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,7.1屋面雨水外排水系统7.2屋面雨水内排水系统7.3雨水内排水系统中水气流动的物理现象7.3.1单斗雨水系统7.3.2多斗雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.1雨水量的计算7.4.2普通外排水的设计计算7.4.3天沟外排水的设计计算7.4.4内排水系统设计计算,第7章建筑雨水排水系统,第7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。,,,,建筑屋面雨水排水系统的分类与管道的设置、管内的压力、水流状态和屋面排水条件等有关。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7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7.1雨水外排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。管径75mm~100mm,间距8~12m。适用普通住宅、一般公共建筑、小型单跨厂房。,,檐沟外排水,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,雨水斗,承雨斗,檐沟,立管,,,,,第7章建筑雨水排水系统7.1雨水外排水系统7.1.1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。雨水→屋面→天沟→立管→地面或管道,天沟长度40~50m,i0.003-0.006,溢流口,山墙,泄压管,消能池,检查井,,,,,,第7章建筑雨水排水系统7.1雨水外排水系统7.1.2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,,,第7章建筑雨水排水系统7.1雨水外排水系统7.1.2天沟外排水,2、适用,长度不超过100m的多跨工业厂房,3、优缺点(相对于内排水),优屋面不设雨水斗,管道不穿过屋面,排水安全可靠,不会因施工不慎造成屋面漏水或检查井冒水,节省管材,施工简便,有利于厂房空间利用也可减少厂区内雨水管埋深缺天沟有坡度且较长,排水管在山墙外,屋面垫层厚,结构负荷大,晴天灰尘堆积,雨天排水不畅,寒冷地区排水立管可能冻裂,,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。,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.1概述,,,,,,,,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7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.2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。,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.2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。,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.2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。,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.2内排水系统分类,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3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.,7-2建筑物雨水系统设计,雨水斗布置时除按水力计算确定雨水斗的间距和个数,还应考虑建筑结构的特点。伸缩缝、防火墙、沉降缝。87斗系统的立管承接的雨水斗宜在同一层位上。虹吸式系统的雨水斗宜在同一水平面上,各雨水立管单独排除。堰流斗系统可以承接不同高度的雨水。,,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3内排水系统组成,,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3内排水系统组成,,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3内排水系统组成,,,,,,,,,,,,,,,整流罩,下沉式雨水斗,进水格栅,排出管,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3内排水系统组成,,虹吸式雨水斗,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3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。,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3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。,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3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135。具体方式见下页示意图所示,,,第7章建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.3内排水系统组成,检查井内接管方式,,,,,,,,,,,,,,135,4、布置与敷设,1)雨水斗作用是迅速地排除屋面雨雪水,并能将粗大杂物拦阻下来。雨水斗布置的位置要考虑集水面积比较均匀和便于与悬吊管及雨水立管的连接,以确保雨水能通畅流入。布置雨水斗,应以伸缩缝或沉降缝作为屋面排水分水线,否则应在该缝缒的两侧各设一个雨水斗。雨水斗的位置不要太靠近变形缝,以免遇暴雨时,天沟水位涨高,从变形缝上部流入车间内。雨水斗的间距除按计算决定外,还应考虑建筑物构造(如柱子布置等)特点来决定。在工业厂房中,间距一般采用12、18、24m,通常采用100mm口径的雨水斗。,注,接入同一立管的雨水斗,其安装高度宜在同一标高层;两个雨水斗连接同一悬吊管时,应将靠近立管的雨水斗口径减小一级;多斗布置时,宜对立管做对称布置,且一根悬吊管上连接雨水斗个数不得多于4个,且雨水斗不能设在立管顶端,2)连接管,与雨水斗选用相同管径,但不宜小于100mm,3)悬吊管,在工业厂房中,悬吊管常固定在厂房的桁架上,为便于经常性的维修清通,悬吊管需有不小于0.03的管坡,坡向立管。悬吊管管径不得小于雨水斗连接管的管径。当管径小于或等于150mm,长度超过15m时,或管径为200mm,长度超过20m时均应设置检查口。悬吊管应避免从不允许有漏水的生产设备的上方通过。悬吊管在实际工作中为压力流,因此管材应采用给水铸铁管,石棉水泥接口。,4)立管,雨水立管一般宜沿墙壁或柱子明装。立管上应装设检查口,检查口中心至地面的高度一般为lm。立管管径应由计算确定,但不得小于与其连接的悬吊管的管径。一根立管上连接的悬吊管不多于2根雨水立管一般采用铸铁管,石棉水泥接口。在可能受到振动的地方采用焊接钢管,焊接接口。,5)排出管DN≮立管管径。6)埋地横管DN≥2007)附属构筑物检查井敞开式;管件封闭式,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。,,第7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1单斗雨水系统,,,,,,,,,Qy,Qy,k,P1,QLj,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。,第7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1单斗雨水系统,Qy,Qy,,,,,,,,,,,,hL1,t,tB,tA,A,B,QLj,h,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,第7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1单斗雨水系统,,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,第7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1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7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1单斗雨水系统,7-3雨水内排系统流动的物理现象,一、单斗系统1.