 K型金属檐沟水力工况影响因素
雨水沿K型金属檐沟流动时，水力条件受到天沟坡度、宽度和断面形状的制约。虹吸系统天沟承担着雨水收集、贮存(存储系统形成虹吸前的降雨量)和有序排入雨水斗并产生稳定斗前水深的作用。天沟对雨水的收集和贮存取决于其容量，而对雨水的有序引导则受到一系列水力因素的影响，如天沟坡度以水力坡降线的形式为排入雨水斗的雨水提供能量，天沟宽度会影响雨水斗附近的入流水力条件(涉及到水面涡旋、系统掺气情况)等等。
1、坡度(水平天沟和倾斜天沟)
在天沟中，水面曲线(或水力坡降线)应坡向雨水斗，即天沟应有一定的静水压头差，为排入雨水斗的雨水提供必要的入流动量。为提高天沟向雨水斗的泄流量，以及防止施工时找坡不严造成倒坡现象发生，国内一般都要求天沟设计为一定的坡度。
天沟按照坡度大小可分为水平天沟和倾斜天沟(坡度>3%0)。从施工层面上来说，天沟坡度不宜太大，以免天沟起端屋顶垫层过厚而增加结构的荷重；但也不宜太小，防止天沟抹面时局部倒坡，使雨水在天沟中积存、造成屋顶漏水。从水力工况上来说，虹吸系统天沟坡度不宜太大(如>10%，否则雨水斗入口处的局部流速过高，容易形成涡旋，造成较为强烈的紊动，影响雨水从雨水斗周边入流的均匀性，进而干扰雨水斗斗前水深的稳定和减少掺气量的效果，恶化虹吸系统的进水条件，所以天沟坡度敷设过大时，应采取防止局部流速过大的工程措施；若考虑到天沟向雨水斗排放雨水需要一定的动量(静压头差)，则天沟坡度也不宜太小。不过虹吸系统雨水斗按淹没式入流设计，自身能在雨水斗喉部形成较小程度的负压抽吸，所以静压头差的需求并不十分强烈，反倒是坡度很大的天沟要十分谨慎校核，如欧洲标准B S 8490： 2007明确规定对于坡度大于10。的天沟，应采取措施减小雨水斗周边的局部流速。
2、宽度(标准天沟和宽天沟)
宽度是影响金属天沟落水系统流动的另一重要因素。天沟按宽度可划分为标准天沟和宽天沟。标准天沟指深度相对较低(低于150mm)及底宽与雨水斗尺寸相近的天沟；宽天沟则是指最大深度相对较大(高于150mm)及底宽明显大于雨水斗直径的天沟。
天沟的宽度能影响到雨水斗的斗前水深。一般说来，天沟较宽，则过流断面水深较浅；天沟变窄时，雨水斗斗前水位会上升。虹吸系统能否顺利的排放雨水，取决于雨水斗附近的天沟水力条件，其中斗前水深不仅影响进入系统的流量，也会影响天沟的上游水深，若天沟上游雍水较高时可能造成溢流。实验室研究发现天沟雨水斗附近的入流流态可分为“堰型”或“漩涡”型，流动“型式”除取决于雨水斗内部构造外，还主要受制于斗前水深。与之不同的是，虹吸系统在设计工况下，雨水斗设计为淹没型式以促进系统按满管流运行。从这一层面说，适当减小天沟宽度(相对于雨水斗尺寸)，可提升斗前水位，限制空气进入管路系统，改善斗前淹没性能，加速满管流启动，但要注意水力坡降线对上游雍水发生溢流的风险。
但是，与以上关于天沟坡度的分析相同，虹吸式雨水斗特别要求斗体附近水力条件的均匀性和稳定性，否则就会激发漩涡的形成。天沟较宽，即天沟宽度大于雨水斗直径时，允许雨水从雨水斗周边进入斗体，入流流动均匀稳定，能促进满管流的形成。可以预见，标准天沟的有效底宽约等于雨水斗直径，雨水只能从斗体单侧(或双侧)而非四周进入斗内，会限制虹吸效能的发挥。
3、长度(长天沟和短天沟)
天沟按排水长度(L)与设计水深(W)的关系可分为长形天沟(L/W50)和短形天沟(L/W<50)。《建筑给水排水工程》(第五版)建议天沟外排水系统适用于长度不超过100m的多跨工业厂房，2009年版《技术措施》则规定的较为清楚，认为单斗天沟流水长度不宜超过50m，水力计算确能排除设计流量时，可超过50m。笔者认为，这应是基于以下原因：从水力学上来看，天沟过长，受水力坡降线的影响，天沟起始端雍水升高有溢流风险；从施工上来说，考虑找坡问题，天沟过长，意味着天沟起始端找坡(抹面)厚度加大，增加屋面荷载，不利于结构稳定。当然，这是针对单斗系统而言的；对于多斗系统，天沟的水力设计(如设计流量)应在天沟断面和雨水斗之间或雨水斗和雨水斗之间分段进行，确保每段天沟长度满足水力要求时，天沟总长度可以不受限制。
4、断面形状
天沟按断面形状的不同，可划分为矩形天沟、梯形天沟、半圆形天沟等。断面形状会影响天沟的过流能力，考虑到国内一般采用矩形天沟，本文不再详述不同断面形状的天沟水力设计，有关内容可参见欧洲标准B S 8490： 2007。
随着虹吸系统在大跨度大体量钢结构屋面的应用，金属落水斗的样式也从混凝土天沟发展到不锈钢天沟。不同材质的天沟，表面性能(如粗糙度)不同，过流条件也会有差异，泄流能力设计时也应有所考虑。
泊头市辉腾建材（http://www.hbxsjc.com）金属落水系统、铝合金天沟、K型金属檐沟、金属天沟落水系统、金属落水斗、K型檐沟针对中国水泥结构建筑、轻钢结构房屋做技术推广和服务。主要广泛应用于别墅、花园洋房、居民住宅、办公楼等。 |
沈网警备案20040880号
