建筑屋面雨水排水系统作为工业与民用建筑的重要配套系统组成部分之一, 其设计标准的高低与排水设施的完善程度往往会直接影响到建筑工程的质量和安全。相关国家规范对这方面也有要求, 《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003, 2009年版) 4.9.1条要求屋面雨水排水系统应迅速、及时的将屋面雨水排至室外雨水管渠或地面;4.9.8条要求建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口、溢流堰、溢流管系等溢流设施, 溢流排水不得危害建筑设施和行人安全。

　　 屋面雨水排水设计时首先应根据建筑物的重要程度、屋面汇水区域外形特点、地方气象历史资料等确定雨水重现期, 然后根据汇水面积计算雨水量, 设计出相应的雨水排水系统。目前常规的屋面雨水排水系统均采用雨水斗下接雨水管的方式, 由于雨水斗是设置在屋面最低处或者天沟内, 一般情况下常年没有人上去检修, 天沟及雨水斗很容易出现堵塞、排水不畅, 严重时甚至会导致屋面积水、渗漏, 影响到顶层住户。由于受建筑方案及立面效果的要求, 屋面雨水排水只能按照一定的雨水重现期进行设计, 建筑外立面雨水立管管径不能偏大、数量不能偏多, 否则会影响外立面效果。所以在发生极端暴雨天气时超过重现期的雨水量雨水立管来不及排放, 如不采取适当措施及时排出雨水也会导致屋面出现积水。如果暴雨持续时间较长、屋面积水平均深度超过200mm时就会影响到建筑屋面结构荷载安全, 一般上人屋面结构设计时是考虑200kg/m²的荷载, 折算成水体积就是0.2 m³, 再换算成屋面单位面积平均积水深度就是200mm/m²。因此, 在工程建设设计时就应当有预见性的考虑到当屋面雨水管道堵塞或者极端天气时瞬时暴雨量的雨水排放问题, 在屋面积水深度达到一定的设定高度后, 采取一定的技术措施主动泄水, 即可以减少屋面渗漏的概率也可以保证屋面结构荷载安全。按照目前的相关国家技术规范要求, 结合施工技术条件、综合考虑工程造价、建筑外立面效果、后期物业管理水平等因素, 在建筑屋顶设置安装雨水溢流口装置是最简单有效的措施。

　　 规范上仅要求建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口、溢流堰、溢流管系等溢流设施, 对雨水溢流口的具体做法没有要求。目前常规的做法就是在屋顶排水沟外侧的建筑女儿墙上直接预留若干一定尺寸的洞口, 这种常规做法不太美观, 首先会影响到建筑整体外立面效果, 另外当屋面为上人屋面时, 由于女儿墙溢流洞口没有任何阻挡也会有一定的安全隐患。针对这样的一种现状, 笔者初步设计构思出一种成品的屋面雨水溢流口装置。在建筑工程施工时, 可在建筑屋面的外侧女儿墙距离屋面雨水天沟上部一定的高度位置处安装这种装置。这种成品屋面雨水溢流口装置正面为外边框、上限位企口、活动翻板及装饰面板, 侧边框中点部位设有转动轴、转动轴右上方45°方向设有限位杆, 背面由金属浮球、浮球插销、插销孔、固定锁链、防坠锁链和下限位企口等配件组成。产品主要构造见图1。

　　 这种成品屋面雨水溢流口装置整体为不锈钢金属结构, 耐腐蚀、耐风化、耐高低温, 在结构上利用了水力学及部分机械原理, 产品构造简单、性能可靠。产品各部位功能:成品雨水溢流口装置外边框上口和下口均预留有安装孔, 用膨胀螺栓即可安装在女儿墙上;正面的活动翻板通过转动轴镶嵌在外边框内部, 在外墙装修时可以把装饰面板装修成与建筑外立面同样的颜色, 平时锁链固定呈关闭状态, 即不会影响到建筑立面效果, 屋面上也没有预留洞口式溢流口的安全隐患;上、下限位企口和底框插销孔设置在外边框的上、下底板上, 用于固定装饰面板;金属浮球为在水中可以自由浮起的不锈钢密闭球体, 浮球下部的插销插入底框插销孔中, 通过拉紧固定锁链即可固定活动翻板;防坠锁链的一端与外边框的上底板相连, 另一端与浮球插销固定相连, 避免了插销脱离时浮球坠落。当雨水立管、雨水天沟堵塞或极端天气瞬时暴雨量超过雨水斗泄流量时, 屋面水位持续上升, 金属浮球在雨水浮力作用下随水位上升将浮球插销从底框插销孔中拔出, 固定锁链脱落, 活动翻板在屋面积水的侧向水压力作用下绕转动轴作顺时针转动, 当旋转到45°时被侧边框限位杆挡住, 雨水通过溢流口迅速自由落下, 安装效果如图2所示。

