第六章-建筑雨水排水系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第六章 建筑雨水排水系統(tǒng)6.1建筑雨水排水系統(tǒng)分類與組成6.1.1建筑雨水排水系統(tǒng)分類建筑屋面雨水排水系統(tǒng)的分類與管道的設置、管內的壓力、水流狀態(tài)和屋面排水條件等條件有關。1.按建筑物內部是否有雨水管道分為內排水系統(tǒng)和外排水系統(tǒng)兩類。建筑物內部設有雨水管道，屋面設雨水斗的雨水排除系統(tǒng)為內排水系統(tǒng)，否則為外排水系統(tǒng)。內排水系統(tǒng)又分為架空管排水系統(tǒng)和埋地管排水系統(tǒng)。2.按雨水在管道內的流態(tài)分為重力無壓流、重于半有壓流和壓力流三類。重力無壓流是指雨水通過自由堰流入管道，在重力作用下附壁流動，管內壓力正常，這種系統(tǒng)也稱為堰流斗系統(tǒng)。 重力半有壓流是指管內氣水混合，在重力和負壓

2、抽吸雙重作用下流動，這種系統(tǒng)也稱為87雨水斗系統(tǒng)。壓力流是指管內充滿雨水，在負壓抽吸作用下流動，又叫虹吸式系統(tǒng)。3.按屋面的排水條件分為檐溝排水、天溝排水和無溝排水。當建筑屋面面積較小時，在屋檐下設置匯集屋面雨水的溝槽，稱為檐溝排水。在面積大且曲折的建筑物屋面設置匯集屋面雨水的溝槽，將雨水排至建筑物的兩側，稱為天溝排水。降落到屋面的雨水沿屋面徑流，直接流入雨水管道，稱為無溝排水。4.按出戶埋地橫干管是否有自由水面分為敞開式排水系統(tǒng)和密閉式排水系統(tǒng)。敞開式系統(tǒng)是非滿流的重力排水，管內有自由水面，連接埋地干管的檢查井是普通檢查井。可接納生產(chǎn)廢水，但暴雨時會出現(xiàn)檢查井冒水現(xiàn)象。密閉式系統(tǒng)是滿流壓力排

3、水，連接埋地干管的檢查井內用密閉的三通連接，室內不會出現(xiàn)冒水現(xiàn)象。但不能接納生產(chǎn)廢水。5.按一根立管連接的雨水斗數(shù)量分為單斗系統(tǒng)和多斗系統(tǒng)。多斗系統(tǒng)中每個雨水斗的泄流量小于單斗系統(tǒng)的泄流量。6.1.2建筑雨水排水系統(tǒng)的組成1.普通外排水普通外排水由檐溝和敷設在建筑物外墻的立管組成。根據(jù)降雨量和管段的通水能力確定一根立管服務的屋面面積，再根據(jù)屋面形狀和面積確定立管的間距。適用于普通住宅、一般的公共建筑和小型單跨廠房。2.天溝外排水天溝外排水由天溝、雨水斗和排水立管組成。天溝設置在兩跨中間并坡向端墻，雨水斗設置在伸出山墻的天溝末端，也可設置在靠山墻的屋面。立管連接雨水斗并沿外墻布置。天溝外排水適用

4、于長度不超過100m的多跨工業(yè)廠房。天溝的排水斷面形式一般多為矩形或梯形。天溝坡度不宜太大，一般為0.0030.006之間。應以建筑物伸縮縫、變形縫和沉降縫為屋面分水線，在分水線兩側分別設置天溝。天溝長度一般不要超過50m。天溝末端宜設置溢流口，溢流口不天溝上檐低50100mm。天溝外排水在屋面不設雨水斗，管道不穿過屋面，排水安全可靠。3.內排水內排水系統(tǒng)一般由雨水斗、連接管、懸吊管、立管、排出管、埋地干管和附屬構筑物幾部分組成。降落到屋面上的雨水，沿屋面流入雨水斗，經(jīng)連接管、懸吊管、流入立管，再經(jīng)排出管流入雨水檢查井，或經(jīng)埋地干管排至室外雨水管道。適用于跨度大，特別長的多跨建筑，在屋面設天溝

