建筑屋面雨水排水系统组成及水力计算

第6章建建筑筑屋屋面面雨雨水水排排水水系系统统6.1建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的组组成成与与分分类类6.2雨水水内内排排水水系系统统中中的的水水、、气气流流动动规规律律6.3雨水水排排水水系系统统的的水水力力计计算算第6章建建筑筑屋屋面面雨雨水水排排水水系系统统6.1建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的分类类与组组成成6.1建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的分分类类与与组组成成6.1.1建筑筑雨雨水水排排水水系系统统分分类类降落落在在建建筑筑物物屋屋面面的的雨雨水水和和雪雪水水，，特特别别是是暴暴雨雨，，在在短短时时间间内内会会形形成成积积水水，，需需要要设设置置屋屋面面雨雨水水排排水水系系统统，，有有组组织织、、有有系系统统的的将将屋屋面面雨雨水水及及时时排排除除到到室室外外，，否否则则会会造造成成四四处处溢溢流流或或屋屋面面漏漏水水，，影影响响人人们们的的生生活活和和生生产产活活动动。。建筑屋面雨水水排水系统的的分类与管道的设置、、管内的压力力、水流状态态和屋面排水条件件等有关。按建筑物内部是否有雨水管道分为两类内排水系统外排水系统1.6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.1建筑雨水排水水系统分类建筑物内部设设有雨水管道道，屋面设雨雨水斗的雨水水排除系统为为内排水系统，否则为外排水系统。雨水通过室内内架空管道直直接排至室外外的排水管（（渠），室内内不设埋地管管的内排水系系统称为架空管内排水水系统；架空管内排排水系统排水水安全，避免免室内冒水，，但需用金属属管材多，易易产生凝结水水，管系内不不能排入生产产废水。雨水水通过室内埋埋地管道排至至室外，室内内不设架空管管道的内排水水系统称为埋地管内排水水系统。按照雨水排至至室外的方法法内排水系统又分为：架空管排水系系统埋地管排水系系统6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.1建筑雨水排水水系统分类按雨水在管道道内的流态分分为重力无压压流、重力半半有压流和压压力流三类。。重力无压流是是指雨水通过过自由堰流入入管道，在重重力作用下附附壁流动，管管内压力正常常，这种系统统也称为堰流斗系统。重力半有压流流是指管内气气水混合，在在重力和负压压抽吸双重作作用下流动，，这种系统也也称为87雨水斗系统。压力流是指管管内充满雨水水，主要在负负压抽吸作用用下流动，这这种系统也称称为虹吸式系统。2.6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.1建筑雨水排水水系统分类按屋面的排水水条件分为檐沟排水、天沟排水和无沟排水。当建筑屋面面面积较小时，，在屋檐下设设置汇集屋面面雨水的沟槽槽，称为檐沟沟排水。在面积大且曲曲折的建筑物物屋面设置汇汇集屋面雨水水的沟槽，将将雨水排至建建筑物的两侧侧，称为天沟沟排水。降落到屋面的的雨水沿屋面面径流，直接接流入雨水管管道，称为无无沟排水。3.6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.1建筑雨水排水水系统分类按出户埋地横横干管是否有有自由水面分分为敞开式排排水系统和密密闭式排水系系统两类。敞开式排水系系统是非满流流的重力排水水，管内有自自由水面，连连接埋地干管管的检查井是是普通检查井井。该系统可可接纳生产废废水，省去生生产废水埋地地管，但是暴暴雨时会出现现检查井冒水水现象，雨水水漫流室内地地面，造成危危害。密闭式式排水系统是是满流压力排排水，连接埋埋地干管的检检查井内用密密闭的三通连连接，室内不不会发生冒水水现象。但不不能接纳生产产废水，需另另设生产废水水排水系统。。4.6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.1建筑雨水排水水系统分类按一根立管连连接的雨水斗斗数量分为单单斗系统和多多斗系统。在重力无压流流和重力半有有压流状态下下，由于互相相干扰，多斗斗系统中每个个雨水斗的泄泄流量小于单单斗系统的泄泄流量。5.6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成普通外排水由由檐沟和敷设在建筑筑物外墙的立管组成，见图6-1。降落到屋面的的雨水沿屋面面集流到檐沟沟，然后流入入隔一定距离离设置的立管管排至室外的的地面或雨水水口。1.普通外排水承雨斗立管雨水斗檐沟女儿墙6-1普通外排水6.1建筑雨水排水水系统的组成成与分类6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成根据降雨量和和管道的通水水能力确定1根立管服务的的屋面面积，，再根据屋面面形状和面积积确定立管的的间距。普通外排水适用于普通住宅、一一般的公共建建筑和小型单单跨厂房。天沟外排水由由天沟、雨水斗和排水立管组成。天沟设置在两两跨中间并坡坡向端墙，雨雨水斗设在伸伸出山墙的天天沟末端，也也可设在紧靠靠山墙的屋面面，见图6-2。2.天沟外排水6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成立管连接雨水水斗并沿外墙墙布置。降落落到屋面上的的雨水沿坡向向天沟的屋面面汇集到天沟沟，再沿天沟沟流至建筑物物两端(山墙、女儿墙墙)，流人雨水斗斗，经立管排排至地面或雨雨水井。