引言
随着市场经济的不断发展，城市建筑中高层建筑所占比例越来越大，几乎每一栋新建工程均是高层建筑。高层建筑施工是一个极其复杂而精密的过程，往往一些细小的因素就可能决定整栋建筑的质量，高层建筑排水系统的设计和施工就是其中最为关键的环节之一［1］。高层建筑排水设施服务的人数多、使用频率高、负荷大、流速高，这就要求排水设施必须安全、可靠，并尽可能节省空间。高层建筑中的排水管接纳的排水设备众多，而且这些设备同时排水的概率较大，因此立管中的水流量大，容易形成水塞流，使立管的下部形成负压，从而破坏卫生洁具等设备的水封。一般是通过设排水通气系统来解决通气问题，即双立管排水系统，由通气管和排水管连成一个系统，通气管内部无水流，具有加强排水管内部气流循环流动、控制压力变化的作用。该系统排水性能好、运行可靠，但系统复杂、投资大、占地多、施工难度大。自瑞士教师苏玛于1959年提出高层建筑新型单立管排水系统以来，经过几十年来的发展，已形成了完整的理论体系［2］。
1高层建筑新型单立管排水系统
高层建筑新型单立管排水系统通过采用特殊的配件减少立管内的压力变化，保持管内的气流畅通，提高了管道系统的排水能力，同时也减低了工程费用。新型单立管排水系统系统包括以下4种设计形式。
1．1苏维脱排水系统
1959年，瑞士苏玛提出了一种采用气、水混合或分离的配件来代替一般零件的新型单立管排水系统，它是将排水管和通气管的功能合二为一，包括气水混合器和气水分离器两个基本配件，具有自身通气的作用，因而可节约大量管材，降低造价，有利于提高设计质量，加快施工进度以及工业化施工。1．1．1气水混合器气水混合器是一种特殊的管件(见图1)，安装在立管与每层横管的连接处。气水混合器内部有3处特殊的构造:隔板、乙字弯以及隔板上部约1cm高的间隙。其工作原理是:自立管下降的污水经乙字弯管时，水流撞击分散并与周围空气混合成水沫状气水混合物，由于污水比重变轻，下降速度减缓，减少抽吸力。横支管排出的水受隔板阻挡，不能形成水舌，能保持立管中气流通畅，气压稳定。1．1．2气水分离器气水分离器通常安装在立管底部，是由具有凸块结构的管件及跑气管组成的一种特殊配件(见图2)。其工作原理是:沿立管流下的气水混合物遇到凸块后溅散，从而把70%的气体从污水中分离出来，由此减少了污水的体积，降低了流速，并使立管与横干管的泄流能力平衡，气流不至于在转弯处被阻塞。另外，将释放出的气体用一根跑气管引到干管的下游，从而达到防止立管底部产生过大反压力的目的。
1．2旋流排水系统
1967年，法国提出一种新型单立管排水系统(见图3)，广泛应用于10层以上的高层建筑，具有压力波动小、性能良好等特点。该系统主要有两种特殊管件:一是安装于横管与立管相接处的旋流接头，旋流接头由主室和侧室组成，主侧室之间有一侧壁，用以消除立管流水下落时对横支管的负压吸引。立管下端装有满流叶片，能将水流整理成沿立管纵轴旋流状态向下流动，这有利于保持立管内的空气芯，维持立管中的气压稳定，有效控制排水噪声。二是立管底部与排出管相接处的大曲率导向弯头，它是在弯头凸岸设有一导向叶片，叶片迫使水流贴向凹岸一边流动，减缓了水流对弯头的撞击，能消除部分水流能量，避免立管底部气压的过大变化，理顺水流。
1．3芯形排水系统
20世纪70年代初，日本提出一种新型单立管排水系统，它是在前人研究的基础上，进一步加强了立管和横管的排水能力。该系统主要有以下两个特殊管件:1．3．1高奇马接头在各层排水横管与立管连接处设置的高奇马接头，外观呈倒锥形(见图4)，在上入流口与横支管入流口交汇处设有内管，从横支管排入的污水沿内管外侧向下流入立管，避免了因横支管排水产生的水舌阻塞立管。从立管流下的污水经过内管后发生扩撒下落，形成气水混合物，减缓了下落流速，保证了立管内空气畅通。高奇马接头配件的横支管接入形式有两种:正对横支管垂直接入和沿切线方向接入。1．3．2角笛弯头角笛弯头装在排水立管的底部(见图5)，由于其上入流口端断面较大，从排水立管流下的水流，因过水断面突然增大而使得流速变缓，下泄的水流所夹带的气体被释放。一方面水流沿弯头的缓弯滑道面导入排出管，消除了水跃和水塞现象;另一方面，由于角笛弯头内部有较大空间，可使立管内的空气与横管上部的空间充分连通，保证了气流的畅通，减少了压力波动。1．4UPVC螺旋排水系统韩国于20世纪90年代开发的有螺旋导流线的UPVC单立管排水系统，是一种简易的新型单立管排水系统(见图6)。该系统由UPVC管和偏心三通组成，UPVC管是由硬聚氯乙烯材料制成的管件，管件内壁有与管壁一起加工成型的6条突出的三角形螺旋，其作用是用于水流的导流作用，三角形螺旋突起高约6mm，管内水流沿管内壁呈螺旋式下降，从而形成稳定且密实的水膜旋流。管件中心是一个通畅的空气柱，在水流下降过程中，流速也有所减少，明显降低了立管内的压力波动，极大地提高了排水能力。偏心三通安装在立管与横管的连接处，由横支管流入的水流经偏心三通从圆周切线方向进入立管，旋流下降，可以起到削弱支管进水水舌的作用以及避免水塞的形成。同时由于减少了水流的碰撞，起到了减少噪声的良好效果［3］。
2工程实例分析
某高层住宅项目位于山西省太原市杏花岭区小新街10号，为框架剪力墙结构，地上28层，地下2层，地上高度96．5m，建筑总面积25513m2。地下一层为地下室和自行车库，地下二层为设备用房，合同总工期535d。该项目排水系统设计采用污、废水合流制，由于高层住宅住户多，用水量大，排水频率高，故该项目在排水设计中同时采用通气管和UPVC单立管排水系统。通气管的设置是为了防止排水管内形成水塞，水塞流使立管上部特别是在排水管以下2层造成较大的压力，会使附近的设备水封遭到破坏。为避免臭气四溢污染周环境，需设通气管，使排水管内的气体与大气相通，及时补气和排气。在通气管系统设计中，考虑到排水管与专用通气管的间隔不能过大，否则不能充分发挥通气管的通气作用，故采用通气管每层都与排水管相连接。采用UPVC单立管排水系统，主要是考虑该系统的造价低廉、施工简易，最重要的一点是UPVC管道噪声控制良好，克服了普通塑料管噪声大的缺点，提高了生活质量。但需要注意的是，UPVC管的耐热性较差，瞬间排放温度不能超过80℃，故在设计时均远离热源，以保证管材的正常使用。
3结语
高层建筑排水系统的设计与施工，是整个建筑给排水设计的重要内容之一，其质量直接影响到将来人们的工作和生活质量，因此从一开始就需要精心考虑和研究，相关的技术和施工人员对此应给予高度重视。本文总结了4种常见的单立管排水系统，并给出了一个工程案例，以期为高层建筑单立管排水系统的设计与施工提供参考。
作者：段杨慧 单位：山西职业技术学院
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