5、有困難的鋸齒形、殼形屋面建筑，屋面有天窗的建筑，建筑立面要求高的建筑，大屋面建筑及寒冷地區(qū)的建筑，在墻外設置雨水排水立管有困難時，也可考慮采用內排水形式。1）雨水斗設在天溝或屋面的最低處。雨水斗有重力式和虹吸式兩類。重力式雨水斗有65式、79式和87式3種，其中87式雨水斗水力性能穩(wěn)定，能迅速排除屋面雨水。虹吸式雨水斗設計為下沉式，避免雨水斗滲入空氣。2）連接管連接管是連接雨水斗和懸吊管的一段豎直短管。一般與雨水斗同徑，連接管應牢固固定在建筑物的承重結構上，下端用斜三通與懸吊管連接。3）懸吊管是懸吊在屋架、樓板和梁下或架空在柱上的雨水橫管。連接雨水斗和排水立管，其管徑不小于連接管管徑，也不應大

6、于300mm。塑料管的坡度不小于0.005；鑄鐵管的最小設計坡度不小于0.01。在懸吊管的端頭和長度大于15m的懸吊管上設檢查口或帶法蘭盤的三通，位置宜靠近墻柱，以利檢修。連接管與懸吊管，懸吊管與立管間宜采用45°三通或90°斜三通連接。懸吊管一般采用塑料管或鑄鐵管，固定在建筑物的桁架或梁上。特殊時可采用鋼管，焊接連接。4）立管一根立管連接的懸吊管根數(shù)不多于兩根，立管管徑不得小于懸吊管管徑。立管沿墻、柱安裝，在距地面1m處設檢查口。立管的管材和接口與懸吊管相同。5）排出管立管與檢查井之間的一段有較大坡度的橫向管道，管徑不得小于立管管徑。排出管與下游埋地管在檢查井中宜采用管頂

7、平接，水流轉角不得小于135°。6）埋地管埋地管敷設于室內地下，承接立管的雨水。埋地管最小管徑為200mm，最大不超過600mm。埋地管一般采用混凝土管、鋼筋混凝土管或陶土管。管道坡度按表5.2.3生產(chǎn)廢水管道最小坡度設計。7）附屬構筑物用于埋地雨水管道的檢修、清掃和排氣。主要有檢查井、檢查口井和排氣井。檢查井適用于敞開式內排水系統(tǒng)，設置在排出管與埋地管連接處，埋地管轉彎、變徑及超過30m的直線管路上。檢查井井深不小于0.7m，井內采用管頂平接，井底設高流槽，流槽應高出管頂200mm。埋地管起端檢查井與排出管間應設排氣井。密閉內排水系統(tǒng)的埋地管上設檢查口，將檢查口放在檢查井內，便于清

8、通檢修，稱檢查口井。6.1.3雨水排出系統(tǒng)的選用密閉式系統(tǒng)優(yōu)于敞開式系統(tǒng)，外排水系統(tǒng)優(yōu)于內排水系統(tǒng)。堰流斗重力流排水系統(tǒng)的安全可靠性最差。虹吸式泄流量大管徑造價最低，87斗重力流系統(tǒng)次之，堰流斗重力流系統(tǒng)造價最高。總之，屋面集水優(yōu)先考慮天溝形式，雨水斗置于天溝內。建筑屋面內排水和長天溝外排水一般宜采用重力半有壓流系統(tǒng)，大型屋面的庫房和公共建筑內排水，宜采用虹吸式有壓流系統(tǒng)，堰流外排水宜采用重力無壓流系統(tǒng)。陽臺雨水應自成系統(tǒng)排到室外，不得與屋面雨水系統(tǒng)相連接。6.2雨水內排水系統(tǒng)中的水氣流動規(guī)律6.2.1單斗雨水系統(tǒng) 按降雨歷時t，系統(tǒng)的泄流狀態(tài)可分為三個階段：降雨開始到摻氣比最大的初始階段（0

9、t<Ta），摻氣比最大到摻氣比為零的過渡階段（Tat<Tb）和不摻氣的飽和階段（tTb）。1.初始階段1）雨水斗和連接管在初始階段，降雨剛開始，流入雨水斗的雨水很少，在這一階段，雨水斗大部分暴露在空氣中，摻氣比急劇上升，到Ta時達到最大。因泄流量較小，充水率<1/3，雨水在連接管內呈附壁流或膜流，管內壓力很小且變化緩慢，約等于大氣壓力。2）懸吊管與立管因泄流量小，管內時充滿度很小的非滿流，懸吊管內壓力變化很小。立管管徑與連接管管徑相同，立管內也是附壁水膜流。立管內壓力變化很小。3）埋地干管因管徑、泄流量與懸吊管相同，排出管和埋地干管內的流態(tài)與懸吊管相似，系統(tǒng)壓力變化很小。以上

