.48,111.13
2
0.3
2
图1 设计重现期与设计雨水流量对应曲线
由图1可见,当P=1~10a时,曲线较陡,设计雨水量显著增加,增速较快;当P=10~20a时,曲
线上升已平缓,设计雨水量增速变缓;当P=20~50a时,曲线走向趋缓,设计雨水量增加不多;当P=50~100a时,曲线平缓,与P=10~50a相比,增速趋慢,设计雨水量增加不明显。
因此雨水设计重现期应考虑暴雨大于某一设计重现期后雨量增幅过快给下沉式广场带来的损失,所以取值应在P>20a后雨量增加趋缓的范围内进行选择。2.2 设备设置比较
该工程设置了4个集水井进行雨水提升,则单个集水井的雨水设计流量与所选提升水泵(提升泵扬程H取15m)的对应关系如表3所示。提升水泵参数参见图集5小型潜水排污泵选用及安装6(01S305)第10~13页。2.3 运行费用比较
按照5室外排水设计规范6(GB50014)2006)规定,雨水集水井的容积,不应小于最大一台水泵30s的出水量,取集水井尺寸为1500mm@1500mm@1500mm(有效高度),又根据5室外排水设计规范65.3.1条倒推得水泵在1h内的启动次数nq为:
V36 12010
表3 不同重现期下单个集水井雨水设计
流量与提升泵性能参数
单个集水井进水潜水排污泵性能参数(取H=15m)管雨水设计流量流量Q功率N
Q/L/s3/m/h(L/s)/kW
7.849.8211.0912.0412.8215.4717.2018.5319.6220.5521.3722.1022.7623.37,27.80
30(8.33)40(11.11)40(11.11)45(12.5)45(12.5)65(18.06)65(18.06)70(19.44)75(20.83)75(20.83)85(23.61)85(23.61)85(23.61)85(23.61)
,100(27.80)
3.0 4.04.05.55.55.55.55.57.57.511111111, 11
P=20~30a、P=30~50a,以及P=50~100a时,设备运行费用各自在同一区间范围内;当P=30~50a时,雨水设计流量增加不大,但设备的日常运行
费用增加明显,P=50a时的日常运行费用是P=30a的1.66倍;当P=50~100a时,雨水设计流量与设备日常运行费用增加,但增幅趋缓,P=100a时的日常运行费用是P=50a的1.18倍;增加的幅度远低于P=30~50a增加的量。2.4 设计重现期(P)的确定
综上所述,在一定的降雨历时、同等的汇水面积及土建费用一定时,雨水设计流量仅与降雨重现期有关,选择偏大的设计重现期,所设计的雨水提升装置、集水坑抵御强降雨的能力增强,下沉式广场发生淹没的概率降低,设计安全可靠,但所选的提升设备运行费用增加,经济性不强;选择偏小的设计重现期,集水坑抵御强降雨的能力减弱,下沉式广场发生淹没的可能性提高,但平时运行费用降低,比较节省。
如何权衡安全与经济两大因素,从中找到一平衡点,从以上的比较,并考虑降雨历时及汇水面积等因素,建议根据建筑物的重要程度及下沉式广场发生淹没所造成的后果来确定雨水设计重现期(P)的取值。普通建筑物的下沉式广场取P=30a;重要建筑物的下沉式广场可取P=50a;特殊重要建筑物的下沉式广场可取P=100a;以策安全。3 结语
下沉式广场雨水排水系统中设计重现期(P)的确定,在原则上应根据工程造价和运行的费用,以及由于暴雨超过设计重现期广场被淹所造成的正常生活秩序的影响、财产损失的后果,权衡两者得失来优选得出经济、合理的设计重现期。在实际工程设计中,建议在5建筑给水排水设计规范6修订时增加并明确下沉式广场雨水排水系统中设计重现期(P)的取值,以便于设计者规范设计。
P/a
1 2 3 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ,100
表4 不同重现期下水泵日常运行费用计算结果
潜水排污泵性能参数
P/a
功率N/kW
1 2 3 4 5 101520
3.04.04.05.55.55.55.55.5
nq/次2.222.962.963.333.334.824.825.20
水泵运行费用/元5.339.479.4714.6514.6521.2121.2122.88
潜水排污泵性能参数
P/a
功率N/kW25 30 7.5 7.5
nq/次5.565.566.306.306.306.30, 7.41
水泵运行费用/元33.3633.3655.4455.4455.4455.44,65.21
35 1140 1145 1150 11,
,
10011
nq=
Aqb
(取A=1)4V
(4)
假设最大暴雨时段为1h,水泵运行费用可估算为:M=nq@1@[email protected],办公楼电费按0.80元/(kW#h)计,则可得所选设计重现期与水泵日常运行费用的关系见表4。
由表3、表4可得:在集水井数量、尺寸、设备一定的情况下,以及P>20a雨量趋缓的范围内:当
Vol1 &通讯处:200041上海市新闸路848号6楼
E2mail:[email protected]收稿日期:2009211205修回日期:2010203229