建筑屋面雨水排水系统总结

•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降落在建筑物屋面的雨水和雪水，特别是暴雨，在短时间内会形成积水，故需要设置屋面雨水排水系统，以便有组织，有系统的将屋面雨水及时输送到室外地面或室外，否则会造成四处溢流或屋面漏水，影响人们的生活和生产活动。本章将对建筑物各种形式的雨水排水系统进行系统介绍。•屋面雨水系统根据建筑内部是否有雨水管道可分为外排水系统、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.普通外排水•一般用于普通住宅、一般的公共建筑和小型单跨厂房。普通外排水由檐沟和敷设在建筑物外墙的立管组成（如右图）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天沟外排水系统适用于长度不超过100m的多跨工业厂房。溢流口山墙泄压管消能池检查井2.天沟外排水由天沟，雨水斗和排水立管组成。（如图）•天沟的排水断面形式应根据屋面情况而定，一般多为矩形和梯形。•天沟的坡度不宜太大，以免天沟起端屋顶垫层过厚而增加结构的荷重；但也不宜过小，以免天沟抹面时局部出现倒坡，使雨水在天沟中积存，造成屋顶漏水。•天沟的坡度一般为0.003—0.006.•天沟设置应以建筑物伸缩缝，沉降缝和变形缝为屋面分水线，并在两分水线两侧分别设置。•天沟长度一般不超过50米。为了排水安全，防止天沟末端积水太深，在天沟顶端应设置溢流口，溢流口比天沟上檐低50-100米。天沟消能池检查井雨水斗分水线2.天沟外排水•内排水•内排水系统一般由雨水斗，连接管，悬吊管，立管，排出管，埋地干管和附属构筑物几部分组成（如图所示）。3内排水内排水系统由天沟、雨水斗、连接管、悬吊管、立管、排出管等部分组成。1.雨水斗雨水斗是一种雨水由此进入雨水排水管道的专用装置，设在天沟或屋面的最低处。雨水斗有重力式和虹吸式两类。重力式雨水斗为65型、79型、87型雨3种内排水系统组成2.连接管连接管是雨水斗和悬吊管的一段竖向短管。连接管一般与雨水斗同径，连接管应牢固地固定在建筑物的承重结构上，下端用斜三通与悬吊管连接。3.悬吊管悬吊管是悬吊在屋架，楼板和梁下或架空在柱上的雨水横管。悬吊管连接雨水斗和排水立管，其管径不小于连接管管径，也不应大于300mm.4.立管承接雨水斗或悬吊管流来的雨水，与排出管连接。5.排出管排出管是立管和检查井间的一段有较大坡度的横向管道，其管径不小于立管管径。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•选择建筑屋面雨水排水系统时应根据建筑屋的类型、建筑结构形式、屋面面积大小、当地气候条件以及生活生产的要求，经过技术经济比较，本着安全又经济的原则来选择雨水排水系统。通常情况下密闭系统优于敞开式系统，外排水系统优于内排水系统。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。•降雨开始后，降落到屋面的雨水沿屋面径流到天沟，再沿天沟流到雨水斗，随降雨历时的延长，雨水斗斗前水深不断增加，进气口不断减小，系统的泄流量Q、压力P和掺气比K随之变化见下图。4.2内排水系统中的水气流动物理现象雨水从屋面暴露于大气中的雨水斗用管道输送到大气接触的雨水井或地面，其间没有能量输入，水体的这种流动通常称为重力流动。4.2.1单斗雨水系统QQkP泄流量Q与各个参数之间的关系—１k—渗气量比。P—雨水入口处压力值。hQQttBtAABQA泄流量Q与各个参–数之间的关系—２h—天沟水深t—流量递增时间QB•掺气比是指进入雨水斗的空气量与雨水量的比值。1)降雨开始到掺气比最大的初始阶段（图a）3.按历时t可将泄流状态分为2)掺气比最大到掺气比为零的过度阶段(图b)3)不掺气的饱和阶段(图c)①雨水斗和连接管：斗前水浅，掺气比急剧上升,连接管压力小且化缓慢。②悬吊管与立管：两者管内压力变化均很小，呈波浪流，脉动流。③埋地干管：同悬吊管相似。呈波浪流、脉动流.压力变化小由以分析可以看出，单斗雨水系统的初始阶段，雨水排水系统的泄流量小，管内气流畅通，压力稳定，雨水重力流动，是水气两相重力无压流1.初始阶段2.过渡阶段①雨水斗和连接管：雨水斗泄流量增加，充水率增大，掺气比减小。连接管内形成水塞，出现负压抽力、压力增加较快。②悬吊管与立管：悬吊管水头损失迅速增加，管内压力不断增大，悬吊管起端呈正压，末端和立管上部负压，在悬吊管末端与立管连接处负压最大。立管内负压减小，至某一高度时压力为0.再向下压力为正在立管底部正压力最大。③埋地干管：水中气泡的能量减小，逐渐从水中分离出来，聚集在管道断面上部形成气室，并具有压力作用在管道内雨水液面上。由以分析可以看出，单斗雨水系统的过度阶段的泄流较大，管内气不畅通，管内压力不稳定，变化大，雨水靠重力和负压抽吸流动，是水气两相重力半有压流。3.饱和阶段①雨水斗和连接管：雨水斗完全淹没不进气，此时水不掺气，管内满流，泄流量最大。②悬吊管与立管：随悬吊管的延伸，管内压力逐渐减小，负压增大，至悬吊管与立管的连接处负压最大，形成虹吸。立管内的压力变化规律与过度阶段末端相似，由负压逐渐增加到正压。在立管与埋地管连接处达到最大正压。③埋地干管：水头损失不断增加，管内正压值不断减少。