虹吸式雨水排水系统

虹吸式雨水排水系统

王锦教授

北京交通大学

2014年9月目录1.工作原理2.天沟计算3.系统设计4.5.维护管理

施工要求

1.工作原理

随着时代的前进，当今建筑物正朝着“大面积”、“大体量”的方向发展。在会馆、展馆、体育场馆、大型厂房及候机楼、车站、飞机库等大型工业和民用建筑中，屋面面积很大，这势必导致雨水管道增多，管径增大，影响建筑物的美观和实用。

1.工作原理

虹吸式排水系统专用的防漩涡雨水斗内有空气挡板和进水格栅，降雨过程中，雨水通过格栅，侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流性能将阻挡空气从外界进入，使雨水平稳流进入排水管。同时，保持一定的斗前水深，以满足虹吸现象完全隔断空气的要求。

1.工作原理

虹吸雨水的形成过程经历三种流态，重力流、两相流、满管压力流。

在降雨初期，雨水刚刚汇集，斗前水深不大，雨水斗内不能有效阻止空气进入，此时其流态为非满管流，气水逆向流动，此阶段为重力流。

随暴雨的发展，雨水越聚越多，斗前水深加大，空气进入的越来越少，管道内形成断断续续的满管流和掺有气泡的满管流――两相流。当斗前水深达到一定高度，不再有空气掺入时，便形成满管压力流态。附壁流波浪流泡沫流满管流

1.工作原理

1.工作原理

虹吸式排水系统的弊端（1）极限设计法：溢流设施。（2）精确地水力计算。（3）立管数量少，一根立管发生故障，排水系统瘫痪。（4）虹吸所需天沟壅水高度较高，雨水斗下沉深度较大。（5）悬吊管水平长度超过有效高差10倍，虹吸系统不一定经济。（6）管道密闭性能要求高。

虹吸式排水系统的主要参考设计规范（1）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003，2009年版）（2）《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)（3）《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》（中国工程建设标准化协会标准CECS183-2005）

2.天沟计算虹吸雨水系统的设计除系统设计外，天沟设计计算也很重要，但我国现行规范和设计行业内对虹吸雨水系统天沟计算的规定有些欠缺，没有统一的做法，使得不同设计人的计算结果相距甚远，甚至出现了天沟满水向室内漏水的情况.

2.天沟计算天沟设计计算公式

2.天沟计算天沟设计计算公式当天沟坡度＞0.003时，天沟的排水量应根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006，2011年版)

2.天沟计算天沟设计计算公式当天沟坡度≤0.003时，宜采用《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)给出的以下公式计算：式中Qdg—短沟设计排水量，L/s；Qlg—长沟设计排水量，L/s；kdg—安全系数；kdf—断面系数；ω—水流有效断面面积，mm2；S—深度系数；X—形状系数；Lx—长沟容量系数.

2.天沟计算

工程设计案例分析某工程为轻钢结构屋面，单坡屋面的汇水面积为120×42＝5040ｍ2，屋面坡度为8.6％，天沟长120ｍ，雨水设计重现期按Ｐ＝10ａ计，降雨历时ｔ＝5min，北京地区的降雨强度为585Ｌ/s·hm２由于轻钢结构屋面表面光滑，坡度8.6％＞2.5％，实际集水时间少于5min，这时降雨强度和雨水流量大于设计值，需要考虑1.5的安全系数。故设计雨水流量为Ｑ＝1.5×585×5040／10000＝442（L／s）。

2.天沟计算天沟的计算方法各不相同：方法一，按１个虹吸雨水斗服务的汇水面积计算；方法二，天沟集水容积按天沟服务汇水面积内１min的雨水量计算；方法三，按天沟所服务的汇水面积计算；方法四，按１个虹吸雨水系统所服务的汇水面积计算。

2.天沟计算方法一：按１个雨水斗所服务的汇水面积计算在天沟内均匀布置虹吸雨水斗，雨水斗间距为10ｍ，天沟内需设雨水斗数量为120／10＝１２（个），则每个雨水斗所服务的汇水面积为10×42＝420（ｍ２），相应的雨水设计流量为q＝1.5×585×420／10000=36.86(L/s)当天沟过水断面为0.6ｍ×0.15ｍ时，天沟的排水量为43.66L/s＞36.86L/s，可以满足排水要求。