10、分析可以看出，單斗雨水系統(tǒng)的初始階段，雨水排水系統(tǒng)的泄流量小，管內氣流暢通，壓力穩(wěn)定，雨水靠重力流動，是水氣兩相重力無壓流。2.過渡階段1）雨水斗和連接管在過渡階段，隨著匯水面積的增加，泄流量隨水深增加而增加，這個階段水深增加緩慢，近似呈線性關系。雨水斗進氣面積和摻氣量逐漸減小，而泄流量增加，摻氣比急劇下降，到Tb時摻氣比為零。因泄流量增加和摻氣量減少，管內頻繁形成水塞，出現(xiàn)負壓抽力，管內壓力增加較快。2）懸吊管與立管懸吊管管內負壓不斷增大，起端呈正壓，末端和立管的上部呈負壓，在懸吊管末端與立管連接處負壓最大。立管內的負壓值迅速減小，至某一高度時壓力為零。再向下壓力為正，壓力變化曲線呈線性關系

11、，其斜率隨泄流量增加而減小，零壓點隨泄流量增加而上移，滿流時零壓點的位置最高。立管底部正壓力達到最大。3）埋地干管 （略） p190以上分析可以看出，單斗雨水系統(tǒng)的過渡階段的泄流量較大，管內氣流不通暢，管內壓力不穩(wěn)定，變化大，雨水靠重力和負壓抽吸流動，時氣水兩相重力半有壓流。3.飽和階段1）雨水斗和連接管 不摻氣，管內滿流，泄流量達到最大，基本不增加。泄水主要由負壓抽力，所以雨水斗和連接管內為負壓。2）懸吊管與立管水單相流，懸吊管起端管內壓力可能是負壓也可能是正壓，管內壓力減小，負壓增大，至末端與立管連接處負壓最大，形成虹吸。立管內壓力由負壓逐漸增加為正壓。立管與埋地管連接處達到最大正壓。3）

12、埋地干管埋地干管內是水單相流。管內正壓值逐漸減小，至室外雨水檢查井處壓力為零。由以上分析，單斗雨水系統(tǒng)飽和階段雨水排水系統(tǒng)的泄流量達到最大，雨水主要靠負壓抽吸流動，是水單相壓力流。對于單斗雨水系統(tǒng)，壓力流狀態(tài)下系統(tǒng)的泄流量最大，重力流時泄流量最小。在重力半有壓力流和壓力流狀態(tài)下，雨水排水系統(tǒng)的泄水能力取決于天溝位置高度。雨水斗離排出管的垂直距離越大，產(chǎn)生的抽力越大，泄水能力也就越大。系統(tǒng)最大負壓在懸吊管與立管連接處，最大正壓在立管與埋地干管的連接處。6.2.2多斗雨水排水系統(tǒng)1.初始和過渡階段一根懸吊管上連接兩個或兩個以上雨水斗的雨水排水系統(tǒng)為多斗雨水系統(tǒng)。在初始和過渡階段，多斗雨水系統(tǒng)中雨水

13、斗之間相互干擾的大小與懸吊管上雨水斗的個數(shù)、互相之間的間距及雨水口距排水立管的遠近有關。離立管近的雨水斗排泄水能力大。在設兩個雨水斗，且近立管雨水斗至立管距離相等的情況下，總泄流量基本相同。隨著兩個雨水斗間距的增加，近立管雨水斗泄流量逐漸增加。當兩個雨水斗間距相同，距立管不同時，兩個雨水斗泄流量的比值基本相同。但兩種情況的總泄流量不同，離立管越近，總泄流量越大。近立管雨水斗泄流量和總泄流量基本相同。結論：重力半有壓流的多斗雨水排水系統(tǒng)中，一根懸吊管連接的雨水斗不宜過多，雨水斗之間的距離不宜過大，雨水斗應盡量靠近立管。2.飽和階段系統(tǒng)內為水單相流，懸吊管和立管上部負壓值達到最大，應選用鑄鐵管或承

