第八章建筑雨水排水系统

•4.1屋面雨水系统的分类与组成4.2雨水内排水系统中水气流动的物理现象4.3雨水排水系统的水力计算4.4压力流（虹吸式）雨水排水系统•第4章建筑屋面雨水排水系统第4章建筑屋面雨水排水系统概述建筑雨水排水系统是建筑物给排水系统的重要组成部分，它的任务是及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶造成威胁，或造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故，以保证人们正常生活和生产活动。本章将对建筑物各种形式的雨水排水系统进行系统介绍。•屋面雨水系统按照管道的设置位置不同可分为外排水系统、内排水系统。屋面雨水系统外排水系统内排水系统4.1屋面雨水排水系统的分类与组成•按照雨水在管道内的流态不同可分为：屋面雨水系统压力流重力无压流重力半有压流4.1.1屋面雨水排水系统分类•按屋面的排水条件分檐沟、天沟和无沟排水。屋面雨水系统外排水系统无沟外排水檐沟外排水天沟外排水•按出户埋地横干管是否有自由水面分为敞开式和密闭式排水系统。屋面雨水系统密闭式排水系统敞开式排水系统•按一根立管连接的雨水斗数量分为单斗系统和多斗排水系统。屋面雨水系统多斗系统单斗系统1.檐沟外排水•一般用于居住建筑，•屋面面积比较小的公共建•筑和单跨工业建筑，屋面•雨水汇集到屋顶的檐沟里，•然后流入雨落管，沿雨落•管排泄到地下管沟或排到•地面。檐沟外排水雨水斗承雨斗檐沟立管4.1.2建筑雨水排水系统的组成天沟一般用于排除大型屋面的雨、雪水。特别是多跨度的厂房屋面，多采用天沟外排水。溢流口山墙泄压管消能池检查井2.天沟外排水•所谓天沟，是指屋面上在构造上形成的排水沟，接受屋面的雨雪水。•雨雪水沿天沟流向建筑物的两端，经墙外的立管排到地面或排到雨水道。天沟消能池检查井雨水斗沉降缝2.天沟外排水•雨水内排水系统•内排水是指屋面设雨水斗，雨水管道设置在建筑内部的雨水排水系统。•雨水内排水系统适用于屋面跨度大、屋面曲折（壳形、锯齿形）、屋面有天窗等设置天沟有困难的情况，以及高层建筑、建筑立面要求比较高的建筑、大屋顶建筑、寒冷地区的建筑等不宜在室外设置雨水立管的情况，多采用内排水。3雨水内排水系统•↓单斗雨水排水系统系统：•悬吊管上只连接单个雨水斗的系统。•↓↓多斗雨水排水系统系统：•悬吊管上连接多个雨水斗（一般不得多于4个）•的系统。•在条件允许的情况下，应尽量采用单斗排水，•以充分发挥管道系统的排水能力，单斗系统的排水•能力大于多斗系统。多斗系统的排水量大约为单斗•的80%。内排水系统由天沟、雨水斗、连接管、悬吊管、立管、排出管等部分组成。1.雨水斗雨水斗是整个雨水管道系统的进水口，主要作用是最大限度的排泄雨、雪水；对进水具有整流、导流作用，使水流平稳，以减少系统的掺气；同时具有拦截粗大杂质的作用。目前国内常用的雨水斗为65型、79型、87型雨水斗、平蓖雨水斗、虹吸式雨水斗等.整流罩下沉式雨水斗进水格栅排出管虹吸式雨水斗内排水系统组成2.连接管连接雨水斗与悬吊管的短管。3.悬吊管悬吊管与连接管和雨水立管连接，见雨水内排水系统图，对于一些重要的厂房，不允许室内检查井冒水，不能设置埋地横管时，必须设置悬吊管。4.立管接纳雨水斗或悬吊管的雨水，与排出管连接。5.排出管将立管的水输送到地下管道中，雨水排出管设计时，要留有一定的余地。6.埋地横管密闭系统一般采用悬吊管架空排至室外的，不设埋地横管；敞开系统，室内设有检查井，检查井之间的管为埋地敷设。7.附属构筑物：检查井、检查口、排气井雨水常常把屋顶的一些杂物冲进管道，为便于清通，室内雨水埋地管之间要设置检查井。设计时应注意，为防止检查井冒水，检查井深度不得小于0.7m。检查井内接管应采用管顶平接，而且平面上水流转角不得小于135º。具体方式见下页示意图所示检查井内接管方式135º•屋面雨水排除必须按重力流或压力流设计。