由以分析可以看出，单斗雨水系统饱和阶段的雨水斗完全淹没，管内满流不掺气，雨水排水系统的泄流量达到最大，雨水主要靠负压抽吸流动，是水单相压力流。通过以上各个阶段的分析可知压力流状态下系统泄流量最大，重力流时泄流量最小；系统最大的负压在悬吊管与立管的连接处，最大正压在立管与埋地横干管的连接处。•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•4.3.1雨水量计算•其值与该地暴雨强度q、汇水面积F以及径流系数有关，屋面径流系数一般取=0.9•1.设计暴雨强度q•设计暴雨强度公式中有设计重现期P和屋面给水时间t两个参数，P一般为2-5年，重要建筑不小于10年，在我国屋面给水时间按5min计算。4.3雨水排水系统的水力计算•2.汇水面积F(m2)•①对于一定坡度的屋面，汇水面积按水平投影面积计算。•②高出屋面的侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为•有效汇水面积计算。•③窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道和应附•加其高出部分侧墙面积的1/2。•④同一汇水区内高出的侧墙多于一面时，按有效受水侧墙面•积的1/2折算汇水面积。4.3雨水排水系统的水力计算•3.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。QFq5h5k14.3.2系统计算原理和参数1.雨水斗泄水量·排水状态是自由堰流，排水量大小与进水口直径和斗前水深有关·在半有压流和压力流状态下ghDhQ2)(242PHgdQ2、天沟流量流速可按明渠均匀流计算公式计算21321IRnvvQ•3、横管包括悬吊管、管道层的混合管、埋地横干管和出户管，近似地按圆管均匀流计算vQ21321IRnv4、重力流状态下雨水排水立管按水膜流计算3835617890dKQp5、溢流口溢流口排水能力应不小于50年重现期的雨水量232hgmbQ4.3.3设计计算步骤1.普通外排水系统（宜按重力无压流系统设计）(1)根据屋面坡度和建筑物里面要求，布置立管，立管间距8~12m。(2)计算每根立管的汇水面积。(3)求每根立管的泄水量。(4)按堰流式斗雨水系统查附录14确定立管管径。2.天沟外排水（宜按重力伴有压流系统设计）其设计计算步骤如下：（1）计算过水断面积ω。（2）求流速v。（3）求天沟允许通过的流量Q允。（4）计算汇水面积F。（5）由Q1≥Q=，求5min的暴雨强度q5。(6)求计算重现期P计，若计算重现期大于等于设计重现期P设；确定立管管径；若计算重现期小于设计重现期P设，改变天沟几何尺寸，增大过水断面积，重新计算，校核重现期。另一种是已经确定天沟的长度、坡度、材料、汇水面积和设计重现期，确定天沟的形状和几何尺寸，其设计计算步骤如下：（1）确定分水线求每条天沟的汇水面积F。（2）求5min的暴雨强度q5。（3）求天沟设计流量Q设。（4）初步确定天沟形状和几何尺寸。（5）求天沟过水断水面积ω。（6）求流速v。（7）求天沟允许通过的流量Q允。（8）若天沟的设计流量Q设小于等于天沟允许通过的流量Q允，确定立管管径；若天沟的设计流量Q设大于天沟允许通过的流量Q允，改变天沟的形状和几何尺寸，增大天沟的过水断水面积w，重新计算。3.重力流和重力半有压流内排水系统重力流和重力半有压流内排水系统具体的设计步骤如下：（1）根据建筑物内部墙、梁、柱的位置，屋面的构造和坡度划分为几个系统，确定立管的数量和位置。（2）根据各个系统的汇水面积，查附录15确定雨水斗的规格和数量。（3）确定连接管管径，连接管管径与雨水斗出水管管径相同。对于单斗系统。悬吊管、立管、排除横管的管径均与连接管管径相同。（4）计算悬吊管连接的雨水斗流量之和，确定（重力流）或（重力有压流）水力坡度，查附录11或附录12，确定悬吊管的管径，选调管的管径宜保持不变。（5)计算立管连接的雨水斗泄流量之和，查立管最大允许泄流量表确定立管管径与悬吊管管径相同。(6)排出管管径一般与立管管径相同，如果为了改善整个雨水排水系统的泄水能力，排出管也可以比立管放大1级管径。(7)计算埋地干管的设计排水量，确定（重力流）或计算（重力有压流）水力坡度，为保障排水通畅，埋地管坡度应不小于0.003，查附录13确定埋地干管的管径。4.4压力流（虹吸式）雨水排水系统1.雨水斗水气流动状态压力流屋面雨水排水系统采用虹吸式雨水斗，管道中是全充满的压力流的压力流状态。2.悬吊管水气流动状态在悬吊管中，水流从悬吊管的最远端向立管方向运动，沿流动方向，水头损失迅速增加,管内呈不断增大的负压，在与立管的交叉点处负压最大。3.立管和排水管水气流动状态从立管与悬吊管交点向下立管内的负压值也随之很快减少至零，继之出现逐渐增加的正压，立管底部达到最大值后再逐渐减少，正压逐渐被消耗，至排水井处与大气相通，管道中的压力为零。•4.压力流雨水排水系统的适用条件适用条件如下：（1）雨水排水系统应优先考虑外排水，但要先征得建筑师同意。（2）屋面集水优先考虑天沟形式，雨水斗应设置与天沟内。（3）虹吸式屋面雨水排水系统适用与大型屋面的库房、工业厂房、公共建筑等。（4）不允许室内冒水的建筑，应采用密闭系统或外排水系统，不得采用敞开式内排水系统。（5）87型雨水斗系统和虹吸式压力流系统应采用密闭系统。（6）寒冷地区应尽量采用内排水系统。（7）单斗与多斗系统比较，一般情况下，优先采用单斗系统。但虹吸式雨水系统悬吊管