建筑雨水排水系统排水方式及水力计算

*6.1　屋面雨水排出方式6.1.1外排水雨水系统　6.1.2　内排水雨水系统　6.2　雨水内排水系统中水气流动的物理现象6.2.1单斗雨水排水系统6.2.2多斗雨水排水系统6.2.3压力流雨水排水系统　6.3　屋面雨水排水系统的水力计算6.3.1雨水量的计算6.3.2普通外排水的计算6.3.3天沟外排水的设计计算6.3.4内排水系统设计计算第6章建筑雨水排水系统*第6章建筑雨水排水系统　　本章概述　　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。第6章建筑雨水排水系统屋面雨水系统外排水系统内排水系统建筑雨水排水系统的分类*　　外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水管道的雨水排放方式。按照屋面有无天沟可以分为以下两种：第7章建筑雨水排水系统6.1.1　外排水雨水系统外排水系统的分类屋面雨水系统外排水系统内排水系统檐沟外排水天沟外排水*　　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6.1.1　外排水雨水系统　檐沟外排水*天沟外排水天沟　　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6.1.1　外排水雨水系统　天沟外排水*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6.1.1　外排水雨水系统　天沟外排水*概述雨水内排水系统　　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。6.1.2　内排水雨水系统　*屋面雨水系统外排水系统内排水系统根据系统是否与大气相通分为密闭系统敞开系统根据立管连接雨水斗的个数分为单斗、多斗雨水排水系统第6章建筑雨水排水系统6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统分类按雨水管中水流的设计流态可分为重力半有压流雨水系统重力无压流雨水系统压力流雨水系统（虹吸式雨水系统）*↓　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%。6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统分类*敞开系统：　　为重力排水，检查井设置在室内，敞开式可以接纳生产废水，省去生产废水的排出管，但在暴雨时可能出现检查井冒水现象。密闭系统：雨水由雨水斗收集，进入雨水立管，或通过悬吊管直接排至室外的系统，室内不设检查井。密闭式排出管为压力排水。　　一般为安全可靠，宜采用密闭式排水系统。6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统分类*压力流（虹吸式）雨水系统：　　采用虹吸式雨水斗，管道中是全充满的压力流状态，屋面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。重力半有压流雨水系统：设计水流状态为半有压流，系统的设计流量、管材、管道布置等考虑了水流压力的作用。6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统分类*6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成　　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。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.*6.1.2　雨水内排水系统　内排水系统组成*6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成*第6章建筑雨水排水系统6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成*整流罩下沉式雨水斗进水格栅排出管6.1.2　雨水内排水系统　内排水系统组成虹吸式雨水斗*6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成连接管　　连接雨水斗与悬吊管的短管。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。*6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成立管　　接纳雨水斗或悬吊管的雨水，与排出管连接。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。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。*6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成检查井　　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　　*6.1.2　内排水雨水系统　内排水系统组成检查井内接管方式135º*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。1、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。6.2　内排水系统中的水气流动物理现象6.2.1　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。6.2　内排水系统中的水气流动物理现象6.2.1　单斗雨水系统*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6.2　内排水系统中的水气流动物理现象6.2.1　单斗雨水系统*2、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6.2　内排水系统中的水气流动物理现象6.2.1　单斗雨水系统*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。第6章建筑雨水排水系统6.2　内排水系统中的水气流动物理现象6.2.1　单斗雨水系统*3、立管的水气流动状态立管的泄流能力大于悬吊管和排出管的排泄能力。在初始阶段，立管内为附壁水膜流，管内空气畅通，气压变化很小。*4、排出管的水气流动状态形成水跃，水流波动剧烈，是使立管下半部产生正压的主要原因。如果将排出管放大一级，增加过水面积，可减小流速，使水流趋于平稳。5、埋地管的水气流动状态*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。