CN102587597A - 基于低影响开发思想的建筑平屋顶雨水立管安装结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于低影响开发思想的建筑平屋顶雨水立管安装结构及安装方法，包括以下步骤：第1步：以雨水立管管口与平屋顶的交界处为内环，浇筑底边为2h、高度为h的等腰三角形混凝土，等腰三角形混凝土沿内环浇筑一周，h取5-10cm；第2步：在浇筑的环形混凝土顶部配置孔径为5-10mm的截污网，截污网可用塑料或防腐金属制成。本发明的设计方法，是低影响开发雨水系统理念的工程化方法，具有构造简单、建设投资和运行费用低、运行管理简便，雨水径流洪峰流量削减能力强等优点，对降低城市雨洪风险具有重要的作用。

Description

基于低影响开发思想的建筑平屋顶雨水立管安装结构及安装方法

技术领域

本发明属于市政工程、环境保护技术领域，具体涉及一种建筑平屋顶雨水立管低影响开发设计方法。

背景技术

雨水作为一种宝贵的资源，在城市水循环体系和区域水环境系统中发挥着重要作用。20世纪60年代以来，随着世界经济的发展和城市化水平的提高、不透水面积的增加，水循环系统失衡和雨水流失量增加等问题愈发严重，由此产生一系列生态环境和社会问题，这已成为城市可持续发展过程中的重要制约因素。主要表现为：雨水径流污染严重；城市洪涝灾害风险加大；城市生态环境破坏严重等。目前我国绝大多数城市对待雨水的态度是把它当作一种“废水”而简单地排除，较少考虑到雨水的收集回用和综合调蓄技术来减少城市雨水径流量。一方面，我国大多数城市饱受严重缺水的困扰，地下水资源被超量开采，地下水位逐年下降；另一方面，暴雨径流量逐年增加，城市排水系统不堪重负，由此引发了许多城市的水涝灾害，损失巨大。如何科学合理地利用城市雨水资源、有效地削减暴雨径流和水涝灾害，已成为国内外学者广受关注的重大课题，国内越来越多的城市已开展相应领域的研究与应用。

一些发达国家关于雨洪控制利用已经形成了比较成熟的理论和技术体系，并且已有广泛的工程应用。如美国的“最佳管理措施”(Best Management Practices，BMP)，英国的“可持续城市排水系统”(Sustainable Urban Discharge System，SUDS)，澳大利亚的“水敏感性城市设计”(Water Sensitive Urban Design，WSUD)，美国的“可持续基础设施”(Sustainable Infrastructure，SI)等。20世纪90年代，美国暴雨管理专家开发了一种模拟自然水文条件原理，基于源头控制理念实现雨洪控制与利用的一种雨水管理方法，即低影响开发(LID)。LID强调雨洪控制设施的设计应贯穿于整个场地规划设计过程之中，采用分散的小规模措施对雨水径流进行源头控制，减少雨水径流峰值流量和总量，提高径流水质。LID提倡因地制宜，通过一系列保护性设计、渗透、径流储存、生物滞留、过滤、低影响景观等措施对雨水径流进行生态化处理，尽量模拟雨水自然循环过程，从而做到对城市雨水径流水量和水质的控制。LID采用“源头控制”技术代替传统的“终端处理”技术，它的主要特点是可持续、分散化、低能耗、节约成本并且可与建筑、景观规划设计与土地开发建设相结合，具有广泛的应用前景。

LID技术在国内处于起步探索阶段，尚未形成完善的理论和技术体系。我国是全世界城市化进程最快的国家，大多数城市人口密度较大、土地资源紧张、水资源短缺现象严重，生态环境的压力也较大，因此，LID技术在我国具有广泛的应用前景。此外，国内颁布的一系列标准和规范也为LID技术在我国的应用提供了最佳的时机和条件，如《绿色建筑评价标准》和《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)等。目前LID技术在国内已有实际的应用案例，如宁波某开发区雨水规划系统、北京东方太阳城项目区域内的雨水调蓄利用系统、天津东丽湖万科生态住宅区项目等，这些实际案例的运行都表明LID不仅能充分利用大量的雨水资源，提高小区的防涝标准，且节省了大量雨水管道资金，实现经济效益和环境效益的双赢。

发明内容

本发明针对城市化进程中，对于新建成的建筑小区出现的不透水面积比例增加、径流系数增大、汇流时间缩短使得洪峰流量大幅增加，导致原有排水系统不能满足要求的情况下，基于低影响开发(LID)技术的雨水源头控制理念，开发了一种建筑平屋顶雨水立管安装结构及安装方法。

