建筑雨水排水系统04-4

第6章建筑屋面雨水排水系统,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,虹吸式屋面雨水排水系统水力分析,H,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,雨水斗水气流动状态采用虹吸式雨水斗，管道中是全充满的压力流状态。虹吸式雨水斗为下沉式，置于屋面层中，具有良好整流功能。降雨过程中，雨水通过格栅盖进入雨水斗后，落入屋面层以下的深斗内，斗内设有带孔隙的整流罩，使处于涡流状态的雨水平稳地以淹没泄流状态进入排水管。,虹吸排水的过程,最大限度减小了天沟积水深度使屋面承受的雨水荷载降至最小使雨水斗的出口获得较大的淹没水深消除了掺气现象提高了雨水斗的额定流量,下沉式雨水斗,整流罩,下沉式雨水斗,进水格栅,接出管,虹吸式雨水斗,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,在雨水斗的接出管上，由于一般的虹吸式雨水斗都有较大的水头损失，加上雨水斗的出水管较细，管道内流速较快，速度水头较大，两项之和与可利用的水头之差的绝对值不大，雨水斗以下的连接管，管道内呈小的负压或正压。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,悬吊管水气流动状态压力流雨水排水系统内，管道的压力和水的流动状态是变化的。,降雨量变化,脉动流,雨量较小,悬吊管内的水流状态,有自由表面的波浪流,水的单相流状态,满管气泡流和满管气水乳化流,雨量大,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,悬吊管水气流动状态降雨末期，雨量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一定值，雨水斗开始有空气掺入，排水管内的真空被破坏，排水系统从虹吸流工况转向重力流。在降雨的全过程中，悬吊管内的压力和水流状态会随着降雨量的变化而变化。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,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，而雨水斗前的水位变化不大，即可利用的水头几乎维持不变，按水力学中的能量方程进行分析，可知管内呈不断增大的负压，在与立管的交叉点处负压最大。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,立管和排出管水气流动状态从立管与悬吊管交点向下，可利用的水头迅速增加，大大超过因管道长度增加而增加的水头损失，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，雨水斗的进水水面至排出口的总高度差，即有效作用水头，全部用尽。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统,压力流雨水排水系统的适用条件各种屋面雨水排水系统的选择，除考虑安全性、经济性以外，主要应根据各种雨水排水系统的特点，结合当地以及该建筑的实际情况综合分析后确定。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.1雨水排水系统的设置,雨水斗的设置布置：应以伸缩缝或沉降缝作为排水分水线否则应在该缝两侧各设置一个雨水斗。雨水斗的间距：应计算确定，应考虑建筑物结构特点，如柱子的布置等，一般可采用1224m。天沟的坡度：可采用0.0030.006。雨水斗的安装要求：连接处密封不漏水，与屋面的连接处必须作好防水处理。连接管连接管应牢固地固定在建筑物的承重结构上，其管径一般与雨水斗短管的管径相同。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.1雨水排水系统的设置,悬吊管布置：悬吊管一般沿梁或屋架下弦布置，应牢固固定在其上。管径：不得小于雨水斗连接管管径。坡度：虹吸式雨水系统的悬吊管，原则上为压力流不需要设坡度，但由于大部分时间悬吊管内可能处于非满流排水状态，宜设置不小于0.003的坡度，以便管道排空。连接：悬吊管与雨水立管连接，应采用两个45弯头或90斜三通。防护：悬吊管不得设置在精密机械设备，和遇水会产生危害的产品及原料的上空，否则应采取予防措施。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.1雨水排水系统的设置,立管布置：立管一般沿墙、柱明装，民用建筑内，一般设在楼梯间、管井、走廊等处，不得设置在居住房间内。管径：立管管径应经计算确定，可小于上游横管管径。不宜小于100mm。重力流雨水系统立管的上部为负压，下部为正压，所以立管是处于压力流状态，排水能力较大。连接：排出管埋设在地下，是整个雨水管道系统中容易出问题的薄弱环节，立管的下端宜采用2个45弯头或大曲率半径的90弯头接入排出管。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.1雨水排水系统的设置,排出管雨水排出管设计时，要留有一定的余地。埋地横管管径：埋地管的最小管径为200mm，最大不超过600mm。埋设要求：不得穿越设备基础及其它地下构筑物；埋设深度，一般可参照排水管道的规定，在民用建筑中不得小于0.15m。管道材料：可采用铸铁管、钢管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混凝土管、陶土管。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,虹吸式雨水系统水力计算一般规定为了保障虹吸式雨水排水系统维持正常的压力流排水状态，压力流雨水排水系统应符合以下规定：雨水斗的设置虹吸式雨水斗应设置在天沟或檐沟内，天沟的宽度和深度应按雨水斗的安装要求确定，一般沟的宽度不小于550mm，沟的深度不小于300mm。