2.天沟计算方法二：天沟集水容积按天沟所服务汇水面积内的1min雨水量计算１min雨水量（即天沟集水容积）为：442L/s×60s＝26520Ｌ＝26.52m3，天沟长度120m，则天沟过水断面尺寸为：26.52／120＝0.22（m2），当天沟宽度为0.6m，水位高度为0.37m时，天沟的排水量为135L/s，如天沟宽度为１m，则水位高度为0.22m。

2.天沟计算方法三：按整个天沟所服务的汇水面积计算天沟尺寸整个天沟所服务的汇水面积为5040m2，相应的雨水设计流量q=442L/s，当天沟的过水断面为1.2m×0.5m时，天沟的排水量为467L/s＞442L/s，可以满足排水要求。

2.天沟计算方法四：按１个虹吸雨水系统所服务的汇水面积计算天沟尺寸

2.天沟计算天沟计算方法合理性分析

2.天沟计算天沟计算方法合理性分析对汇水面积大于5000m2的大型屋面，宜设置不少于2组的虹吸式屋面雨水排水系统。大型屋面的虹吸雨水系统通常设置多组独立的系统排水，以１个虹吸雨水系统（１个雨水排出口）所服务的汇水面积乘以安全系数来计算天沟尺寸较为合理，同时不同系统的雨水斗应能交叉布置，使任何一个天沟内应至少有２个雨水排水系统。2.天沟毁计算天沟泉的保笑护高哑度天沟的班深度包膝括水位片深度及赶保护高堆度，在盼计算天兆沟深度眉时，不声能简单隙地用水扶位高度肺加上最岛小保护发高度来郑确定，设比如长落度10纳0m的天敲沟，锯溢流统口设融在天舟沟两债端时回，考靠虑水隶力坡蚁度，叠天沟货保护座高度跑应大嫁于50×记0.0金03＝150拌mm，否则千轻钢屋馒面接缝挑处存在茄漏水的职可能性腊。所以司，天沟折深度的钱确定需揉综合考愚虑各种哪因素，辈以确保镜屋面雨惕水排水文的安全榜性。2.天沟计颗算虹吸相式屋摄面雨路水排叹水系丹统应踩设溢崖流口较或溢疏流系膝统。虹吸皱式屋估面雨循水排奋水系筐统和絮溢流华口或僚溢流摇系统论的总补排水阅能力胡，不笛宜小择于设耻计重羊现期垦为50年、敞降雨燥历时5mi侍n时的祝设计敌雨水叨流量诞。2.天沟帆计算常用的矩溢流措录施有：归设置溢狡流口（层溢流管绿、溢流粪槽）、字自然溢蒸流、设谨置专用想的溢流驻系统。根据裕屋面父形式湾的不见同确销定相萄应的没溢流贼措施烫，应便优先链采用访溢流龄口形经式。当天沟束较浅且发设置在尊金属屋颂面外侧顿时，可担考虑超薄重现期底雨水漫悦过天沟撒自然溢旁流至室沉外。当条件李限制无晋法采用蝴以上方骂式时，弯则考虑禁设置专团用的溢织流系统剧，可在弄天沟端穷部设一太定高度戒的挡水逃板和雨碰水斗，孤当天沟厅内水位榨超过设谢计水位驰后，溢膜流雨水办越过挡察水板，生溢流雨息水斗开老始排水脚。2.天沟计咸算溢流口利计算宽顶闸堰(2.嚷5<δ/Δh<公10色)溢流口Qq-设计溢玻流量（L/s）;b-溢流保口宽升度;Δh-溢流艰口高怀度;Δhma靠x-屋面权最大刘设计俭积水小高度;Δhb-溢流口广底部至柜屋面或旱雨水斗五的高差许。薄壁锈堰(δ/Δh<0丛.65梯)溢流撕口K-堰流旦量系剥数。2.天沟询计算溢流排口设果置屋面绞设溢获流口2.天沟荷计算溢流今口设峰置侧墙设难溢流口天沟命一侧示设溢朱流口3.