　　 为避免活动翻板两侧双向风压对使用安全性的影响, 主要为外侧风压对活动翻板开启的阻碍和内侧风压导致活动翻板的非正常开启, 设计时把转动轴设置在活动翻板的水平中轴线位置, 由于翻板面积上下等分, 竖直方向力臂相等, 故活动翻板中轴线上下风压力相等, 活动翻板受力平衡, 消除了风压力对产品安全性带来的不利影响。

　　 另外根据溢流口水量公式, 其中b为溢流口宽度, h为溢流口高度, g为重力加速度。通过水力计算可设计出若干种规格尺寸的成品雨水溢流口装置, 为便于安装常规尺寸有:200 (L) ×200 (H) 、300 (L) ×300 (H) 、400 (L) ×400 (H) 、500 (L) ×500 (H) 等几种, 与之相对应的雨水泄流量分别为:10L/s、30L/s、60L/s、100L/s。工程施工时可根据屋面雨水泄流量的需要选择对应规格的产品或者多种规格产品组合安装, 可以满足各种不同屋面雨水溢流水量的需要。

　　 溢流装置启动需要的最低溢流水位试验值的确定, 试验时当金属浮球在水浮力的作用下随水位上升将插销从插销孔中拔出时活动翻板旋转, 溢流装置启动。故溢流水位H等于浮球插销的总长度b加上浮球插销孔深度a再加上浮球刚开始启动上浮时淹没在水面以下部分的球冠高度h。试验时选取的不锈钢浮球壁厚均为0.5 mm, 先测量出浮球和插销的总重量, 然后依据阿基米德原理 (浸入静止流体中的物体受到一个浮力, 其大小等于该物体所排开的流体重量, 方向垂直向上并通过所排开流体的形心) , 求出浮球刚开始启动上浮时淹没在水面以下部分的球冠体体积, 得出数据h;具体溢流装置启动试验见图3所示, 溢流水位试验数据统计见表1。

　　 在土建工程施工时, 首先根据设计图纸确认溢流口的位置及尺寸, 在女儿墙上预留相应规格尺寸的洞口, 屋面工程完成后, 根据屋顶最终完成面的高度校核雨水溢流洞口的标高、位置及数量, 然后用膨胀螺栓将成品雨水溢流口固定安装在预留洞口内, 再用砂浆填堵好产品边框外侧与洞口之间的缝隙, 以确保产品安装牢固、不会出现松动等现象;再用锁链将活动装饰面板固定在外边框内即可, 最后进行外立面粉刷或装饰。上述安装效果参见图2。

　　 (1) 确定好雨水溢流口的位置, 溢流口应设置在屋面顺水流方向相对较低的、溢流时雨水能够通畅到达的部位。

　　 (2) 为避免溢流雨水冲击到行人或浮球坠落伤人等情况, 溢流口正下方不能有门窗及行人通道, 建议要结合建设项目的道路总图综合考虑溢流口的位置。

　　 (3) 注意将屋面雨水溢流口与屋面侧向雨水斗出水口区分开, 雨水溢流口安装时内侧不得设格栅或钢丝球, 而屋面侧向雨水斗的出水口要设置格栅或钢丝球。

　　 (4) 注意调节好固定锁链的松紧受力程度适中, 既要保证平时能拉紧活动翻板、避免风吹产生晃动, 又要保证屋面积水时金属浮球在水浮力的作用能够顺利拔出插销、及时打开活动翻板泄水。

　　 (5) 根据屋顶天沟完成面的最终标高校核溢流口的设置高度, 溢流口以下的水深及水重力荷载应提供给结构专业复核屋面荷载安全, 确保最高溢流水位应低于建筑屋面允许的最大积水荷载深度。

　　 这种成品雨水排水溢流口装置利用纯机械方式, 工作原理简单、安装维护方便、性能可靠、经久耐用, 直接安装在建筑屋面女儿墙预留洞内。在屋面出现积水时可自动溢流泄水, 即满足了相关设计规范要求, 减低了屋面渗漏的概率, 又不会影响建筑外立面效果, 提高了建筑工程的质量安全和品质保证。