天沟外排水系系统适用于长度不超过100m的多跨工业厂厂房。天沟溢流口山墙泄压管消能池检查井雨水斗图6-2天沟外排水(Ⅰ-Ⅰ剖面)6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成天沟的排水断断面形式应根根据屋面情况况而定，一般般多为矩形和和梯形。图6-2天沟外排水(平面)女儿墙分水线沉降缝天沟雨水斗立管检查井室外雨水管6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成天沟应以建筑筑物伸缩缝、、沉降缝和变变形缝为屋面面分水线，在在分水线两侧侧分别设置天天沟。天沟坡度不宜宜太大，以免免天沟起端屋屋顶垫层过厚厚而增加结构构的荷重，但但也不宜太小小，以免天沟沟抹面时局部部出现倒坡，，使雨水在天天沟中积存，，造成屋顶漏漏水，天沟坡坡度一般在0.003～0.006之间。天沟外排水方方式在屋面不不设雨水斗，，管道不穿过过屋面，排水水安全可靠，，不会因施工工不善造成屋屋面漏水或检检查井冒水。。且节省管材，，施工简便，，有利于厂房房内空间利用用，也可减小小厂区雨水管管道的埋深。。但因天沟有有一定的坡度度，而且较长长，排水立管管在山墙外，，也存在着屋屋面垫层厚，，结构负荷增增大；晴天屋屋面堆积灰尘尘多，雨天天天沟排水不畅畅；寒冷地区区排水立管可可能冻裂的缺缺点。6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成3.内排排水水内排排水水系系统统一一般般由由雨雨水水斗斗、、连连接接管管、、悬悬吊吊管管、、立立管管、、排排出出管管、、埋埋地地干干管管和和附附属属构构筑筑物物几几部部分分组组成成，，如如图图6-3。图6-3Ⅰ-Ⅰ剖面面6.1建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的分分类类与与组组成成6.1.2建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的组组成成降落落到到屋屋面面上上的的雨雨水水，，沿沿屋屋面面流流入入雨水水斗斗，经经连接管、悬吊管、流入立管，再经排出管流人雨水水检查井，或经埋地干管管排至室外外雨水管管道。对于某些些建筑物物，由于于受建筑筑结构形形式、屋屋面面积积、生产产生活的的特殊要要求以及及当地气气候条件件的影响响，内排排水系统统可能只只有其中中的部分分组成。。内排水系统统适用于跨跨度大、特特别长的多多跨建筑，，在屋面设设天沟有困困难的锯齿齿形、壳形形屋面建筑筑，屋面有有天窗的建建筑，建筑筑立面要求求高的建筑筑，大屋面面建筑及寒寒冷地区的的建筑，在在墙外设置置雨水排水水立管有困困难时，也也可考虑采采用内排水形式式。雨水斗是一一种雨水由由此进入排排水管道的的专用装置置，设在天天沟或屋面面的最低处处。实验表表明有雨水水斗时，天天沟水位稳稳定、水面面旋涡较小小，水位波波动幅度小小，掺气量量较小；无无雨水斗时时，天沟水水位不稳定定，水位波波动幅度为为大，掺气气量较大。。6.1建筑雨水排排水系统的的分类与组组成6.1.2建筑雨水排排水系统的的组成⑴雨水斗

雨水斗有重力式和虹吸式两类，见图图6-4。图6-46.1建筑雨水排排水系统的的分类与组组成6.1.2建筑雨水排排水系统的的组成重力式雨水水斗由顶盖盖、进水格格栅（导流流罩）、短短管等构成成，进水格格栅既可拦拦截较大杂杂物又对进进水具有整整流、导流流作用。重力式雨水水斗有65式、79式和87式3种，其中87式雨水斗的的进出口面面积比（雨雨水斗格栅栅的进水孔孔有效面积积与雨水斗斗下连接管管面积之比比）最大，，掺气量少少，水力性性能稳定，，能迅速排排除屋面雨雨水。重力式雨水斗87式为避免在设设计降雨强强度下雨水水斗掺入空空气，虹吸吸式雨水斗斗设计为下下沉式。挟挟带少量空空气的雨水水进入雨水水斗的扩容容进水室后后，因室内内有整流罩罩，雨水经经整流罩进进入排出管管，挟带的的空气被整整流罩阻挡挡，不易进进入排水管管。6.1建筑雨水排排水系统的的分类与组组成6.1.2建筑雨水排排水系统的的组成虹吸式雨水水斗虹吸式雨水水斗由顶盖盖、进水格格栅、扩容容进水室、、整流罩（（二次进水水罩）、短短管等组成成。虹吸式雨水斗6.1建筑雨水排排水系统的的分类与组组成6.1.2建筑雨水排排水系统的的组成(2)连接管

在阳台、花花台和供人人们活动的的屋面，可可采用无格格栅的平箅箅式雨水斗斗。平箅式式雨水斗的的进出口面面积比较小小，在设计计负荷范围围内，其泄泄流状态为为自由堰流流。连接管是连连接雨水斗斗和悬吊管管的l段竖向短管管。连接管管一般与雨雨水斗同径径，连接管管应牢固固固定在建筑筑物的承重重结构上，，下端用斜斜三通与悬悬吊管连接接。6.1建筑雨水排排水系统的的分类与组组成6.1.2建筑雨水排排水系统的的组成(3)悬吊管悬吊管是悬悬吊在屋架架、楼板和和梁下或架架空在柱上上的雨水横横管。悬吊吊管连接雨雨水斗和排排水立管，，其管径不不小于连接接管管径，，也不应大大于300mm。塑料管的最最小设计坡度度不小于0.005；铸铁管的最最小设计坡度度不小于0.01。在悬吊管的的端头和长度度大于15m的悬吊管上设设检查口或带带法兰盘的三三通，位置宜宜靠近墙柱，，以利检修。。连接管与悬吊吊管，悬吊管管与立管间宜宜采用45o三通或90o斜三通连接。。悬吊管一般般采用塑料管管或铸铁管，，固定在建筑筑物的桁架或或梁上，在管管道可能受振振动或生产工工艺有特殊要要求时，可采采用钢管，焊焊接连接。