系统设宗计伯诺碧里方欧程:系统每似一点的颠压力计案算公式邮：L×棍R：沿阻程阻年力损鸣失，R-单位长富度的阻饿力损失侮，L-管长根据《给水笋排水损设计硬规范》GB茶500礼15-危200临3压力榆流方浩程式完，采朗用海折曾·威廉牌公式拦：Q-流量，C-摩阻系寸数，dj-管道对计算卫内径∑hj-局部绕阻力负损失3.系统设移计沿程水碎头损失颤摩阻系耕数C:压力流(虹吸部式)雨水排耕水系统齿在建筑辟室内走窄管灵活虹，管路爽较长，袭因此沿充程阻力扶损失对愧系统的敢影响较前大。不路同材质际管道内继表面有句不同粗扒糙面，令甚至相意同管材作不同等部级或不奴同生产肥厂的材久料也有吼不同的写粗糙度划，所以镇管道内搁表面粗大糙度直功接影响显着摩阻越系数的职计算结捧果。系统堪管道摸中存恒在大珍量的们接口惧，如遣热熔凑接口厌、丝分扣接评口、懂焊接件接口尾、法杰兰接马口等梢。技局术力旋量强封的专爷业公棒司会量根据地相关爽数学萄模型抱公式羊，设陶计出南各类汗或各瞒等级嗓管段社排水揉工况伸，然此后根尸据实导际测腊得排最水能诱力与衬设计炮工况侄的差妖别，渗校正承对应加各类各或各袄等级稍材质强管道惰在不臂同接辰口条咽件下极系统接的摩袖阻系症数。3.系统设辈计局部族阻力显损失寄系数从设柱计技排术手送册及返规范否查得逐的部犹分阻脸力系繁数值犬，只露能用肆于一声般的葵粗略绍计算泊，管洲道及塔配件咏的精疼确阻仙力系漏数才触可作怕为深颜化设颠计计查算的耕依据哗。压力录流(虹吸式)雨水斗翁是厂家盆专利生挂产的产硬品，其净局部阻踩力系数化是通过菠大量测弯试得来展，该系雷数也是晶整个系页统设计树中的一悔个关键纯参数，猎取值必赛需精确分。值得河注意执的是绪三通拍，其进各支税路摩基阻系宜数并门非常砍数，问各支垮路之鞭间流滑速、冷流量侦等会鸡相互鹊影响衣，其金阻力扣系数壤更须贵经大雷量试望验方写能准搭确测竟得。3.系统趟设计系统模计算目说明(1)悬吊肠管与跨雨水殃斗出活口的庸高差炊应大钞于1m。(2)悬吊管包设计流悬速不宜乖小于1m呢/s，保证栏悬吊管残内无淤沙泥。(3)管道假内最烂大负挨压值:钢管-80描kPa，塑蚀料管-70掩kPa。(4)各节丝式点压芦力差削值不辟超过5～10调kP荡a，能宝满足浮压力朴平衡翅要求室。(5)悬吊管补的流速夹不小于1.0多m/s辱,立管沉的流嫂速不缴小于2.2屋m/s。排水窄管系出盗口流速花不宜大跳于1.旗8m牲/s。3.系统设粗计另外,由于赏压力桃流(虹吸疾式)雨水宝排水态系统时出户辰管道短雨水缩慧流速芽大,为了栏减少田雨水别对出帝户检歉查井呼的冲太刷,所有压劝力流(虹吸式)雨水排亦水系统牧的出户昼检查井砖材质均令采用混波凝土,且下游誓排水管思均放大2档,降低蛾流速比。此外为书了有效课排放雨穗水系统钻中夹杂认的气体,检查井霜盖板上果增加了值一定面堪积的泄漫压孔。4.施工影要求雨水叙斗安钩装：（1）虹吸击式雨水途斗应设仍置在屋师面或天沸沟的最续低点，糟每个汇梳水区域捐的雨水宜斗数量饺不少于2个。首两个播雨水第斗之遵问的森间距眠不超母过20爹m。雨水座斗距屋颂面边缘捧的距离窜不小于1m，并设不大洗于10m。（2）虹德吸式翠雨水摇斗与评屋面拢或天无沟和很管路打系统至应可索靠连撒接。（3）系热统接促多个娱虹吸进式雨四水斗繁时，振雨水赏斗排狸水连崭接管国应接息在悬腊吊管辜上，快不得鹿直接堤接在努雨水深立管严的顶睛部。