檐沟外排水系统应按重力流设计；工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水排水、长天沟外排水系统宜按压力流设计；内排水系统可按重力流或压力流设计；大屋面工业厂房和公共建筑宜按多斗压力流设计，且同一压力流系统的雨水斗宜设置在同一水平面上。•高层建筑屋面雨水排水宜按重力流设计。高层建筑裙房屋面的雨水应单独排放。阳台排水系统应单独设置，阳台雨水立管底部应间接排水。４.1.3雨水排出系统的选用•单斗雨水排水系统：•悬吊管上连接单个雨水斗的雨水排水系统。•雨水斗水气流动状态：降雨过程中，随着降雨历时的延长，雨水斗泄流量Qy与天沟水深h、掺气量比K、雨水入口处压力值P1、流量递增时间t等诸参数的关系见下页图。4.2内排水系统中的水气流动物理现象4.2.1单斗雨水系统QyQykP1QLj泄流量Qy与各个参数之间的关系—１k—渗气量比。P1—雨水入口处压力值。kQyQyhL1ttBtAABQLjh泄流量Qy与各个参–数之间的关系—２h—天沟水深hL1—临界水深T—流量递增时间•悬吊管系统水气流状态•悬吊管的泄流能力远小于立管，随着天沟水深的变化，悬吊管内出现不同的压力状态：重力流状态气水混合两相流压力流状态•重力流状态：天沟水深比较小时，雨水进入雨水斗时呈自由堰流状态，悬吊管内空气贯通，为不满流的重力流状态。•气水混合两相流：天沟水位增加，泄流量增大，悬吊管内压力会出现壅水状态的气水两相流。如立管中形成水塞，则会产生抽吸作用，利于雨水的排泄。•压力流状态：满流时为压力流。•多斗系统雨水排水系统：•一根悬吊管上接几个（一般不超过4个）雨水斗。•特点：•一根悬吊管上的不同位置的雨水斗的泄流能力不同，距离立管越远的雨水斗，泄流量越小，距离立管越近的雨水斗泄流量越大。4.2.2多斗雨水排水系统•1.设计暴雨强度q•设计暴雨强度公式中应有重现期p和屋面集水时间t两个参数。设计重现期应根据生产工艺及建筑物的性质确定，一般采用一年，工业建筑可参考下页表各种数据确定。4.3雨水排水系统的水力计算4.3.1雨水量计算•2.汇水面积F(m2)•屋面汇水面积一般较小，一般以m2计算。屋面有一定的坡度，汇水面积应按照水平投影面积计算。•3.渲泄能力系数k1•设计重现期为一年，屋面坡度小于2.5%时，k1取1.0；屋面坡度大于2.5%时，k1取1.5～2.0。4.3雨水排水系统的水力计算4.3.1雨水量计算•4.雨水量计算公式1000051FqkQ360051FhkQ——屋面雨水设计流量，L/s;——屋面设计汇水面积，m2；——当地降雨历时5min时的暴雨强度,L/（s•104m2）；——当地降雨历时5min时的小时降雨厚度,mm/h;——设计重现期为一年时的屋面渲泄能力系数。QFq5h5k1•根据屋面坡度和建筑无立面要求等情况，按经验布置立管，划分并计算每根立管的汇水面积，计算每根立管需排泄的雨水量Q。查下表使设计雨水量不大于表中最大设计泄流量，确定雨水立管管径。管径（mm）75100125150200最大设计泄流量（L/s）919294275雨水立管最大设计泄流量普通外排水设计计算•屋面天沟为明渠排水时，天沟水流流速可按明渠•均流公式计算：21321IRnv天沟外排水设计计算——天沟水流速度；——水力半径；——天沟坡度；——天沟粗糙系数与天沟材料及施工情况有关；（见下页表格数据）vRIn天沟壁面材料N水泥砂浆光滑抹面0.011普通水泥砂浆抹面0.012-0.013无抹面0.014-0.017喷浆护面0.016-0.021不整齐表面0.020豆砂沥青玛地脂表面0.025天沟外排水设计计算各种抹面天沟n值•1.雨水斗•渲泄流量与雨水斗前水深有关，随水深增大而增大，斗前水深一般不超过100mm。•下表是雨水斗前水深83.7mm时，一个雨水斗最大允许泄流量。雨水斗直径(mm)75100125150200单斗系统9.515.522.531.551.5多斗系统712182639天沟外排水设计计算•2.连接管：管径一般和雨水斗相同，直接选用。•3.悬吊管•悬吊管的泄流量与连接的雨水斗个数、管道坡度、管道长度等因素有关。•当建筑屋面渲泄能力系数k1=1，5min小时降雨厚度h5=100mm/h时，多斗系统悬吊管最大允许汇水面积见附录。