本发明的技术方案如下：

一种建筑平屋顶雨水立管的安装方法，所述方法包括以下步骤：

第1步：雨水立管安装在平屋顶内，管口与屋顶齐平，以雨水立管管口与平屋顶的交界处为内环，浇筑底边为2h、高度为h、、截面为等腰三角形的环形混凝土，混凝土沿内环浇筑一周，h取5-10cm；

第2步：在浇筑的环形混凝土顶部配置截污网。

一种建筑平屋顶雨水立管的安装结构，所述安装结构包括雨水立管与平屋顶，雨水立管安装在平屋顶内，管口与屋顶齐平。在雨水立管管口与平屋顶的交界处浇筑有一圈环形混凝土，所述环形混凝土是以雨水立管管口与平屋顶的交界处为内环，截面为等腰三角形，高度为h，底边宽度为2h，h取5-10cm；在环形混凝土的顶部配置有截污网。

截污网的材料可用塑料或防腐金属制成，主要起防止屋顶大尺寸漂浮物流入雨水立管的作用。

本发明的方法是基于低影响开发的理念，从源头上控制洪峰径流，实现时间上的洪峰错流，达到降低城市雨洪风险，减小市政雨水管道管径的目的。

该发明的作用在于减小建筑小区末端的洪峰流量，从而减小小区末端的雨水管管径。洪峰流量削减率及减小的小区末端雨水管管径的计算方法如下：

第1步：计算常规情况下(本发明的设计方法应用前)小区雨水设计流量Q；

小区内的全部汇流面积参与径流时，产生最大径流量。根据雨水设计流量计算公式：Q＝Ψ_avFq，式中F为小区汇水面积，q为设计暴雨强度，Ψ_av为小区平均径流系数，可按下式计算：

F_i为小区汇水面积上各类地面面积(ha)，Ψ_i为相应于各类地面的径流系数，F为全部汇水面积(ha)。计算设计暴雨强度时t取t₁，t₁为当地的地面集水时间，是恒定参数。

第2步：根据混凝土高度h计算屋面雨水滞留时间T。根据公式：h＝Ψ

式中A₁、c、b为当地暴雨强度公式的地方参数，是恒定参数，P为设计暴雨重现期，t为降雨历时。

第3步：计算t₁+T时刻内，除屋面雨水径流外的小区其它汇水面积参与径流时的雨水设计流量Q₁。计算方法同第一步，此时汇水面积不包括屋面面积。

第4步：计算t₁+T时刻后屋面雨水参与径流时的雨水设计流量Q₂。计算方法同第一步，此时暴雨强度公式中的t为t₁+T，面积为小区总汇水面积F。

第5步：比较Q₁和Q₂大小，取Q’＝MAX{Q₁，Q₂}，进而计算出ΔQ＝Q-Q’，洪峰流量削减率％＝ΔQ/Q。

第6步：通过水力计算结合小区地形图，由Q和Q’可计算出相应的小区末端雨水管管径DN和DN’，进而求出ΔDN＝DN-DN’。

基于低影响开发的源头控制理念，本发明从屋面这一径流源头出发，在暴雨来临时，本发明的应用可实现小区内屋面径流与其它径流的错峰，能有效降低雨水径流量，并最终降低市政雨水管道管径。暴雨过后，屋面蓄积的雨水可自行蒸发或通过一定方式回用。

本发明的优点如下：

雨水源头控制，发明方法简单，工程投资和运行维护成本低，只需在雨水立管与平屋顶交界处设置一定高度的环形混凝土，并在其顶部配置截污网，即可实现削减小区洪峰流量效果，是低影响开发雨水系统理念工程应用的一种体现方法。

附图说明

图1是该发明应用前后，应用实例中的重庆市某绿色建筑示范小区末端雨水设计流量-降雨历时对比示意图。图中红色曲线是原小区雨水设计流量-降雨历时关系，黄色曲线为该发明应用后小区雨水设计流量-降雨历时关系。从图中可看出，黄色曲线有两个峰值，分别是暴雨过程中，屋面雨水参与径流前后的洪峰流量，两个峰值都明显小于红色曲线峰值，即说明该设计方法应用后小区雨水设计流量有所下降。

图2是建筑平屋顶雨水立管管顶平面图。

图3是建筑平屋顶雨水立管A-A剖面图。

具体实施方式

参见图2和图3，本发明的实施步骤如下：第1步：以雨水立管1管口与平屋顶2的交界处为内环，浇筑底边为2h、高度为h、截面为等腰三角形的环形混凝土3，环形混凝土3沿内环浇筑一周，h取5-10cm；；第2步：在浇筑的环形混凝土顶部配置孔径为5-10mm的截污网4。雨水立管1的半径为R。