6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成(4)立管雨水排水立管管承接悬吊管管或雨水斗流流来的雨水，，一根立管连连接的悬吊管管根数不多于于两根，立管管管径不得小小于悬吊管管管径。立管宜宜沿墙、柱安安装，在距地地面1m处设检查口。。立管的管材材和接口与悬悬吊管相同。。排出管是立管管和检查井间间的一段有较较大坡度的横横向管道，其其管径不得小小于立管管径径。(5)排出管6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成埋地管敷设于于室内地下，，承接立管的的雨水，并将将其排至室外外雨水管道。。埋地管最小小管径为200mm，最大不超过过600mm。埋地管一般般采用混凝土土管，钢筋混混凝土管或陶陶土管，管道道坡度按表5-5生产废水管道道最小坡度设设计。(6)埋地管135º排出管与下游游埋地干管在在检查井中宜宜采用管顶平平接，水流转转角不得小于135°。6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成(7)附属构筑物附属构筑物用用于埋地雨水水管道的检修修、清扫和排排气。主要有检查井、检查查口井和排气气井。检查井适用于敞开式式内排水系统统，设置在排排出管与埋地地管连接处，，埋地管转弯弯、变径及超超过30m的直线管路上上。检查井井井深不小于0.7m，井内采用管管顶平接，井井底设高流槽槽，流槽应高高出管顶200mm。6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.2建筑雨水排水水系统的组成成排气井埋地管起端检检查井与排出出管间应设排气井，见图6-5。水流从排出管管流人排气井井，与溢流墙墙碰撞消能，，流速减小，，气水分离，，水流经格栅栅稳压后平稳稳流人检查井井，气体由放放气管排出。。密闭内排水水系统的埋地地管上设检查查口，将检查查口放在检查查井内，便于于清通检修，，称检查口井。图6-5排气井6.1建筑雨水排水水系统的分类类与组成6.1.3建筑雨水排水水系统的组成成6.1.3建筑雨水排水水系统的组成成选择建筑物屋屋面雨水排水水系统时应根根据建筑物的类型型、建筑结构构形式、屋面面面积大小、、当地气候条条件以及生活活生产的要求求，经过技术经经济比较，本本着既安全全又经济济的原原则则选选择择雨雨水水排排水水系系统统。。为此此，，密密闭闭式式系系统统优优于于敞敞开开式式系系统统，，外外排排水水系系统统优优于于内内排排水水系系统统。。堰堰流流斗斗重重力力流流排排水水系系统统的的安安全全可可靠靠性性最最差差。。安全全的的含含义义是是指指能能迅迅速速、、及及时时地地将将屋屋面面雨雨水水排排至至室室外外，，屋面面溢溢水水频频率率低低，，室室内内管管道道不不漏漏水水，，地地面面不不冒冒水水。。安全6.1建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的分分类类与与组组成成6.1.3建筑筑雨雨水水排排水水系系统统的的组组成成虹吸吸式式系系统统泄泄流流量量大大管管径径小小造造价价最最低低，，87斗重重力力流流系系统统次次之之，，堰堰流流斗斗重重力力流流系系统统管管径径最最大大，，造造价价最最高高。。经济济是是指指在在满满足足安安全全的的前前提提下下，，系系统统的的造造价价低低，，寿寿命命长长。。经济6.1建筑雨水水排水系系统的分分类与组组成6.1.3建筑雨水水排水系系统的组组成屋面集水建筑屋面内排水、长天沟外排水大型屋面的库房、公共建筑内排水檐沟外排水阳台雨水优先考虑虑天沟形形式，雨水斗置置于天沟沟内。一般宜采采用重力力半有压压流系统统宜采用虹虹吸式有有压流系系统宜采用重重力无压压流系统统应自成系系统排到到室外，，不得与屋屋面雨水水系统相相连接下一节：：6.2雨水内排排水系统统中的水水、气流流动规律律第6章建建筑屋面面雨水排排水系统统6.2雨水内排排水系统统中的水水气流动动规律6.2雨水内排排水系统统中的水水气流动动规律6.2.1单斗雨水水系统

雨水从屋面流入雨水斗用管道输送到雨水井或地面，其间没有能量输入，水体的这种流动通常称为重力流动。屋面雨水进入雨水斗时，会挟带一部分空气进入雨水管道，所以，雨水管道中泄流的是水、气两种介质。6.2雨水内排排水系统统中的水水气流动动规律6.2.1单斗雨水水系统这些变化化受到天天沟距埋埋地管的的位置高度H、天沟水深深h、悬吊管的的管径、长度、坡度及立管管径径等诸多因因素的影影响。其其变化规规律是合合理设计计雨水排排水系统统的依据据。降雨历时时、汇水水面积和天沟水深深影响了雨雨水斗斗斗前的水水面深度度h，雨水斗斗斗前水水面深度度又决定定了进气气口的大大小和进进入雨水水管道的的相对空空气量的的多少，，进入雨雨水管道道的相对对空气量量的多少少直接影影响管道道内的压压力波动动和水流流状态，，随着雨雨水斗斗斗前水深深h的不断增加，，输水管管道中会会出现重力无压压流、重力半有有压流和压力流（（虹吸流流）三种流态态。6.2雨水内排排水系统统中的水水气流动动规律6.2.1单斗雨水水系统降雨开始始后，降降落到屋屋面的雨雨水沿屋面径流流到天沟沟，再沿沿天沟流流到雨水水斗。随随降雨历历时的延延长，雨雨水斗斗斗前水深深不断增增加，见见图6.2.1。图6-6“”雨雨水斗前前水流状状态图6-6雨水前水水流状态态6.2雨水内排排水系统统中的水水气流动动规律6.2.1单斗雨水水系统进气口不不断减小小，系统统的泄流流量Q、压力P和掺气比比K随之发生生变化，，见图6-7。掺气比是是指进入入雨水斗斗的空气气量与雨雨水量的的比值。。