当建筑屋面坡度大于2.5%，渲泄能力系数k1不等于1时，应按汇水面积折算成相当于k1=1时的汇水面积F´。•4.立管•立管连接一根悬吊管时，立管管径与悬吊管管径相同。若一根立管连接两根悬吊管时，应计算立管的汇水面积，再根据5min小时降雨厚度h5、“k1=1时立管最大允许汇水面积表”确定管径。•5.排出管•管径一般与立管相同，为改善排水系统的泄水能力，也可以比立管大一级。•6.埋地管•为排水通畅，坡度应不小于0.003。敞开式排水系统按非满流设计，最大允许充满度在管径小于或等于300mm时为0.50；管径350～450mm时为0.65；•管径大于500mm时为0.80。密闭式内排水系统按满流计算。•埋地管计算方法和步骤与悬吊管相同。•内排水系统设计计算包括选择布置雨水斗，布置并确定连接管、悬吊管、立管、排出管和埋地管。•根据最大允许泄流量换算成最大允许汇水面积：153600kQhF1kQNF内排水系统设计计算（接下页）N=3600/h5FQK1Nh5(mm/h)5060708090100110120140160180200N726051.445403632.73025.722.52018降雨强度h5与系数N的关系表——最大允许汇水面积,m2；——最大允许泄流量；——渲泄能力系数；——取决于5min小时降雨厚的系数度，取值见下表（接上页）压力流排水系统，同一系统的雨水斗应在同一水平面上，长天沟外排水系统宜按单斗压力流设计；密闭式内排水系统，宜按压力流排水系统设计；单斗压力流排水系统应采用65型和79型雨水斗；多斗压力流排水系统应采用多斗压力流排水型雨水斗，其排水负荷和状态应符合下表的要求。4.4压力流（虹吸式）雨水派水系统•压力流屋面雨水排水管道总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差；悬吊管的水头损失不得＞80kPa。•悬吊管设计流速不宜＜1m/s，立管设计流速不宜＞10m/s。•压力流排水管系出口应放大管径，其出口水流速度不宜＞1.8m/s，如其出口水流速度＞1.8m/s时，应采取消能措施。•压力流排水系统宜采用内壁较光滑的带内衬的承压排水铸铁管、承压塑料管和钢塑复合管等，其管材工作压力应大于建筑物净高度产生的静水压。用于压力流的塑料管，其管材抗环变形外力应＞0.15MPa。单斗压力流排水系统计算•(1)单斗压力流排水管系设计负荷按公式•式中Q——压力流管道负荷，L／s；•D——管道计算内径，m；•H——雨水管系进、出口几何高差，m；•L——计算管道长度，m；•g——重力加速度，9.81m／s2；•ζ——局部阻力系数，65型、79型雨水斗ζ=1.00；•λ——沿程阻力系数，按下式计算。•式中λ——沿程阻力系数；•D——管道计算内径，m；•g——重力加速度，9.81m/s2；•n——管道内壁粗糙系数。２.多斗压力流排水系统计算•多斗压力流排水系统设计计算的基本要求与单斗压力流排水系统相同，但多斗压力流排水管系各节点的上游不同支路的计算水头损失之差，在管径≤DN75时，不应＞10kPa；在管径≥DN100时，不应＞5kPa。•式中hy——管道沿程水头损失，kPa；•qy——设计流量，m3／s；•L——计算管段长度，m；•D——管径，m；•C——海曾·威廉公式的流速系数，塑料管C=130，水泥内衬铸铁管C=110，铸铁管、焊接钢管C=100。多斗压力流排水管道沿程水头损失计算式中hj——管道局部水头损失，kPa；•V——管道内的平均水流速度，一般指局部阻力后的流速，m/s；•g——重力加速度，9.81m/s2；•ξ——局部阻力系数。多斗压力流排水管道局部水头损失计算(局部水头损失系数•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，且溢流排水不得危害建筑设施和行人安全。•一般建筑的重力流屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于10年重现期的雨水量；重要公共建筑、高层建筑的屋面雨水排水工程