应用实例：

重庆市绿色建筑示范小区总用地6ha，其中建筑用地1.26ha，占21％；公共绿化用地1.62ha，占27％；景观水体水景面积为0.66ha，占11％；道路用地0.54ha，占9％；硬质路面1.92ha，占32％。小区住宅建筑包括高层、多层建筑和花园洋房。该小区是国家十大重点节能工程示范项目中的绿色建筑示范工程项目，得到建设部与荷兰住房部认可成为中荷可持续示范项目。该小区建筑平屋顶雨水立管安装方法采用本发明的设计方法，即以雨水立管管口与平屋顶的交界处为内环，浇筑底边为2h、高度为h、、截面为等腰三角形的环形混凝土，混凝土沿内环浇筑一周，h取5cm，并在浇筑的环形混凝土顶部配置孔径为5mm的截污网。

以下是该小区使用本发明所设计的雨水立管安装方法前后的雨水设计流量及小区末端雨水管管径的计算过程。

(1)本发明应用前小区雨水设计流量Q

根据该城市暴雨强度公式及雨水管渠设计流量计算公式，可得：

式中Ψ_av为小区平均径流系数，计算过程见下表，F为小区内的汇水面积，即用地面积6ha，P为暴雨重现期，取2a，t为当地的地面集水时间，取5min，将各个数据代入公式求解得Q＝950.72L/S。

表1平均径流系数计算表

(2)本设计方法应用后屋面雨水滞留时间T

根据公式：

根据当地的降雨资料，一年一遇的日降雨量为52.6mm，混凝土高度h取50mm，解得T＝37.58min。

(3)t₁+T时刻内，除屋面雨水径流外的小区其它汇水面积参与径流时的雨水设计流量Q₁

雨水设计流量公式与第一步计算过程类似，其中Ψ_av是除屋面外的小区平均径流系数，Ψ_av＝0.37，F＝4.74ha，t＝5min，代入第一步中雨水流量设计公式得Q₁＝598.91L/S。

(4)t₁+T时刻后屋面雨水参与径流时的雨水设计流量Q₂

由雨水设计流量计算公式

式中Ψ_av＝0.464，F＝6ha，P＝2a，t＝t₁+T＝5+37.58＝42.58min，代入公式得Q₂＝419.03L/S。

(5)本发明方法应用后小区雨水设计流量Q’

Q’＝MAX{Q₁，Q₂}＝Q₁＝598.91L/S，ΔQ＝Q-Q’＝351.81L/S，洪峰流量的削减率％＝ΔQ/Q＝37％。

(6)水力计算雨水管管径

①本发明应用前小区末端雨水管管径计算

本案例中，小区的地面坡度较小，为不使管道埋深增加过多，管道坡度宜取较小值。Q＝950.72L/S，通过查水力计算图，最终求得适宜的管径DN＝1100mm，V＝0.95m/s，I＝0.85‰。

②本设计方法应用后小区末端雨水管管径计算

由Q’＝598.91L/S，查水力计算图，最终求得适宜的管径值DN’＝900mm，V＝0.92m/s，I＝1.1‰。ΔDN＝DN-DN’＝200mm。即该设计方法应用于本小区后，可使小区末端雨水管管径减小200mm。

Claims (3)

1.一种建筑平屋顶雨水立管的安装方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

第1步：雨水立管安装在平屋顶内，管口与屋顶齐平，以雨水立管管口与平屋顶的交界处为内环，浇筑底边为2h、高度为h、截面为等腰三角形的环形混凝土，混凝土沿内环浇筑一周，h取5-10cm；

第2步：在浇筑的环形混凝土顶部配置截污网。

2.根据权利要求1所述的建筑平屋顶雨水立管的低影响安装方法，其特征在于所述方法适用的建筑平屋顶坡度小于3%。

3.一种建筑平屋顶雨水立管的安装结构，所述安装结构包括雨水立管与平屋顶，雨水立管安装在平屋顶内，管口与屋顶齐平；其特征在于，在雨水立管管口与平屋顶的交界处浇筑有一圈环形混凝土，所述环形混凝土是以雨水立管管口与平屋顶的交界处为内环，截面为等腰三角形，高度为h，底边宽度为2h， h取5-10cm；在环形混凝土的顶部配置有截污网。

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