图6-7图6-76.2雨水内排排水系统统中的水水气流动动规律6.2.1单斗雨水水系统在初始阶阶段，降降雨刚刚开始始，只有有少部分分汇水面面积上的的雨水汇汇集到雨雨水斗，，天沟水水深较浅浅。随着着汇水面面积的增增加，天天沟水深深增加较较快，雨雨水斗泄泄流量也也增加较较快。但但泄流量量和水深深的增长长速度变变缓。1.初始阶段段（0≤t＜tA，α＜1/3)⑴雨水斗和连接管按降雨雨历时时t，系统统的泄泄流状状态可可分为为三个个阶段段：降雨开开始到到掺气气比最最大的的初始始阶段段（0≤t＜tA），掺气比比最大大到掺掺气比比为零零的过过渡阶阶段(tA≤t＜tB）和不掺气气的饱饱和阶阶段(t≥tB)。6.2雨水内内排水水系统统中的的水气气流动动规律律6.2.1单斗雨雨水系系统在这一一阶段段，因因天沟沟水深深较浅浅，雨雨水斗斗大部部分暴暴露在在大气气中，，雨水水斗斗斗前水水面稳稳定，，进气气面积积大，，而泄泄水量量较小小，所所以掺掺气比比急剧剧上升升，到到tA时达到到最大大，见见图6-6.a.因泄水水量较较小，，充水水率α＜1/3，雨水水在连连接管管内呈呈附壁壁流或或膜流流，管管中心心空气气畅通通，管管内压压力很很小且且变化化缓慢慢，约约等于于大气气压力力。雨水由由连接接管进进入悬悬吊管管后，，因泄泄水量量较小小，管管内是是充满满度很很小（（h/D＜0.37）的非非满流流,呈现有有自由由水面面的波波浪流流、脉脉动流流、拉拉拨流流,水面上上的空空气经经连接接管和和雨水水斗与与大气气自由由流通通，悬悬吊管管内压压力变变化很很小。。⑵悬吊管与立管6.2雨水内内排水水系统统中的的水气气流动动规律律6.2.1单斗雨雨水系系统立管管管径与与连接接管管管径相相同，，立管管内也也是附附壁水水膜流流。因因立管管内雨雨水流流速大大于悬悬吊管管内的的流速速，雨雨水会会挟带带一部部分空空气向向下流流动，，其空空间会会由经经雨水水斗、、连接接管、、悬吊吊管来来的空空气来来补充充，所所以，，立管管内压压力变变化也也很小小。因泄水水量与与悬吊吊管相相同，，排出出管和和埋地地干管管内的的流态态与悬悬吊管管相似似，也也是充充满度度很小小有自自由水水面的的波浪浪流、、脉动动流，，系统统内压压力变变化很很小。。⑶埋地干管6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统由以上分析析可以看出出，单斗雨雨水系统的的初始阶段段，雨水排排水系统的的泄流量小小，管内气气流畅通，，压力稳定定，雨水靠靠重力流动动，是水气气两相重力力无压流。。在过渡阶段段，随着汇汇水面积增增加，雨水水斗斗前水水深逐渐增增加，因泄泄流量随水水深增加而而加大，所所以这个阶阶段水深增增加缓慢，，近似呈线线性关系。。2.过渡阶段（tA≤t＜tB，1/3≤αα＜1）⑴雨水斗和连接管6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统因泄流量逐逐渐增加，，管内充水水率增加，，而管道断断面积固定定不变，所所以，泄流流量的增长长速率越来来越小。因因大气压力力、地球引引力和地球球自转切力力的共同作作用，当天天沟的水深深达到一定定高度时，，在雨水斗斗上方，会会自然生成成漏斗状的的立轴旋涡涡，雨水斗斗斗前水面面波动大。。见图6-6b。随着雨水斗斗前水位的的上升，漏漏斗逐渐变变浅，旋涡涡逐渐收缩缩，雨水斗斗进气面积积和掺气量量逐渐减小小，而泄流流量增加，，所以掺气气比急剧下下降，到tB时掺气比为为零。因泄泄水量增加加和掺气量量减少，管管内频繁形形成水塞，，出现负压压抽力，管管内压力增增加较快。。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统连接管内频频繁形成水水塞的气水水混合流进进入悬吊管管后流速减减小，雨水水与挟带的的空气充分分混合，形形成没有自自由水面的的满管气泡泡流、满管管气水乳化化流，管内内压力波动动大。⑵悬吊管与立管悬吊管的水水头损失迅迅速增加，，因可利用用的水头几几乎不变，，所以，管管内负压不不断增大。。由单斗雨雨水系统压压力实测资资料可得单单斗雨水排排水系统管管内压力分分布示意图图。见图6-8。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统从中可以得得出，悬吊吊管起端呈呈正压，悬悬吊管末端端和立管的的上部呈负负压，在悬悬吊管末端端与立管连连接处负压压最大。上部形成负负压图6-8单斗系统管管内压力分分布示意图图下部形成正正压6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统气水混合物物流入立管管后，由横横向流动变变成竖向流流动，流速速增加，但但不足部分分不能由空空气来补充充。为达到平衡衡，抽吸悬悬吊管内的的水流，水水气紊流混混合。形成成水塞流、、气泡流、、气水乳化化流。随着水流沿沿立管向下下流动，可可利用的水水头迅速增增加，立管管内的负压压值迅速减减小，至某某一高度时时压力为零零。再向下下管内压力力为正，压压力变化曲曲线近似呈呈线性关系系，其斜率率随泄流量量增加而减减小，零压压点随泄流流量增加而而上移，满满流时零压压点的位置置最高。高速挟气水水流进入密密闭系统的的埋地管后后，流速急急骤减小，，其动能大大部分用于于克服水流流沿程阻力力、转变为为水壅，形形成水跃，，水流波动动剧烈，是是使立管下下半部产生生正压的主主要原因。。水中挟带带的气体随随水流向前前运动的同同时，受浮浮力作用作作垂直运动动扰动水流流，使水流流掺气现象象激烈，形形成满管的的气水乳化化流，导致致水流阻力力和能量损损失增加。。