14、壓塑料管。6.3雨水排水系統(tǒng)的水力計算6.3.1雨水量計算屋面雨水排水系統(tǒng)雨水量的大小時設計計算雨水排水系統(tǒng)的依據(jù)，其值與該地暴雨強度q，匯水面積F以及徑流系數(shù)𝝍有關，屋面徑流系數(shù)一般取𝝍=0.9。1.設計暴雨強度q設計暴雨強度公式中有設計重現(xiàn)期P和屋面集水時間t兩個參數(shù)。設計重現(xiàn)期，一般性建筑取25年，重要公共建筑物不小于10年。屋面集水時間按5min計算。2.匯水面積F屋面匯水面積較小，一般按計。對有一定坡度的屋面，匯水面積按水平投影面積計算。高出屋面的側墻，應附加其最大受雨面正投影的一半作為有效匯水面積計算。同一匯水區(qū)內高出的側墻多于一面時，按有效受水側墻

15、面積的1/2折算匯水面積。3.雨水量的計算公式Q=FqQ=Fh53600式中 Q-屋面雨水設計流量，L/s； -徑流系數(shù)，取0.9； F-屋面設計匯水面積，； q5-當?shù)亟涤隁v時為5min時的暴雨強度，L/(s 104m2); h5-當?shù)亟涤隁v時為5min時的小時降雨厚度，mm/h;6.3.2系統(tǒng)計算原理與參數(shù)1.雨水斗泄流量雨水斗的泄流量與流動狀態(tài)有關，重力流狀態(tài)下，雨水斗時自由堰流，可按環(huán)形溢流堰公式計算：Q=Dh2gh式中 Q-通過雨水斗的泄流量，m³/s； -雨水斗進水口的流量系數(shù)，取0.45； D-雨水斗進水口直徑，m； h-雨水斗進水口前水深，m；在半有壓流和壓力流狀態(tài)下

16、，雨水斗的泄流量與雨水斗出水口直徑、雨水斗前水面至雨水斗出水口處的高度及雨水斗排水管的負壓有關：Q=d242g(H+P)式中 Q-雨水斗出水口的泄流量，m³/s； -雨水斗出水口的流量系數(shù)，取0.95； d-雨水斗出水口內徑，m； H-雨水斗前水面至雨水斗出水口處的高度，m； h-雨水斗排水管中的負壓，m；各種類型雨水斗的最大泄流量見表6.3.1選取。87式多斗排水系統(tǒng)中，一根懸吊管連接的87式雨水斗最多不超過4個，離立管最遠端雨水斗的設計流量不得超過表中的數(shù)值，其他雨水斗的設計流量一次比上游斗遞增10%。2.天溝流量屋面天溝為明渠排水，天溝水流流速可按明渠均勻流公式計算v=1nR2

17、/3I1/2Q=v×式中 Q-天溝排水流量，m³/s； v-流速，m/s； n-天溝粗糙度系數(shù)，與天溝材料和施工有關，見表6.3.2； I-天溝坡度，不小于0.003； -天溝過水斷面積，；3.橫管橫管包括懸吊管、管道層的匯合管、埋地橫干管和出戶管。橫管可近似按圓管均勻流計算：v=1nR2/3I1/2Q=v×式中 Q-排水流量，m³/s； v-管內流速，m/s，不小于0.75m/s，埋地橫干管出建筑物外墻進入室外雨水檢查井時，流速應小于1.8m/s； n-粗糙系數(shù)，塑料管取0.010，鑄鐵管取0.014，混凝土管取0.013； -管內過水流斷面積，； R

18、-水力半徑（m）懸吊管按充滿度h/D=0.8計算，橫干管按滿流計算； I水力坡度，重力流的水力坡度按管道敷設坡度計算，金屬管不小于0.01，塑料管不小于0.005；重力半有壓流的水力坡度與橫管兩端管內的壓力差有關：按下式計算：I=h+h/L式中 h-橫管兩端管內的壓力差，懸吊管按其末端（立管與懸吊管連接處）的最大負壓值計算，取0.5m，埋地橫干管按其起端（立管與埋地橫干管連接處）的最大正壓值計算，取1.0m； h-位置水頭，懸吊管是指雨水斗頂面至懸吊管末端的幾何高差（m），埋地橫干管是指其兩端的幾何高差，m。； L-橫管的長度，m； 見附錄6.1、6.2、6.3。橫管的管徑根據(jù)各雨水斗流量之和