雨水斗泄流状态Q泄流量;h天沟水深;P雨水斗入口处压力;K掺气比。按降雨历时,雨水斗泄流状态分三个阶段(见附图3)。①初始阶段Q-h泄流量和h↑速度缓慢。Q-KK急剧上升,在tA处达到最大。Q-P压力增加但变化缓慢。水气两相重力流,②过渡阶段Q-hh增加缓慢近似线性,泄流量增长速率小。Q-KK↓,tB时K0。Q-P管内压力增加较快。水气两相压力流③饱和阶段Q-hQ基本不增加。Q-KK0,Q不增加,h↑,泄水由抽力进行。单相压力流。,综上雨水排泄能力,取决于H、h、和,主要是H。2.悬吊管和立管内的压力变化悬吊管、立管压力变化曲线(见附图4)。3.埋地横管的水气流动水流特点水流掺气半有压非满波动水跃的流动状态,,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,第7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1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7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.1单斗雨水系统,重力流排水系统由于是按非满流无压状态设计的,是否能迅速排除雨水依赖于排水横管的坡度。所以具有如下特征①由于该系统工作时,屋面雨水由雨水斗进入排水系统的过程中,过水断面形成旋涡,水流夹带空气进入排水系统,使整个系统呈气液两相流。空气占据了大约1/3的管道空间,因此排水管的管径较大;②按规范要求,重力流屋面雨水排水管系的悬吊管应按非满流设计,其充满度不大于0.8。管内流速不宜小于0.75m/s。且排水坡度不小于0.5%,因此会占据较多的建筑空间;③由于单管连接的雨水斗不宜过多,因此系统使用立管的数量也较大;④普通雨水斗排水数量较小,因此系统使用雨水斗数量相对较多,增加了屋面荷载;⑤适用性和灵活性较差;⑥连接各立管的埋地管数量多,地下管工作量较大;⑦采用同样管材情况下,整个系统工程造价较高。,压力流排水系统是按满流有压状态设计,是多斗压力流排水。相对于重力流排水系统具有如下特征①降雨初期系统为重力排水,随着雨量的增加,虹吸雨水斗利用空气挡板阻止空气进入系统形成真空。当管中的雨水呈压力流状态时,形成虹吸现象,不断进行排水。最终雨水管内达到满流状态;②在降雨过程中,由于连续不断的虹吸作用,整个系统得以快速排放屋面雨水;③排水系统为单相满管流,在相同的条件下,同样的屋面汇水面积,可减少管道直径和数量;④虹吸排水系统管道均按满流有压状态设计,雨水悬吊管可做到无坡度敷设,有利于建筑空间的充分利用。当产生虹吸作用时,水流流速极高,有较强的自净能力;⑤由于排水管道减少,室外雨水检查井数量亦相应减少;⑥减少下水道连接管和埋地管,地下部分工作量少;⑦采用同样排水管材,压力流比重力流节约工程造价。,,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。,第7章建筑雨水排水系统7.3内排水系统中的水气流动物理现象7.3.2多斗雨水系统,气水两相流,各斗雨水泄流到立管的水力阻力,因配件及立管负压抽吸作用影响不同而有差别。实测近斗泄流能力为远斗泄流能力的数十倍,远斗由于少受或不受立管负压抽吸作用影响。天沟水位高,泄流量亦不会明显增加,故多设亦无实际意义。,屋面雨水系统的特点比较,雨水排出系统的选择,选择建筑物屋面雨水排水系统时应根据建筑物的类型、建筑结构形成、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,本着既安全又经济的原则选择雨水排水系统。安全的含义是指能迅速、及时地将屋面雨水排到室外,屋面溢水频率低,室内管道不漏水,地面不冒水。密闭式优于敞开式,外排水优于内排水。而经济是指在满足安全的前提下,系统的造价低,寿命长。虹吸式系统泄流量大管径小造价低。,1、屋面雨水排水系统应根据建筑性质、使用功能、结构形成、气候条件等因素确定。如技术经济比较合理,宜采用外排水方式。2、当外排有困难或建筑性质,使用要求不允许外排时,应采用内排方式或混合排放方式。当屋面雨水采用内排方式时,宜采用密闭系统。3、在做系统选择时,应注意,建筑屋面雨水管道设计流态宜符合下列要求,1)檐沟外排水宜按重力流设计。2)长天沟外排水宜按压力流设计。3)高层建筑屋面雨水排水宜按重力流设计。4)工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水排水宜按压力流设计。4、在做系统时,还应注意1)高层建筑裙房屋面雨水应单独排放。2)阳台雨水系统应单独设置,阳台雨水立管底部应间接排水。,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。,,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.1雨水量计算,,,7.4.1雨水量计算工业建筑雨水设计重现期,暴雨强度,,2.汇水面积Fm2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。,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.1雨水量计算,汇水面积(F),F屋面1/2侧墙屋面宣泄系数防止屋面集流过快,而雨水斗泄流过慢而取的调整系数,,4.雨水量计算公式,,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.1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/(s104m2);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,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.2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,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.3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,,,7.4.3天沟外排水设计计算各种抹面天沟n值,7.4.3天沟外排水设计计算天沟尺寸计算,已经确定天沟的形式,断面尺寸,需要计算天沟的泄水能力,检验暴雨强度或天沟长度确定屋面分水线,计算每条天沟的汇水面积F计算天沟的过水断面积w利用明渠均匀流公式计算天沟水流速度求天沟的允许泄流量QT确定设计重现期,计算5分钟暴雨强度计算汇水面积F上的雨水量Q;比较Q与QT,7.4.3天沟外排水设计计算天沟尺寸计算,已经确定天沟长度,暴雨强度重现期的情况下,计算确定天沟形式和断面尺寸,提交给土建专业确定屋面分水线,计算每条天沟的汇水面积F确定设计重现期,计算5分钟暴雨强度计算汇水面积F上的雨水量Q初步确定天沟的形式和断面尺寸利用明渠均匀流公式计算天沟水流速度求天沟的允许泄流量QT比较Q与QT根据雨水量查表确定雨水立管管径,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。,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.3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k11,5min小时降雨厚度h5100mm/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k11时的汇水面积F。,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.3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、“k11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。,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.3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。,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.3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,,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.4内排水系统设计计算,(接下页),N3600/h5FQK1N,降雨强度h5与系数N的关系表,第7章建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.4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),
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