浅议建筑施工图屋面排水设计及其表达

缪峰

摘要：在建筑施工图屋面设计工作中，排水设计是先于防水设计应该首先认真解决的问题。本质上，排水设计最重要的就是坡度的设置和排水路径的组织。无论是平屋顶还是坡屋顶都应该按照排水线路短捷，雨水管负荷均匀，排水通畅的设计原则选择符合建筑设计意图的屋面排水方式，并在绘图过程中注意细节的表达。

关键词：排水设计;坡度;排水路径;施工图表达

什么是建筑？狭义的理解，建筑的本质是由这样的公式而决定的——一件可以抵抗风、雨、热所引起毁坏的遮蔽物。如果从这个角度来理解建筑，那么屋面作为建筑最上部的构件，毫无疑问，首当其冲就要经受风、雨、热所带来的侵害。所以，在施工图设计阶段，屋面设计所要解决的问题，除了构件的结构安全稳定性，主要就是排水、防水的问题和保温、隔热的问题。

在空气调节基本普及的城市建筑中，保温隔热是一个涉及舒适度的微观问题也是一个涉及资源能耗的宏观问题。但作为本质是“遮蔽物”的外围护构件，屋面最基本的功能要求首先是防止渗漏，因而施工图设计阶段屋面构造设计的主要任务就是解决水的问题。屋面的防排水是一项综合性很强的内容，它涉及屋面造型、结构形式、屋面坡度、防水材料、细部构造处理等问题，需综合加以考虑，设计中应遵循“因地制宜、综合治理、防排结合、合理设防”的原则。这一原则告诉我们，屋面在处理水的问题时，应兼顾“导”和“防”两个方面。所谓“导”，就是说落到屋面上的雨水或雪融水，应尽快地排除，以防渗漏，故而应该有一套有效的排水措施。所谓“防”，就是要采用适宜的防水材料，采取妥善的构造方法，阻挡滞留在屋面上的水向建筑内部渗透。笔者在此要强调的是，在“导”和“防”之间应以导为先！当前，技术层面对屋面防水设防要求和做法强调很多，对排水设计无论是在实际工程技术交底过程中还是各种执业考试中并没有引起足够的重视。在建筑专业教材中常常对此一笔带过，在施工图纸规范上甚至很少提及《建筑屋面雨水排水系统技术规程CJJ142》，因而在建筑施工图纸的绘制表达上往往出现依葫芦画瓢，人云亦云的情况。殊不知排水应该是第一步的，因为只有尽快地将屋面水排掉，才能最大限度地减少渗漏的可能。反之，如果排水不畅甚至造成积水，很可能使得防水（层）的设计功亏一篑。

众所周知，为了排除屋面水，我们常将屋面做成一定的坡度，也就是说，无论是平屋顶还是坡屋顶都是有坡度的，只是坡度大小不同而已。构造教材告诉我们，屋面坡度首先取决于建筑物所在地区的降水量大小。我国南方地区年降雨量较大，屋面坡度就大;北方地区年降雨量较小，屋面就平缓些。这个论断对传统建筑的建造来说是正确的。对现代建筑而言，我个人认为，除去建筑形式的影响，屋面坡度的大小主要取决于屋面防水材料的性能。所谓秦砖汉瓦，姑且不去探讨砖瓦确切的出现时间，我们也都知道，过去没有能够形成整体性的防水材料，只能采用瓦这类小块的不透水的面层材料，并通过瓦片的搭接形成彼此平行的很多条垂直于檐口的“天沟”，为的正是以最短而直接的途径排除屋面水。由于是块材的搭接，彼此之间就有接缝。积水增加就会突破瓦片搭接部位的挡水高度，水就会漫过这些部位渗入室内，这样就必然要求屋面的坡度要大些，为的还是加快屋面水排除的速度，因此传统建筑基本上以坡屋面居多可能并不是一个文化喜好而已。随着建筑材料工业的发展，防水性能好、单块面积大、接缝少的材料，如整体浇筑的钢筋混凝土屋面板、各类防水卷材、金属屋面板等已经普及（油毡做屋面防水材料最早大概可以上溯到1910年代的美国）。即便有较少的接缝也可以通过良好的密封材料嵌入接缝中而达到气密、水密的目的。因此，无论南方还是北方，可以说决定现代建筑屋面坡度大小的主要因素已经无关地域了。

我們知道，屋面排水设计就是把屋面划分成若干个区域，将各区的屋面水分别引向该区的排水设备（雨水斗和雨水管）。在进行屋面排水设计时，首先会根据建筑的形式需要和屋面的规模、功能要求以及所处气候条件，选择屋面的排水坡度和排水方式，明确是采用有组织排水还是无组织排水，外排水还是内排水。如采用有组织排水设计时，会根据建筑外围的排水条件和建筑尺度确定屋面排水走向，划分排水分区。然后根据屋面汇水面积和当地降雨历时和雨水流量，按照雨水管的不同管径确定所需雨水管的数量，并根据檐沟、天沟的位置及屋面形状、外立面形式布置雨水斗和雨水管。最后通过计算确定屋面檐沟、天沟所需要的宽度和深度，使之符合现行国家标准和规程的有关规定。

俗话说水往低处流，本质上，排水设计最重要的就是坡度的设置和排水路径的组织。原则和要求其实就是一个——尽可能使排水线路短捷，雨水管负荷均匀，排水通畅。对有组织排水而言，无论是坡屋顶还是平屋顶排水的最后一环都是汇集起来的屋面水进入雨水管，所以本质的区别就在路径的设置上。由于坡屋顶的坡度比较大，所以它的排水路径是非常明确而直接的，屋面水一定是汇集到屋面的最低处（非多跨建筑通常是檐口部位），最后通过天沟（檐沟）导入雨水管排走。又由于在我国的传统印象中坡屋顶的檐口一定是出挑的，所以檐口外挂集水沟外排水（即檐沟外排水）成为坡屋顶建筑自然而然的排水方案。

