1、6.1 屋面雨水排出方式 6.2 雨水内排水系统中水气流动的物理现象 6.3 屋面雨水排水系统的水力计算,第6章 建筑雨水排水系统,第6章 建筑雨水排水系统,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。,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
2、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：,6.1.1 外排水雨水系统,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,水落管,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,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
3、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,1.雨水内排水系统概述（图6-3）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,图6-3 内排水系统,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
4、统,2.内排水系统分类,按雨水管中水流的 设计流态可分为 重力伴有压流雨水系统 重力无压流雨水系统 压力流雨水系统 （虹吸式）,a.单斗雨水排水系统：悬吊管上只连接单个雨水斗的系统。b.多斗雨水排水系统：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% 。,根据立管连接雨水斗的个数分为,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，
5、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。,根据系统是否与大气相通分为,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。重力伴有压流雨水系统：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。,按雨水管中水流的设计流态可分为,3.内排水系统的布置与敷设,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
6、，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,一般来说，雨水斗的设计是整个虹吸系统能否按设计要求工作的关键之一，它的稳流性越好，产生虹吸所需的屋面汇水高度越低，总体性能就越优越。 标准型的雨水斗，它是由雨水斗底座，碟片，格栅顶盖组成。另外根据需要可提供通用型的绝缘底座，固定件，法兰片，焊接片，防火保护帽，微型加热电圈等配件。,雨水斗的设计安装有一定严格的要求: （1）雨水斗离墙至少1米。 （2）如果雨水斗是安装在檐沟内，且采用焊接件的话，檐
7、沟的宽度至少是350mm，檐沟内的雨水斗安装开口为70mm x 270mm至290mm x 290mm。 （3）如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内，那么屋顶至少有160mm厚。 （4）如果屋顶是混凝土的，雨水斗下连的雨水管管径至少是35mm (用电焊管箍连接件连接)，与此对应的屋顶厚度是180mm至190mm。 （5）带隔离层的屋顶隔离层厚度至少40mm。如果隔离层厚于180mm，雨水斗的底座必需延伸至能与管径56mm的连接管相连的恰当长度。,（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
8、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）检查井、检查口、排气井检查井：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135。具体方式见下页示意图所示。,检查井内接管方式,135,图6-4 排气井,6.2.1
9、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,Qy,Qy,k,P1,QLj,泄流量Qy与各个参 数之间的关系k 渗气量比。 P1 雨水入口处压力值。,1、雨水斗水气流动状态,Qy,Qy,hL1,t,tB,tA,A,B,QLj,h,泄流量Qy与各个参 数之间的关系h 天沟水深 hL1 临界水深 t 流量递增时间,1、雨水斗水气流动状态,悬吊管的泄流能力远小于立管，随着天沟水深 的变化，
10、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,2、悬吊管系统水气流状态,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。,2、悬吊管系统水气流状态,立管的泄流能力大于悬吊管和排出管的排泄能力。压力曲线斜率随泄流量增加而减少，压力零点随随泄流量增加而上移。,3、立管的水气流动状态,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
11、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。,多斗雨水排水系统：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。,6.2.2 多斗雨水系统,图6-7 多斗 雨水流量及 压力曲线,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
12、2个。,压力流(虹吸式)雨水排水系统是近年在欧洲发展起来的，又称siphonic system，我国称压力流雨水系统，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。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。雨水斗的研制目标：参见p196,6.2.3 压力流雨水系统,1. 设计暴雨强度q（公式6-1）设计暴雨强度公式中应用重现期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1年，工业建筑可参考下页表各种数
13、据确定。重现期p:在一个较长的记录年限内，等于或大于某一降 雨强度的暴雨，每出现一次所需要的年数. 如，P=2表示两年 中所有雨水降雨强度记录中最大的一次。,6.3 雨水排水系统的水力计算,工业建筑雨水设计重现期,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1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1.52.0。,4. 雨水量计算公式, 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/（s104 m2）； 当地降
14、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。,Q F q5 h5 k1,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,6.3.2 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：, 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）,v R I n,6.3.3 天沟外排水设计计算,各种抹面天沟 n 值,例题6-1 某车间全长
15、94m，屋面天沟为矩形，沟宽B=0.35m，积水深度H=0.15m，天沟坡度I=0.006，天沟表面n=0.025，屋面宣泄系数k1=2.0，天沟平面布置如下图，当地暴雨强度如下表，验证天沟设计是否合理。,天沟平面图,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：,（接下页）,6.3.4 内排水系统设计计算,N=3600/ h5 F Q K1 N,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小时降雨厚度的系数，取值见下表,（接上页）,6.3.4 内
16、排水系统设计计算,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。,6.3.4 内排水设计计算,附录6A-1,2. 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6A-2。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
17、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350450mm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。,例题6-2,1.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
18、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式6-9计算，也可采用柯尔勃克公式。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。,6.3.5 虹吸式雨水系统计算,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1m/s，立管最小流速 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
19、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(DN75)或5kPa(DN 100)。,6.3.5 虹吸式雨水系统计算,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： (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：立管管径DN 75, H 3m；DN 90，H 5m。如不满足，可
20、增加立管根数，减少管径。,6.3.5 虹吸式雨水系统计算,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。,6.3.5 虹吸式雨水系统计算,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
21、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IH/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；,6.3.5 虹吸式雨水系统计算,5、计算步骤 (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 =ILA。 有多个计算管段时，逐段累计； (9) 检查Hhf 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。,6.3.5 虹吸式雨水系统计算,