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统⑶埋地干管因横干管内内的流速比比立管流速速小，水气气在立管下下部进行剧剧烈的能量量交换，水水气完全混混合，所以以立管底部部正压力达达到最大值值。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统水流在埋地地横管内向向前流动过过程中，水水中气泡的的能量减小小，逐渐从从水中分离离出来，聚聚积在管道道断面上部部形成气室室，并具有有压力作用用在管道内内雨水液面面上。虽然气室占占据了一定定的管道断断面积，使使管道过水水断面减小小，但同时时有压力作作用在水面面上，水力力坡度不再再仅是管道道坡度一项项，还有液液面压力产产生的水力力坡度，这这又增加了了埋地管的的排水能力力。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统对于敞开式式内排水系系统，立管管或排出管管中的高速速水流冲入入检查井，，流速骤减减，动能转转化成位能能，使检查查井内水位位上升。同同时，挟气气水流在检检查井内上上下翻滚，，使井内水水流旋转紊紊乱，阻扰扰水流进人人下游埋地地管。水中中挟带的气气体与水分分离，在井井内产生压压力。在埋埋地管起端端，因管径径小，检查查井内的雨雨水极易从从井口冒出出，造成危危害。由以上分析析可以看出出，单斗雨雨水系统的的过渡阶段段的泄流量量较大，管管内气流不不畅通，管管内压力不不稳定，变变化大，雨雨水靠重力力和负压抽抽吸流动，，是水气两两相重力半半有压流。。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统到达tB时刻，变成成饱和阶段段。这时天天沟水深淹淹没雨水斗斗，雨水斗斗上的漏斗斗和旋涡消消失，见图图6-6c。3.饱和阶段（t≥tB，α＝1）⑴雨水斗和连接管不掺气，管管内满流。。因雨水斗斗安装高度度不变，天天沟水深增增加所产生生的水头不不足以克服服因流量增增加在管壁壁上产生的的摩擦阻力力，泄流量量达到最大大，基本不不再增加。。所以天沟沟水深急剧剧上升，泄泄水主要靠靠负压抽力力，所以雨雨水斗和连连接管内为为负压。6.2雨水内排水水系统中的的水气流动动规律6.2.1单斗雨水系系统因雨水斗完完全淹没不不进气，所所以悬吊管管、立管和和埋地横干干管内都是是水单相流流，受位能能和系统管管路压力损损失的制约约，悬吊管管起端管内内压力可能能是负压也也可能是正正压。⑵悬吊管与立立管随悬吊管的的延伸,管内压力逐逐渐减小，，负压值增增大，至悬悬吊管与立立管的连接接处负压值值最大，形形成虹吸。。立管内的的压力变化化规律与过过渡阶段末末端相似，，由负压逐逐渐增加到到正压。在在立管与埋埋地管连接接处达到最最大正压。。6.2雨水水内内排排水水系系统统中中的的水水气气流流动动规规律律6.2.1单斗斗雨雨水水系系统统雨水水进进入入埋埋地地干干管管向向前前流流动动过过程程中中，，水水头头损损失失不不断断增增加加，，而而可可利利用用水水头头H不变变，，所所以以，，埋埋地地干干管管正正压压值值逐逐渐渐减减少少，，至至室室外外雨雨水水检检查查井井处处压压力力减减为为零零，，从从屋屋面面雨雨水水斗斗斗斗前前的的进进水水水水面面至至埋埋地地干干管管排排出出口口的的总总高高度度差差，，即即有有效效作作用用水水头头H，全全部部用用尽尽。。⑶埋地地干干管管由以以上上分分析析可可以以看看出出，，单单斗斗雨雨水水系系统统饱饱和和阶阶段段的的雨雨水水斗斗完完全全淹淹没没，，不不掺掺气气，，管管内内满满流流不不掺掺气气，，雨雨水水排排水水系系统统的的泄泄流流量量达达到到最最大大，，雨雨水水主主要要靠靠负负压压抽抽吸吸流流动动，，是是水水单单相相压压力力流。。6.2雨水水内内排排水水系系统统中中的的水水气气流流动动规规律律6.2.1单斗斗雨雨水水系系统统通过过以以上上对对单单斗斗雨雨水水排排水水系系统统各各个个组组成成部部分分的的水水流流状状态态、、压压力力变变化化规规律律和和泄泄水水量量大大小小的的分分析析，，压压力力流流状状态态下下系系统统的的泄泄流流量量最最大大，，重重力力流流时时泄泄流流量量最最小小。。在在重重力力半半有有压压流流和和压压力力流流状状态态下下，，雨雨水水排排水水系系统统的的泄泄水水能能力力取取决决于于天天沟沟位位置置高高度度、、天天沟沟水水深深、、管管道道摩摩阻阻及及雨雨水水斗斗的的局局部部阻阻力力，，其中主要取决决于天沟位置高度度。雨水斗离排出出管的垂直距距离越大，产产生的抽力越越大，泄水能能力也就越大大。系统最大大负压在悬吊吊管与立管的的连接处，最最大正压在立立管与埋地横横干管的连接接处。6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统一根悬吊管上上连接2个或2个以上雨水斗斗的雨水排水水系统为多斗斗雨水系统，，这些雨水斗斗都与大气相相通，当雨水水斗斗前水深深较浅时，从从连接管落入入悬吊管的雨雨水，产生向向下冲击力，，在连接管与与悬吊管的连连接处，水流流呈八字形，，向上游产生生回水壅高，，对上游雨水水的排放产生生阻隔和干扰扰作用，使上上游雨水斗的的泄水能力减减小。1.初始和过渡阶阶段6.2.2多斗雨水排水水系统6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统在初始和过渡渡阶段，多斗斗雨水系统中中雨水斗之间间相互干扰的的大小与悬吊吊管上雨水斗斗的个数、互互相之间的间间距及雨水斗斗离排水立管管的远近有关关。即使每个个雨水斗的直直径和汇水面面积都相同，，其泄流量也也是不同的。。