天溝的構造形式 重慶玖通建筑裝飾鋁合金天溝安裝施工

  天溝的構造形式與設計方案：

金屬天溝的作用是收集雨水，并能通過排水管系統有組織的迅速將雨水排出。

天溝槽的設計時，在充分考慮到其自身的排水、引水的功能外，還要考慮到排水天溝是整個屋面系統的一個組成部分。其功能要完整。特別是在保溫、隔熱、隔聲及裝飾性能上要根據不同的項目進行專門的設計。一般要求在天溝金屬槽的室內則設置填充保溫棉，在可視部分包飾裝飾面層。在天溝金屬槽的室外則涂防水油膏加防水卷材，這樣有利于減少噪聲，提高溝槽的防腐能力，提高使用壽命。

在相關的國家標準和規范中對金屬屋面排水天溝的設計已明確規定，排水天溝槽的設計應該考慮以下各方面的內容：

1) 排水天溝采用防腐性能好的鋁合金金屬材料;

2) 防水系統采用兩道以上的防水構造。防水系統應具備吸收溫度變化等所產生的位移的能力。(圖6(a) (b))

圖1(a) 不銹鋼天溝槽的橫剖面節點圖

3) 排水天溝的截面尺寸應根據排水計算確定，并在長度方向上應考慮設置伸縮縫，天溝連續長度不宜大于30m。

4)在對于匯水面積大于5000平方米屋面，應設置不少于2組獨立的屋面排水系統，并應采用虹吸式屋面雨水排水系統。

5)天溝底板的排水坡度應大于1%。在天溝內側設置柔性防水層，最好不低于在兩側立板的一半位置(1/2)處和底板的全部加一道柔性防水層。(圖1(b) )

圖1(b) 加工成型的不銹鋼天溝

2.2.1、排水天溝溢流口的設計：

在CECS183：2005 《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》中是這樣定義的：

溢流口(overflow)當降雨量超過系統設計排水能力時，用來溢水的孔口或裝置。

溢流系統(overflow system)排除超過設計重現期雨量的雨水系統。溢流系統可以是重力系統或虹吸系統，溢流系統不得與其他系統合用。

在排水天溝內,如果出現非常情況,如排水口不暢，水量過大等特殊情況，為保證天溝能夠將水排出，比較好的辦法是在天溝內設置溢流口。當天溝的水位到達一定的高度時，水在過溢流口溢出，并能將水有組織的排入落水管內?；蛑苯訉⑺诺轿萃?。

我們在生活中最常見的溢流口就是家庭中使用的洗手水池?；旧显诿總€水池上沿邊部都留有一個小口，這就是水池的溢流口。當水在水池內高度到達口邊緣時，水將通過此溢流口流入下水管道，不使過多的水發生外溢的現象。提高了用水的安全性。

屋面排水天溝在工作狀態時其環境更為復雜，很有可能由于異物將落水口的排水量減少或失去排水的功能?；蛴捎诜浅Ｇ闆r，出現水量過大無法及時排出而造成水從天溝的邊緣溢出，進入屋面的保溫層而出現屋面漏水現象，更嚴重的時候可能由于水的重量引起屋頂支撐結構的安全問題。

溢流口的形式可以根據工程項目的特點而定，可采用在天溝側面立板或端部立板面上開口的作法;也可以采用臺式溢流口的設計。(圖2a、b)

圖2a不銹鋼天溝臺式溢流口節點圖

圖2b在天溝側面立板設置的溢流口節點圖

在設計溢流口時也應進行溢流口的布置分析，用計算和分析方法確定溢流口的尺寸大小和位置，數量是否滿足在極限狀態下的需要。溢流口的尺寸計算在《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》中已給出了計算公式和計算方法。

由于項目的不同特別是異形曲項目，每一段天溝的設置都會有所不同，所以應在深化設計時對每一段天溝的布置、每一個落水口和溢流口的設置都應有分析計算來確定。

  金屬天溝槽應與其支撐結構之間能夠相對位移

在天溝施工時，不得將天溝的板邊緣直接錨固(焊)在天溝的支撐結構上。因為天溝與天溝的支撐結構一般在工作狀態時不是在一個溫度場內，在溫度變化時會出現較大的溫度差。會在天溝槽的縱向方向天溝與支撐結構之間出現較大的相對變形。如使其固定限制其變形將在此部位出現很大的溫度應力，使之出現破壞。

圖3 金屬天溝斷面節點圖

同時，由于金屬天溝的材質為鋁合金板，奧氏體型在20℃至300℃時線膨漲系數為17.5;而支撐結構為碳鋼材料，其在20℃至300℃時線漲系數約為11.3至13。奧氏體型與碳鋼相比，最大的線膨脹系數，比碳鋼大40%，并隨著溫度的升高，線膨脹系數的數值也相應地提高。所以出現溫度變化時即使天溝與其支撐結構的溫度一至，也會由于材質的不同出現很大的應力而產生溫度變形。所以在天溝和支撐結構設計時應充分考慮到其有相對位移的特點，使其在工作時能保持良好的工作狀態。