19、確定，并宜保持管徑不變。4.立管重力流狀態(tài)下雨水排水立管按水滿流計算Q=7890Kp-1/65/3d8/3式中 Q-立管排水流量，m³/s； Kp-粗糙高度，m，塑料管取15×10-6m，鑄鐵管取25×10-6m ； -充水率，塑料管取0.3，鑄鐵管取0.35； d-管道計算內徑，m。重力流立管最大允許流量見附錄6.4重力半有壓流系統(tǒng)狀態(tài)下雨水立管按水塞流計算，鑄鐵管充水率=0.570.35，小管徑取大值，大管徑取小值。重力半有壓流系統(tǒng)立管由于有負壓抽吸作用，故其排水能力大于重力流。單斗流系統(tǒng)立管的管徑與雨水斗口徑、懸吊管管徑相同，多斗系統(tǒng)立管管徑根據(jù)立管設計排水

20、量按表6.3.3確定。5.壓力流（虹吸式）1)沿程阻力損失計算壓力流系統(tǒng)的連接管、懸吊管、立管、埋地橫干管都按滿流設計，管道的沿程阻力損失按海森-威廉公式計算：R=2.83×Q1.85×10-4C1.85×dj4.87式中 R-單位長度的阻力損失，kpa/m； dj-管道的計算內徑，m內壁噴塑鑄鐵管塑膜厚度為0.005m； Q-流量，L/min； C-海森威廉系數(shù)，塑料管130；內壁噴塑鑄鐵管，110；鋼管，120；鑄鐵管，100；常用的內壁噴塑鑄鐵管水力計算表見附錄6.5。2）局部阻力損失計算hj=10×v22g式中 hj-管件的局部阻力損失，kpa；

21、 v-流速，m/s; -管件局部阻力系數(shù)，見表6.3.4。3）阻力損失估算管路的局部阻力損失可以折算成等效長度，按沿程水頭損失估算L0=kL式中 L0-等效長度，m； L-設計長度，m; k-考慮管件阻力引入的系數(shù)：鋼管、鑄鐵管k=1.21.4，塑料管k=1.41.6計算管路阻力損失估算計算管路單位等效長度的阻力損失可按下式公式計算：R0=EL0=9.81HL0式中 R0-計算管路單位等效長度的阻力損失，kpa/m； E-系統(tǒng)可以利用的最大壓力，kpa; H-雨水斗頂面至雨水排出口的幾何高差，m； L0-計算管路等效長度，m；懸吊管阻力損失估算懸吊管單位等效長度的阻力損失按下式計算：Rx0=P

22、maxLx0式中 Rx0-懸吊管單位等效長度的阻力損失，kpa/m； Pmax-最大允許負壓值，kpa； Lx0-懸吊管等效長度，m；4）管內壓力系統(tǒng)中不同斷面管內的壓力變化很大，為使各個雨水斗泄流量平衡，不同支路計算到某一點的壓力差不大于510kpa。系統(tǒng)某斷面處管內的壓力按下式計算Pi=9.8Hi-vi22+hi式中 Pi-i斷面處管內的壓力，kpa； Hi-雨水斗頂面至i斷面的高度差，m； vi-i斷面處管內流速，m/s; hi-雨水斗頂面至i斷面的總阻力損失，kpa；壓力流雨水排水系統(tǒng)的最大負壓值在懸吊管與總立管的連接處。選用鑄鐵管和鋼管時，系統(tǒng)允許的最大負壓值為-90kpa，選用塑料管時，小管徑（de=50150mm）允許的最大負壓值為-80kpa，大管徑（de=200300mm）允許的最大負壓值為-70kpa。5）系統(tǒng)的余壓排水系統(tǒng)的總水頭損失與排水管出口速度水頭之和應小于雨水斗天溝底面至排水管出口的幾何高差，其壓力余量宜稍大于10kpa。系統(tǒng)壓力余量為：P=9.8H-vn22+hn式中 P-壓力余量，kpa； vn2-排水管出口的管道流速，m/s; H-雨水斗頂