回水线长度与与管径、坡度度、泄流量及及管内压力有有关。初始阶阶段泄流量小小，管内空气气流通，气压压稳定，回水水线长，随泄泄流量的增加加，管内产生生负压抽吸，，雨水在重力力半有压流状状态下流动时时，则回水线线缩短。6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统图6-9多斗系统雨水水泄流规律图6-9是立管高度为为4.2m，天沟水深为为40mm时多斗雨水排排水系统泄流流量的实测资资料，图中数数据为泄流量量，单位为L／s。6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统为沿水流方向向悬吊管内的的负压值逐渐渐增大，离立立管近的雨水水斗受到的负负压抽吸作用用大，由雨水水斗流到立管管的水头损失失小，所以泄泄流能力大；；而离立管远远的雨水斗受受到的负压抽抽吸作用小，，且排水流程程长，水流阻阻力大，还受受到近立管处处的雨水斗排排泄流量的阻阻挡和干扰，，泄流能力小小。因离立管远的的雨水斗泄水水能力小，该该雨水斗处天天沟水位上升升快，雨水斗斗可能淹没。。为防止屋顶顶溢水，天沟沟水深不可能能无限增高，，所以近立管管雨水斗不可可能淹没。这这样近立管雨雨水斗泄水时时总要掺气，，立管内呈水水气两相流。。6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统在设两个雨水水斗，且近立立管雨水斗至至立管距离相相等的情况下下（图6-9中的b、c、d、e），总泄流量量基本相同。。随着2个雨水斗间距距的增加，近近立管雨水斗斗泄流量逐渐渐增加，远离离立管雨水斗斗泄流量逐渐渐减小，但变变化幅度不大大。当两个雨水斗斗间距相同(图6-9中的a和c)，距离立管不不同时，两个个雨水斗泄流流量的比值基基本相同(18.9／9.05＝2.09，21.62／10.30＝2.10)。但两种情况况总泄流量不不同，离立管管越近，总泄泄流量越大。。6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统若1根悬吊管上连连接5个雨水斗时（（图6-9中的f），各个雨水水斗泄流量变变化很大。离离立管越远，，泄流量越小小，5个雨水斗泄流流量之比为1︰15︰22︰80︰196。距离立管最最近的两个雨雨水斗泄流量量之和已占总总泄流量的87.8％，第3个及其以后的的雨水斗形同同虚设。比较图6-9中的b与f两种情况还可可以看出，近近立管雨水斗斗泄流量和总总泄流量基本本相同，f中其余4个雨水斗泄流流量之和(11.82L／s)比b中离立管较远远的一个雨水水斗的泄流量量(12L／s)还小。6.2雨水内排水系系统中的水气气流动规律6.2.2多斗雨水排水水系统重力半有压流流的多斗雨水水排水系统中中，一根悬吊吊管连接的雨雨水斗不宜过过多，雨水斗斗之间的距离离不宜过大，，雨水斗应尽尽量靠近立管管。在饱和和阶段段，多多斗雨雨水排排水系系统的的每个个雨水水斗都都被淹淹没，，空气气不会会进入入系统统，系系统内内为水水一相相流，，悬吊吊管和和立管管上部部负压压值达达到最最大，，抽吸吸作用用大，，下游游雨水水斗的的泄流流不会会向上上游回回水，，对上上游雨雨水斗斗排水水产生生的阻阻隔和和干扰扰很小小，各各雨水水斗得得泄流流量相相差不不多。。2.饱和阶阶段通过以以上分分析，，可以以得出出下列列结论论：6.2雨水内内排水水系统统中的的水气气流动动规律律6.2.2多斗雨雨水排排水系系统系统内内水流流速度度大，，泄流流量远远大于于初始始和过过渡阶阶段的的重力力流和和重力力半有有压流流。下游某某雨水水斗到到悬吊吊管的的距离离小于于上游游雨水水斗到到这一一点的的距离离，为为保持持该处处压力力平衡衡，应应增加加下游游雨水水斗到到悬吊吊管的的水头头损失失。因悬吊吊管和和立管管上部部负压压值很很大，，为保证证安全全，防防止管管道损损坏，，应选选用铸铸铁管管或承承压塑塑料管管。下一节节:6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算第6章建建筑筑屋面面雨水水排水水系统统6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.1雨水量量计算算屋面雨雨水排排水系系统雨雨水量量的大大小是是设计计计算算雨水水排水水系统统的依依据，，其值值与该该地暴暴雨强强度q、汇水水面积积F以及径径流系系数ψ有关，，屋面面径流流系数数一般般取ψ＝0.9。设计暴暴雨强强度公公式中中有设设计重重现期期P和屋面面集水水时间间t两个参参数。。设计计重现现期应应根据据建筑筑物的的重要要程度度、气气象特特征确确定，，一般般性建建筑物物取2～5年，重重要公公共建建筑物物不小小于10年。由由于屋屋面面面积较较小，，屋面面集水水时间间应较较短，，因为为我国国推导导暴雨雨强度度公式式实测测降雨雨资料料的最最小时时段为为5min，所以以屋面面集水水时间间按5min计算。。1．设计计暴雨雨强度度q6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.1雨水量量计算算屋面雨雨水汇汇水面面积较较小，，一般般按m2计。对对于有有一定定坡度度的屋屋面，，汇水水面积积不按按实际际面积积而是是按水水平投投影面面积计计算。。考虑到到大风风作用用下雨雨水倾倾斜降降落的的影响响，高高出屋屋面的的侧墙墙，应应附加加其最最大受受雨面面正投投影的的一半半作为为有效效汇水水面积积计算算。窗窗井、、贴近近高层层建筑筑外墙墙的地地下汽汽车库库出入入口坡坡道应应附加加其高高出部部分侧侧墙面面积的的二分分之一一。