、大坡度的排水天溝應設置阻水擋板、水平落水斗

屋面布置大坡度天溝時，應考慮到排水天溝在使用時的有效和可靠性。應設置好天溝的支承系統，使其安全穩固。在大坡度的天溝內設置雨水斗時，應充分考慮到雨水的流速。應根據其斜度來確定是否要增設阻水板(圖9a)。

在斜度大于15%時，在排水天溝內宜考慮設置阻水板裝置，來降低雨水在斜形天溝內的水流速，斜度越大阻水板的數量應越多。阻水板除了能有效的控制水的流速外，還能有效的阻止異物進入排水口。

阻水板的形式可以為篩孔式、橋式、板式等。阻水板的高度一般可在天溝側立板高度的1/2至1/3(圖4b)。

斜型天溝內的雨水斗應設置集水槽，將雨水集中在集水槽中排出，集水槽的底部應水平設置，不得將雨水斗傾斜安裝在斜型天溝的底部?？v向傾斜的天溝集水槽應設置在斜型天溝的下半部位，并在集水槽的下短邊邊緣設置阻水板(圖4a)。

圖4a 大坡度天溝阻水擋板布置簡圖

圖4b天溝阻水擋板形狀簡圖

   斜屋面的橫向天溝底板應水平設置

在曲面建筑屋面設置天溝時，應充分考慮到排水天溝在使用時的有效性，不得使金屬天溝斷面的下底板傾斜設置(圖5a)，這會嚴重影響天溝設計容量的有效性，使天溝的排水性能大打折扣，同時還能由于積水造成天溝內污濁。

在實際工程中，天溝斷面底板傾斜設置大部分是出現在結構面與屋面的距離太小，沒有考慮到設置天溝的位置。應重新確定結構與屋面板的關系。在設計時必須將天溝斷面的下底板水平設置，這樣才能使天溝起到有效的排水作用(圖5b)。

圖5a天溝阻水擋板形狀簡圖

圖5b天溝阻水擋板形狀簡圖

排水天溝端頭和長度方向接頭的設計

排水天溝的截面尺寸應根據排水計算確定，并在長度方向上應考慮設置伸縮縫。由于天溝縱向長度方向有著溫度變形的影響，所以長度不宜過長。按照國家標準的規定，天溝連續長度不宜大于30m。這是一個參考尺寸，可根據實際情況對特定的項目提出要求。連續長度尺寸的確定主要是考慮天溝在工作狀態時，由于環境溫度的變化引起的天溝縱向長度尺寸變形是否在可控范圍內。在計算時溫度變化值(溫差)應考慮在100℃以上的變化。天溝端頭和接頭形式也應根據每個實際工程情況和要求進行設計。

  屋面匯水區域的劃分及匯水量的分析、計算

在屋面排水天溝的設計中，匯水區域和匯水量的確定直接影響到天溝系統和落水系統的布置與構造設計，是保證屋面功能設計中的關鍵參數。匯水量的分析，主要內容是將指定天溝在單位時間內所能收集到的最大雨水總量的分析。這就需要對這段天溝所對應的，能接受雨水的全部屋面面積進行分析計算。一般的平面和斜面屋面的計算分析比較簡單，按以下方法就可以得出結果。但對應復雜的異型屋面要根據其屋面板排版圖對所對應的區域進行匯水量分析。下面是落水口分擔雨水量的計算、排水量的計算以及落水管管徑計算，這是在天溝設計中最重要的分析計算。

圖6 天溝所對應的匯水量分析圖

(1)、每一個落水口所分擔之雨水量計算：

屋面長度：L(m); 屋面寬度：B(m);

集水面積：Ar=B*L(㎡);

雨水量：Qr=Ar *I*10-3/3600(m3/sec);

降雨強度：I (mm/hr)

考慮屋面蓄積能力的系數。1.0~2.0之間。

平屋面(坡度<2.5%)1.0，斜屋面(坡度>2.5%)1.5~2.0。

(2)、天溝排水量的計算(天溝斷面核算)：

天溝排水斷面簡圖見圖7

圖7 天溝排水斷面簡圖

天溝排水量計算采用曼寧公式計算：

Qg=Ag*Vg =Ag*R2/3*S1/2/n

Ag=W*HW

R=Ag/(W+2Hw)

Vg：天溝排水速度(m/sec)

N：sus或彩色板磨擦系數=0.0125

S：天溝泄水坡度=1/100

W：天溝寬度(m)