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,几何高度悬吊管中心线与雨水斗的出口高差宜大于1m以上；雨水排水管道中的总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差。计算公式,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,水流速度系统中的所有管段，管道内的设计最小流速应大于1m/s，悬吊管设计流速不宜小于1m/s，最大流速常发生在立管上。雨水管系的出口应放大管径，出口的水流速度不宜大于1.8m/s，以减少水流对排水井的冲击，如出口速度大于1.8m/s，应采取消能措施，宜通过消能井溢流至室外排水管道。,立管的设计流速,不宜小于2.2m/s；最大不宜大于10m/s。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,水头损失雨水排水管道总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差；悬吊管水头损失不得大于80kPa；压力流屋面雨水排水系统悬吊管与立管交点（转折点）处的最大负压值不得大于7090kPa。管段计算所得压力值应基本平衡，否则应调整管径重新计算。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,计算公式(1)沿程水头损失,管内流速不大于3m/s,管道水头损失可采用海曾威廉公式计算管道的沿程水头损失，并采用不同的C值：,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,(2)局部阻力损失雨水斗的局部阻力系数因雨水斗的结构、尺寸、材质不同而有所差别。弯头、三通等管件的有各自的局部阻力系数。国产虹吸式雨水斗的局部阻力系数,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,(3)阻力损失估算,L0等效长度，m；L设计长度，m；K考虑管件阻力引入系数；钢管、铸铁管k=1.2-1.4，塑料管k=1.4-1.6.,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,1)计算管路阻力损失估算,R0计算管路等效长度的阻力损失，kPa/m；E系统可以利用的最大压力，kPa；H雨水斗顶面至雨水排出口的几何高差，m；L0计算管路等效长度，m；,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,2)悬吊管阻力损失估算,RX0悬吊管单位等效长度的阻力损失，kPa/m；Pmax最大允许负压值，kPa；LX0悬吊管路等效长度，m；,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,(4)管段压力计算天沟水面和任一计算断面x断面之间的伯诺里方程为：由于上式中，p1=0，v1=0，hx=H-Hx，则有：,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,虹吸式屋面雨水排水系统水力分析,H,hx,Hx,x,x,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,Pii断面处管内的压力，kPa；Hi雨水斗顶面至i断面的高度差，m；vii断面处管内流速，m/s；hi雨水斗顶面至i断面的总阻力损失，kPa。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,P压力余量，kPa；H雨水斗顶面与排水管出口的高度差，m；vn排水管出口的管道流速，m/s；hn雨水斗顶面到排水管出口的总阻力损失，kPa。,(5)系统的余压,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,水力计算方法()计算汇水面积根据建筑物的设计图，计算排水屋面的水平投影面积和汇水面积。()计算总的降雨量确认当地气象资料如降雨强度和重现期。()布置雨水斗选择压力流雨水斗的规格和额定流量，计算各汇水面积需要雨水斗的数量。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,()绘制水力计算管系图确定雨水斗、悬吊管、立管和排出管（接至室外窨井）的平面和空间位置。绘制雨水排水系统的水力计算管系图，并确定节点和管段，为各节点和管段编号。()计算系统中雨水斗至系统出口之间的高度差H，最远的雨水斗到系统出口的管道长度L；并确定系统的计算管长LA。估算：铸铁管的局部水头损失当量长度为管道长度的0.2倍；塑料管当量长度为管道长度的0.6倍。故：金属管计算管长可按LA=1.2L；塑料管计算管长可按LA=1.6L估算。,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,()估算单位长度的水头损失即水力坡度i，i=H/LA；()根据管段流量和水力坡度，查压力流雨水排水系统水力计算图确定管径，水流速度应不小于1m/s；()检查系统的高度和立管管径的关系应满足设计要求；如不满足，需调整系统布置，增加立管，减小管径。(9）计算系统的压力降hf=iLA，有多个计算管段时，应逐段计算后累计；,6.4压力流(虹吸式)雨水排水系统6.4.2虹吸式雨水排水系统设计计算,(10)检查是否满足：Hhf1m；悬吊管与雨水斗出口的高差应大于1m系统出口处的剩余1m以上的水压即可。并计算系统的悬吊管末端的负压绝对值，应小于0.09MPa,即立管最高处的最大负压值，检查各节点压力平衡状况，管径75时，Pi10KPa管径100时，Pi5KPa如负压值或节点压力平衡不满足要求，应调整管径，重新计算，达到要求为止。,压力流雨水排水系统的适用条件,4.9.10建筑屋面雨水管道设计流态宜符合下列状态：1檐沟外排水宜按重力流设计；2长天沟