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10b)。
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。縱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9a)。
圖9a 大坡度天溝阻水擋板布置簡圖
圖9b天溝阻水擋板形狀簡圖
2.2.4、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，不得使不銹鋼天溝斷面的下底板傾斜設置(圖10a)，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。在設計時必須將不銹鋼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10b)。
圖10a天溝阻水擋板形狀簡圖
圖10b天溝阻水擋板形狀簡圖
2.2.5、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。
2.2.6、排水天溝的清理和防治積塵、積沙的設計
大部分屋面的天溝和檐溝都是裸露在外的，對于室外的粉塵、風沙和風中的夾雜物隨著雨水或自重會進入到天溝內。特別是在風沙大的地區這個問題就顯得十分嚴重，就連有蓋板的天溝都會被積沙、積塵侵入，如不能及時清理積沙會將全部排水口封住，特別是對虹式排水口的功能破壞非常嚴重。(圖11a、b、c)
圖11 a天溝內已積沙照片
圖11b天溝內伴熱線和落水口的積沙
圖11c天溝虹吸落水口處積沙照片
解決這個問題的最好辦法就是要對積沙、積塵及時的清理。在實踐中,清理積沙的方法很多，除了常規的人工打掃清理外，還可以用設置高壓水槍沖洗清除積沙的辦法等。
在這里所要重點介紹的是一種非常實用的清理積沙的辦法：在天溝底部，落水口的邊部設置集沙池(圖11d)。
圖11d 天溝內設置集沙池的構造簡圖
集沙池的作用是能夠將積在天溝內的沙子和異物通過雨水流帶入到集沙池內，在便于清理天溝內的積沙的同時可以阻止積沙快速侵入落水系統，給清理掙得時間。在積沙池內可設置一個活動槽，在清理積沙時將活動槽移出就可將積沙清除。
2.3、金屬屋面匯水區域的劃分及匯水量的分析、計算
在金屬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不銹鋼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，能接受雨水的全部金屬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。但對應復雜的異型金屬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12 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13
圖13 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
2.4、虹吸式屋面雨水排水系統的設計
在CECS183：2005 《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》術語中規定，虹吸式屋面雨水排水系統：按虹吸滿管壓力流原理設計，管道內雨水的流速壓力等可有效控制和平衡的屋面雨水排水系統。一般由虹吸式雨水斗(如圖2.4.1~2.)、管材(連接管、懸吊管、立管、排出管)、管件、固定件組成。
圖13、虹吸式雨水斗
圖14、虹吸式雨水斗分解圖
當雨水、雪水按照我們的要求匯入天溝內就進入了有組織的排水的過程 ，一般情況下從天溝內向外排水的方案有兩種：一是通過水的重力和天溝的排水坡度使雨水匯聚到落水斗處，通過排水管道有組織的排出。這種方法簡單易維護，大量使用在建筑上。二是虹吸排水系統技術。
虹吸(syphonage)是利用液面高度差的作用力現象，將液體充滿一根倒U形的管狀結構內后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內的液體會持續通過虹吸管從開口于更低的位置流出。(圖15.)
圖15、虹吸原理圖
虹吸的實質是因為重力和分子間粘聚力而產生。裝置中管內最高點液體在重力作用下往低位管口處移動，在U型管內部產生負壓，導致高位管口的液體被吸進最高點，從而使液體源源不斷地流入低位置容器。
虹吸式排水系統的基本原理是，當天溝積水深度達到設計深度時，摻氣比值迅速下降為零，雨斗內水流形成負壓或壓力流(滿管壓力流)，瀉流量迅速增大，從而形成飽和排水狀態。其技術特點在于虹吸式雨水斗設計，水進入立管的流態被雨水斗調整，消除了由于過水斷面縮小而形成的旋渦，從而避免了空氣進入排水系統，使系統內管道呈滿流狀態。
利用了建筑物高度賦予的勢能，在雨水的連續流轉過程中形成虹吸作用(如圖16~17.)，導致水流速度迅速增大，實現大流量排水過程。
圖16、天溝排水效果圖
圖17、天溝虹吸式排水系統改造圖
在這里想特別強調，在天溝虹吸式排水系統設計時一定要考慮到固定在天溝上的虹吸式雨水斗會在不銹鋼天溝有溫差變形時隨著天溝槽移動，如連接在吸式雨水斗上的落水管不能適應其位移，將會出現斷裂的現象，造成排水功能失效。
2.5、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
金屬屋面在寒冷地區的冬季，常會出現積雪的現象，嚴重影響了金屬屋面的使用安全。為解決這個問題可在不銹鋼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。基本方法是將設計計算后選定的伴熱帶鋪設在不銹鋼天溝內。.
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（詞條“表面溫度”由行業大百科提供）(℃)，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。考慮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18呈“S”型鋪設的電伴熱帶
圖19“S”型電伴熱帶的融雪效果
圖20平行鋪設的電伴熱帶
2.6屋面與不銹鋼天溝的隔聲設計
雨滴撞擊屋面和天溝的不銹鋼板引起振動，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，但是對于金屬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。
根據以往實驗室測試數據及工程經驗，在某項目中所采用的金屬幕墻綜合隔聲量約為30dB左右。為了增加屋面隔聲量，在輕質屋面板內，采用紙面石膏板（詞條“紙面石膏板”由行業大百科提供）、GRC板做隔聲層，可起到較好的隔聲效果。隔聲層一方面起到分層的作用，一方面也增加了部分重量，從兩方面提高了隔聲量。通過增加GRC板材后維護幕墻綜合隔聲量能夠增加10dB左右，達到40dB。
屋蓋（詞條“屋蓋”由行業大百科提供）上下層板材由龍骨(或其他剛性支撐件)固定時時，受聲一側板的振動會通過龍骨傳到另一側板，這種象橋一樣傳遞聲能的現象被稱為聲橋。聲橋越多、接觸面積越大、剛性連接越強，聲橋現象越嚴重，隔聲效果越差。在板材和龍骨之間加彈性墊，如彈性金屬條或彈性材料墊對輕質屋蓋隔聲有一定的改善量，最多可以提高5dB以上。上述這些辦法都能夠有效的解決屋面和不銹鋼天溝的雨噪聲隔聲問題。
3 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。
本文中有些內容和介紹的設計方案如：溢流口的形式、阻水擋板和落水斗的設置、集沙池的構造等，是我在多年參與屋面、天溝設計和實踐中的一點經驗總結，如果能給金屬屋面系統設計師們提供一些有益的啟發就深感欣慰了。
參考文獻
[1] 王德勤，鄂爾多斯博物館的雙曲面金屬屋面設計，《幕墻設計》，2010年，第3期
[2] 《采光頂與金屬屋面技術規程》，中華人民共和國行業標準, JGJ 255-2012
[3] 王德勤、王琦， 臨沂大劇院螺旋狀異形金屬屋面設計體會，《中國建筑金屬結構》，2015年，.第2期
[4] 王德勤，魯臺經貿中心異型屋面設計，《中國建筑防水（詞條“建筑防水”由行業大百科提供）》,2012年，7期
[5] 朱相棟，金屬屋面雨噪聲隔聲技術指標，清華大學，建筑環境檢測中心，2010.05
上一頁12下一頁