H：天溝深度(m)

Hw：設計最大水深(m)(通常取0.8H)

FOR Qg>Qr 排水槽的截面滿足要求。

(3)、落水管管徑計算: Qd=m*Ad*(2gHW)1/2( m3/sec)

M：落水管支數=1支

d：落水管外徑(m)

Ad：落水口面積(㎡)

g：重力加速度=9.8 m/sec

HW：天溝最大水深(m)

FOR Qd>Qr 使用落水管的管徑大小滿足要求

  在寒冷地區屋面除雪融冰系統的設計及排水應該考慮的問題

屋面在寒冷地區的冬季，常會出現積雪的現象，嚴重影響了屋面的使用安全。為解決這個問題可在排水天溝內布設天溝融雪系統。

在天溝內的融雪系統一般采用恒定功率電伴熱帶作為融雪的手段?；痉椒ㄊ菍⒃O計計算后選定的伴熱帶鋪設在天溝內。.

天溝融雪方案在確定時，應根據工程所在地的冬季氣候條件和環境通過計算選用伴熱帶，確定伴熱帶在天溝內的鋪設方案;以某個實際工程為例，為保證除冰和融雪的速度和效果，選用了伴熱帶標稱功率為35瓦/米，天溝內鋪設方式采用1:6呈“S”型鋪設(圖18)，天溝槽除冰融雪功率為210瓦/米。落水斗附近加密鋪設。

該項目的融雪散熱量計算如下： 融雪系統設計依據為《地面輻射供暖技術規程》JGJ142--2004。 散熱量計算如下：

單位地面面積所需散熱量(Qx)按以下公式計算：

Tpj=Tn+9.82*( Qx/100)0.969

式中Tpj-----------地表面溫度(℃)，地表面溫度按照融雪要求在1℃左 右，即Tpj=1℃

式中Tn-----------環境計算溫度。在融冰項目中為最低室外環境溫度， 即Tn=-31℃ (鄂爾多斯室外最低氣溫-31℃)

式中Qx----------單位地面面積所需散熱量w/㎡ 即

1=-31+9.82*( Qx/100)0.969

( Qx/100)0.969=32÷9.82=3.26

通過以上公式得知： Qx ≈348W/㎡

根據計算結果，每延米平均功率348*0.6=209W,使用35W/m發熱電纜，實際按每延米6.5米發熱電纜(含折彎曲線)鋪設?？紤]實際使用和控制系統操作方便以及現場電源等情況，該建筑屋面天溝設多個控制點，每個控制點設1個控制箱進行分區控制。

天溝內伴熱帶的鋪設方式根據實際工程的要求，可采用呈“S”型的鋪設方案，也可以采用平行鋪設的方法(如圖2.5.3)。要加大融雪速度也可選用大功率伴熱帶或在天溝的立板及屋面板檐口增設融雪裝置。

圖8呈“S”型鋪設的電伴熱帶

圖9“S”型電伴熱帶的融雪效果

圖10平行鋪設的電伴熱帶

屋面與金屬天溝的隔聲設計

雨滴撞擊屋面和天溝引起振動，將有兩種聲音傳向室內，一是振動輻射出的空氣聲，一是通過結構傳遞的固體聲。如果屋面的構造具有良好的空氣聲隔絕能力及良好的撞擊聲隔絕能力，可降低雨噪聲。

增加屋面質量是解決雨噪聲最為有效的途徑，但是對于屋面等輕質屋面的可行性不大，因此只能通過改變屋面的結構做法來降低雨噪聲對室內的影響。一般來說分層越多，層與層之間的界面越多效果越好。雨噪聲屬于在結構中傳遞的彈性波，聲波通過界面時會因反射而降低繼續行進的聲能，因此界面有利于降低聲能。

采用巖棉、離心玻璃棉等吸聲材料作層間填充，可提高隔聲層的空氣聲隔聲性能。同時，這些吸聲材料還具有提高保溫性能的效果。有些材料，如聚苯、聚氨酯等，雖具有保溫特性，但不具有不吸聲性能，對于雨噪聲的隔絕效果甚微。

 結束語

近年來，超大型的曲面建筑金屬屋面，特別是雙曲面造型的金屬屋面系統，越來越多的應用在國內外大型建筑中。我們應該看到，這些異型屋面在給建筑增彩的同時也我們帶來諸多的煩惱。其中反應最強烈，出現問題最多的是滲水、漏水現象。這可以說是大型金屬屋面質量上的頑癥，究其原因應該是多方面的。但排水系統設計不到位，特別是對排水天溝的設計沒有充分分析在工作狀態時的適應、協調情況，造成不銹鋼排水天溝的使用功能失效，而造成屋面漏水的嚴重后果。