对平屋顶来说，目前常用的做法有两种。一种也是檐沟外排水，通过设坡（规范建议材料找坡宜取2%，结构找坡不小于3%）使屋面水直接流入檐沟内，再由沟内纵坡导入雨水管排走。其实，这种排水方式和上述坡屋顶檐沟外排水无异，只不过屋面坡度较小，建筑顶部造型不突出而已。我们知道建筑四周的外墙高出屋面即形成封檐，高于屋面的这段外墙俗称女儿墙。根据檐沟和外墙的相对位置，平屋顶檐沟外排水又分为挑檐沟和女儿墙封檐沟两种形式。由于檐沟在外墙的外侧，所以挑檐沟做法中汇集的屋面水可以直接下落，排水路径不与外墙产生任何交叉，此种有组织排水方案最为直接、通畅，对排水而言是最有利的（如图1）。但是，向外挑出的檐沟影响建筑立面顶部造型，在追求摩登的今天，几乎被摒弃不用了。那么女儿墙封檐沟做法呢？按照目前规范的规定，屋面集水沟分水线处最小深度不应小于100mm，沟底水落差不得超过200mm，如何在女儿墙内侧屋面上方形成这个深约300mm的集水沟就成了构造设计的关键。办法无外乎两个，要么用材料垫起来，要么檐沟位置结构局部降板抠出来。“垫高”方案无疑会增加屋面荷载，对沿排水主坡方向跨度较大的屋面更甚;“降板”方案在前若些年明星建筑师们的建筑中屡见不鲜（甚至可以不做女儿墙），但是无疑既增加了节点施工的难度又增加了降板部位渗漏的几率。更主要的是在保温隔热地区，无论“垫高”还是“降板”抑或“挑檐”，屋面排水天沟无一例外都会削弱保温效果，形成热桥效应。因此，女儿墙封檐沟做法并不是平屋顶排水的优选方案。

为方便施工，减少找坡厚度，减少防水层弯折，可将屋面多向找坡，在平屋顶女儿墙封檐部位构成“三角形”坡面，围绕水落口形成“漏斗”形汇水区域，使屋面水不再需要经过集水沟便可直接流入雨水斗（如图2）。这种做法目前在平屋顶排水设计中采用最多。一般而言，无论内排水还是外排水，屋面的排水坡向均宜与女儿墙垂直或平行，以便于施工。因为材料找坡，按规范屋面排水坡度宜取2%，这是主要屋面的排水坡度，设计时不会有疑义。问题是“三角形”坡面选用什么坡度？如果把这个“三角形”坡面不带歧视地按主坡同样看待，那么材料找坡的坡度也应取2%，于是就形成了“同坡屋面”。在施工图表达上，当所有坡面坡度相等且坡向均垂直或平行于女儿墙的时候，相邻垂直坡面形成的汇水线与女儿墙的夹角应为45°，且同一水落口处的汇水线应相互垂直。反之，如果画出其他角度的汇水线，实则无法保证排水坡度为2%。当然，当我们用这种方式去画平屋顶屋面排水施工图的时候会很复杂，因此用这种方式的不多，虽然它很合乎规范的要求！

当为外排水时，如果把这个靠近檐口的“三角形”坡面看成是集水沟的一种变式，即“三角形天沟”，那么按规范坡度不应小于1%，于是在图纸上就形成了主辅坡模式。即屋面的绝大部分坡度为2%，坡向封檐口的女儿墙，根据水落口的位置，沿女儿墙与主坡垂直增做1%的辅坡，主辅坡面面相交形成斜向汇水线。实践证明这种做法绘图最简单易行（屋面形状复杂或水落口位置不规则除外），问题是，在施工图上这个汇水线与女儿墙的夹角应该画成多少度？工作实践中不加深究者往往出现依葫芦画瓢的做法，怎么简单怎么画，更有甚者会把汇水线的坡度标为1%。笔者几何图示分析如下：如图2所示，令平面上汇水线与女儿墙的夹角为θ=∠ecf。按材料找坡，主坡坡度为2%，即ab/bc=2%。如果我们把θ=∠ecf画成30°，由于ab=de=gf，bc=ef，则fc= ef，ec=2ef，可证得gf/fc即三角形辅坡坡度约等于1.15%，斜向汇水线坡度de/ec恰好等于1%。也就是说在图上把汇水线与女儿墙的夹角画成30°，再把辅坡坡度标成1%是不准确的（当然坡度都没有小于1%！）。要使辅坡坡度即gf/fc=1%，通过三角函数可求得θ=∠ecf接近于27°。

当内排水时，首先应使水落口的位置尽量有规律，這样无论采用2%一种坡度还是采用主辅坡两种坡度，汇水线的画法均较为简单，施工也比较方便，否则将会很复杂。尤其是当两个水落口的标高和排水坡度相同时，这两个水落口之间的分水线必然在这两个水落口连线的中分线上，这是一个显而易见的规律。

综上所述，笔者认为建筑施工图屋面排水设计理应引起工程设计人员的重视。通过对类似细小问题的刨根问底有助于我们知其然更知其所以然，由此将有助于我们不断提高工程设计图纸的表达质量。

参考文献：

[1]李必瑜.建筑构造[M].第六版.北京：中国建筑工业出版社，2019

[2] CJJ 142-2014， 建筑屋面雨水排水系统技术规程[S].2014.

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