同一汇汇水区区内高高出的的侧墙墙多于于一面面时，，按有有效受受水侧侧墙面面积的的1／2折算汇汇水面面积。。2．汇水水面积积F6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.1雨水量量计算算雨水量量可按按以下下两个个公式式计算算：3.雨水量量计算算公式式（6-1）（6-2）式中ψ——径流系系数，，屋面面取0.9；Q——屋面雨雨水设设计流流量，，L/s；F——屋面设设计汇汇水面面积，，m2；qs——当地降降雨历历时5min时的暴暴雨强强度，，L/s··104m2；hs——当地降降雨历历时5min时的小小时降降雨深深度，，mm/h；6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数雨水斗斗的泄泄流量量与流流动状状态有有关，，重力力流状状态下下，雨雨水斗斗的排排水状状况是是自由由堰流流，通通过雨雨水斗斗的泄泄流量量与雨雨水斗斗进水水口直直径和和斗前前水深深有关关，可可按环环形溢溢流堰堰公式式计算算1.雨水斗泄流量量式中Q——通过雨水斗的的泄流量，m3/s；μ——雨水斗进水口口的流量系数数，取0.45；D——雨水斗进水口口直径，m；h——雨水斗进水口口前水深，m。（6-3）6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数在半有压流流和压力流流状态下，，排水管道道内产生负负压抽吸，，所以通过过雨水斗的的泄流量与与雨水斗出出水口直径径、雨水斗斗前水面至至雨水斗出出水口处的的高度及雨雨水斗排水水管中的负负压有关：：式中Q——雨水斗出水水口泄流量量，m3/s；μ——雨水斗出水水口的流量量系数，取取0.95；d——雨水斗出水水口内径，，m；H——雨水斗前水水面至雨水水出水口处处的高度，，m；P——雨水斗排水水管中的负负压，m。（6-4）6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数各种类型雨雨水斗的最最大泄流量量可按表6-1选取。雨水斗最大大泄流量（（L/s）表表6-16.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数87式多斗排水水系统中，，一根悬吊吊管连接的的87式雨水斗最最多不超过过4个，离立管管最远端雨雨水斗的设设计流量不不得超过表表中数值，，其他各斗斗的设计流流量依次比比上游斗递递增10％。屋面天沟为为明渠排水水，天沟水水流流速可可按明渠均均匀流公式式计算2.天沟流量（6-5）（6-6）6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数式中Q——天沟排水流流量（m3/s）；v——流速（m3/s）；n——天沟粗糙度度系数，与与天沟材料料及施工情情况有关，，见表6.3.2；I——天沟坡度，，不小于于0.003；w——天沟过水断断面积，（（m2）各种抹面天天沟粗糙度度系数表表6-26.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数横管包括悬悬吊管、管管道层的汇汇合管、埋埋地横干管管和出户管管，横管可可以近似地地按圆管均均匀流计算算：3.横管（6-7）（6-8）Q=vω式中Q——排水流量（（m3/s）；v——管内流速(m／s)，不小于0.75m/s，埋地横干干管出建筑筑外墙进入入室外雨水水检查井时时，为避免免冲刷，流流速应小于于1.8m／s。ω——管内过水断断面积(m2)；6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数n——粗糙系数；；塑料管取取0.010，铸铁管取取0.014，混凝土管管取0.013；R——水力半径(m)，悬吊管按按充满度h/D=0.8计算，横干干管按满流流计算；I——水力坡度；；重力流的的水力坡度度按管道敷敷设坡度计计算，金属管不小小于0.01，塑料管不不小于0.005；重力半有有压流的水水力坡度与与横管两端端管内的压压力差有关关，按下式式计算：式中I——水力坡度；；h——横管两端管管内的压力力差，(mH2O)，悬吊管按按其末端（（立管与悬悬吊管连接接处）的最最大负压值值计算，取取0.5m，埋地横干干管按其起起端（立管管与埋地横横干管连接接处）的最最大正压值值计算，取取1.0m；（6-9）6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数△h——位置水头，，(mH2O)，悬吊管是是指雨水斗斗顶面至悬悬吊管末端端的几何高高差(m)，埋地横干干管是指其其两端的几几何高差(m)；L——横管的长度度(m)。：将各个参数数代入6-7和6-8式，计算出出不同管径径、不同坡坡度时非满满流（h/D＝0.8）横管（铸铸铁管、钢钢管、塑料料管）和满满流横管（（混凝土管管）的流速速和最大泄泄流量，见见附录6-1、附录6-2、附录6-3。横管的管径径根据各雨雨水斗流量量之和确定定，并宜保保持管径不不变。6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数重力流状态态下雨水排排水立管按按水膜流计计算4.立管式中Q——立管排水流流量，（L/s）；Kp——粗糙高度，，（m），塑料管管取15×10-6m，铸铁管取取25×10-5m。α——充水率，塑塑料管取0.3，铸铁管取取0.35。