见图6-7。分析得出结论：1、1根立管连接2个雨水斗时，宜设两根悬吊管对称布置；2、1根立管连接4个雨水斗时，宜设两根悬吊管对称布置，每根悬吊管设2个雨水斗，近斗口径减小一级，近立管雨水斗应尽量靠近立管，同时两个雨水斗的间距不宜过大。3、1根悬吊管上的雨水斗不宜超过2个。6.2　内排水系统中的水气流动物理现象6.2.2　多斗雨水系统**6.2.3压力流雨水系统压力流(虹吸式)雨水排水系统是近年在欧洲发展起来的，我国《建筑给排水设计规范》(2003年版)中的名称是压力流雨水系统，国际上的称呼是虹吸式雨水系统。系统在设计中有意造成悬吊管内负压抽吸流动，被形象地命名为siphonicsystem，即虹吸式系统。压力流系统的设计流态是水的一相满流，再提高系统的流量须升高屋面水位，但升高的水位与原有总水头(建筑高度)相比仍然很小，系统的流量增加亦很小，超重现期雨水须由溢流设施排除。*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。6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.1　雨水量计算*6.3.1　雨水量计算工业建筑雨水设计重现期 总目录 本章总目录*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。6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.1　雨水量计算*4.　雨水量计算公式6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.1　雨水量计算——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。雨水立管最大设计泄流量6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.2　普通外排水设计计算 管径（mm） 75 100 125 150 200 最大设计泄流量（L/s） 9 19 29 42 75*　　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：6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.3　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*6.3.3　天沟外排水设计计算各种抹面天沟n值 总目录 本章总目录*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。6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.3　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´。6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.3　天沟外排水设计计算*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。6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.3　天沟外排水设计计算*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。6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.3　天沟外排水设计计算*　　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：6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.4　内排水系统设计计算（接下页）*N=3600/h5FQK1N降雨强度h5与系数N的关系表6.3　雨水排水系统的水力计算6.3.4　内排水系统设计计算——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）*6.3.5虹吸式雨水系统计算1、雨水斗表6-8为压力流雨水斗排水能力(L/S)，各口径斗的排水能力因型号和制造商而异，需根据生产厂提供的资料选取。2、管道计算公式管道水头损失按海澄－威廉公式(Hazen－Williams)计算，也可采用柯尔勃克公式(Colebrook－Whites)。压力流雨水系统的雨水斗和管道一般由专业设备商配套供应，选用水头损失计算公式时需参考供货商的意见。3、悬吊管和立管的管径确定悬吊管和立管的管径选择计算应同时满足下列条件：(1)悬吊管最小流速不宜小于1m/s，立管最小流速不宜小于2.2m/s。管道最大流速宜小于6m/s，不得大于10m/s。*(2)系统的总水头损失(从最远斗到排出口)与出口处的速度水头之和(mH2O)，不得大于雨水管进、出口的几何高差H。(3)系统中的各个雨水斗到系统出口的水头损失之间的差值，不大于10kPa.,否则，应调整管径重算。同时，各节点的压力的差值不大于10kPa(DN≤75)或5kPa，(DN≥100)。(4)系统中的最大负压绝对值应小于：金属管：80kPa；塑料管：视产品的力学性能而定，但不得大于70kPa。如果管道水力计算中负压值超出以上规定，应调整管径(放大悬吊管管径或缩小立管管径)重算。(5)系统高度(雨水斗顶面和系统出口的几何高差)H和立管管径的关系应满足：*5、计算步骤(1)计算各斗汇水面积内的设计雨水量Q；(2)计算系统的总高度H(雨水斗和系统出口的高差)和管长L(最远的斗到系统出口)；(3)确定系统的计算(当量)管长LA；可按LA=1.2L(金属管)和1.6L(塑料管)估计；(4)估算单位管长的水头损失I＝H/LA；(5)根据管段流量Q和水力坡度I在水力计算图上查出管径及新的I，需注意流速应不小于1m/s；(6)检查系统高度H和立管管径的关系应满足要求；(7)精确计算管道计算长度(直线长＋配件当量长)LA；(8)计算系统的压力降hf=I×LA。有多个计算管段时，逐段累计；(9)检查H－hf应≥1m；(10)计算系统的最大负压值，负压值发生在立管最高点。若不符合要求，调整管径；(11)检查节点压力平衡状况，若不满足要求，调整管径。*立管管径DN≤75,H≥3m；DN≥90，H≥5m。如不满足，可增加立管根数，减少管径。4、系统出口及下游管道系统出口处的下游管径应放大，流速应控制在1.8m/s内。管径可按附表确定，但计算坡度I取管道敷设坡度。系统出口的设置位置如下确定：当只有一个立管或者多个立管，但雨水斗在同一高度时，可设在外墙处；当两个及以上的立管接入同一排出管，且雨水斗设置高度不同时，则各立管分别设出口，出口设在与排出管连接点的上游，先放大管径再汇合。