d——管道计算内内径（m）（6-10）重力流立管管最大允许许流量见附附录6-4重力半有压压流系流状状态下雨水水排水立管管按水塞流流计算，6.3雨水排水系系统的水力力计算6.3.2系统计算原原理与参数数重力半有压压流系统除除了重力作作用外，还还有负压抽抽吸作用，，所以，重重力半有压压流系统立立管的排水水能力大于于重力流，，其中，单单斗流系统统立管的管管径与雨水水斗口径、、悬吊管管管径相同，，多斗系统统立管管径径根据立管管设计排水水量按表6-3确定定。。重力力半半有有压压流流立立管管的的最最大大允允许许泄泄流流量量表表6-3铸铁铁管管充充水水率率α＝0.57～0.35，小小管管径径取取大大值值，，大大管管径径取取小小值值。。6.3雨水水排排水水系系统统的的水水力力计计算算6.3.2系统统计计算算原原理理与与参参数数压力力流流（（虹虹吸吸式式））系系统统的的连连接接管管、、悬悬吊吊管管、、立立管管、、埋埋地地横横干干管管都都按按满满流流设设计计，，管管道道的的沿沿程程阻阻力力损损失失按按海海森森－－威威廉廉公公式式计计算算。。5.压力力流流（（虹虹吸吸式式））⑴沿程程阻阻力力损损失失计计算算（6-11）式中中R———单位位长长度度的的阻阻力力损损失失，，KPa／m；Q———流量量，，L／min；Dj———管道道的的计计算算内内径径，，m,内壁壁喷喷塑塑铸铸铁铁管管塑塑膜膜厚厚度度为为0.005m。6.3雨水水排排水水系系统统的的水水力力计计算算6.3.2系统统计计算算原原理理与与参参数数管件件的的局局部部阻阻力力损损失失应应按按下下式式计计算算C———海森森－－威威廉廉系系数数，，塑塑料料管管：：C＝130，内壁壁喷喷塑塑铸铸铁铁管管：：C＝110，钢钢管管C＝120，铸铸铁铁管管：：C＝100。常用用的的内内壁壁喷喷塑塑铸铸铁铁管管水水力力计计算算表表见见附附录录6-5⑵局部部阻阻力力损损失失计计算算式中中hj———管件件的的局局部部阻阻力力损损失失KPa;v———流速速，，m/s；ζ———管件件局局部部阻阻力力系系数数，，见见表表6.3.4（6-12）6.3雨水水排排水水系系统统的的水水力力计计算算6.3.2系统统计计算算原原理理与与参参数数管件件局局部部ξ系数数表表6-46.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数管路的的局部部阻力力损失失可以以折算算成等等效长长度，，按沿沿程水水头损损失估估算⑶阻力损损失估估算式中L0——等效长长度，，m;L——设计长长度，，m；k——考虑管管件阻阻力引引入的的系数数：钢钢管、、铸铁铁管k＝1.2～1.4，塑料料管k＝1.4～1.6（6-13）L0=kL6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数计算管管路单单位等等效长长度的的阻力力损失失可按按下式式计算算式中R0——计算管管路单单位等等效长长度的的阻力力损失失，Kpa/m；E——系统可可以利利用的的最大大压力力，Kpa；H——雨水斗斗顶面面至雨雨水排排出口口的几几何高高差，，m;L0——计算管管路等等效长长度，，m。悬吊管管单位位等效效长度度的阻阻力损损失按按下式式计算算（6-14）①计算管管路阻阻力损损失估估算②悬吊管管阻力力损失失估算算6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数式中RX0——悬吊管管单位位等效效长度度的阻阻力损损失，，Kpa/m；Pmax——最大允允许负负压值值，Kpa；H——雨水斗斗顶面面至雨雨水排排出口口的几几何高高差，，m;L0——悬吊管管等效效长度度，m。⑷管内压压力（6-15）由于雨雨水在在管道道内流流动过过程中中的水水头损损失不不断增增加，，横向向管道道的位位置水水头变变化微微小，，而立立管内内的位位置水水头增增加很很大，，6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数所以，，系统统中不不同断断面管管内的的压力力变化化很大大，为为使各各个雨雨水斗斗泄流流量平平衡，，不同同支路路计算算到某某一节节点的的压力力差不不大于于5～10Kpa。系统某某断面面处管管内的的压力力按下下式计计算Pi＝9.8Hi－(Vi2/2+∑hi)（6-16）式中Pi——i断面处处管内内的压压力，，KPa；Hi——雨水斗斗顶面面至i断面的的高度度差，，m；Vi——i断面处处管内内流速速，m／s；∑hi——雨水斗斗顶面面至i断面的的总阻阻力损损失，，Kpa6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数压力流流(虹吸式式)雨水排排水系系统的的最大大负压压值在在悬吊吊管与与总立立管的的连接接处。。为防止止管道道损坏坏，选用铸铸铁管管和钢钢管时，系系统允允许的的最大大负压压值为为－90KPa，选用塑塑料管管时，小小管径径（de=50～150mm）允许许的最最大负负压值值为－－80Kpa，大管管径（（de=200～300mm）允许许的最最大负负压值值为－－70Kpa。6.3雨水排排水系系统的的水力力计算算6.3.2系统计计算原原理与与参数数排水管管系统统的总总水头头损失失与排排水管管出口口速度度水头头之和和应小小于雨雨水斗斗天沟沟底面面至排排水管管出口口的几几何高高差，，其压压力余余量宜宜稍大大于10KPa。系统统压力力余量量为⑸系统的余压ΔP=9.8H－(Vn2/2+∑hn)（6-17）式中ΔP——压力余余量，，KPa；Vn2——雨水管管出口口的管管道流流速，，m／s；H——雨水斗斗顶面面与排排水管管出口口的高高差，，m；∑hn——雨水斗斗顶面面到雨雨水管管出口口处系系统的的总阻阻力损损失，，