（4）接入敲同一悬址吊管的谈虹吸式跑雨水斗量宜在同情一屋面蛋标高。（5）天况沟起财点深新度应士根据骡屋面僵的汇叛水面诸积、阻坡度倦及虹俭吸式冻雨水推斗的悦斗前请水深睛确定吉。天界沟坡怒度不致宜小批于0.0钥03。4.施工备要求雨水斗默安装：(6)要注浪意雨宪水斗户内不主得遗答留杂纠物、灭充填台物或沉包装乳材料盘等，趟清除庸流入种短管皆内的明密封岔膏，惨再安自装其伶他部初件，他以免闻堵塞辞。(7泉)雨水斗仔安装时荐，应在和屋面防啄水施工向完成、膛确认雨星水管道男畅通、曾清除流右入短管纵内的密另封膏后三，再安石装整流弯器、导释流罩等劈燕部件。(8堡)雨水斗懒安装后呈，其边食缘与屋饺面相连懂处应严条密不漏讨。4.施工旋要求现浇钢帽筋混凝滴土屋面朴雨水斗临安装雨水兴斗安像装在蔬屋面叨防水怀施工忙完成悼，安窄装时泥旋掉椒保护园螺丝胜，将寇表面睬清洗向干净送，安抖装上乖雨水做斗配盯套的够螺杆奋，装鞭上密杠封胶晨圈。丛雨水绒斗的板进水奸口高弃度，壮要保匀证天傍沟内烧雨水稀能通略过雨屈水斗佩排净踢且雨俯水斗斜要水赵平安轿装。屋面铺丹设柔性诉防水卷心材时，答将卷材离在螺杆罚位置处存钻孔。弟用螺帽嗓将卷材墨压环，超空气挡贼板、雨泊水整流洋栅固定俯在雨水荷斗座上赌。根据齿要求，索调节好泼空气挡虏板上部托的调节郊螺杆，必并固定榨螺杆。暗如为混运凝土屋欺面，宜舰在雨水磨斗周围孝铺设1m2(长宽铲各1m)、厚50险mm、直粉径大那于12m美m的卵母石。4.施工要给求现浇钢挺筋混凝鞭土屋面狐雨水斗博安装4.施工要擦求钢板或氧不锈钢额板天沟(檐沟)内雨前水斗护安装安装前太确保雨撕水斗的刮密封螺饺栓已拧禁紧，保伯证雨水阳斗的气庙密性。棒控制雨锁水斗与倒天沟的写焊接质会量，采扩用不锈棋钢氩弧冠焊，并朗打磨防除腐。雨性水斗与都雨水管忧道连接沙时，如疯材质不蚕同，可斗采用法纯兰转接元或不锈笨钢卡箍吧连接。4.施工虏要求排放是保相对的温，溢流喷是绝对所的在超垄过雨饺水斗倒设计皮重现愁期时第，应樱保证监设计芳溢流铜时堰浓上水颗头不桐超过惰搭接迟缝。4.施工要广求钢管柱堡内立管晨安装（萝福州站厌经验）(1梦)确定搬柱内焰立管恭的安独装位淋置，凤并在杜钢管情内壁祸焊接困固定思管卡居，管洲卡间泰距1.绢8m左右。(2廉)严格控压制HD点PE管熔捕接质芽量，饱在管凭道安容装固厦定后梯，安临排进斗行水佩压试雁验。验试验稿压力昼为水盗位1.遇5倍，发击现渗漏直立即修鞠复。(3阶)为避呆免HDP切E管道迈在钢掀管柱魄混凝公土浇暗筑时齐被压真扁，蒜或被滔混凝味土过葱高的碑水化悟热损那坏，绳立管披试压文合格诞后在盆管内弄预穿组铁丝脏。同宝时，纵封堵如立管底出水蒙口，傲然后淡往管圈内灌愤满细表砂，铸可较氧好地棋抵抗简外部圆混凝喝土的技压力胞。待胜混凝洪土达贿到设割计强遭度，聋通过谜上下大扯动妹管道悔内的桶铁丝窜，将承管内傍的细教砂清灵理干斑净。4.施工俘要求混凝在土屋管面采斑用预兰留天智沟洞行二次嚼灌浆娃的方押法;钢屋面阴则采用疤现场开咽洞增加昂密封圈姿的方法;两者观相同液之处造都在压于天门沟洞蔬的处横理应尊有良播好的厚密闭屡性。无论纹是哪吧种屋初面安拴装的刘虹吸阻雨水椅系统河都要闸防止税屋面各临时磨排水夺和雨吉水斗元尾管政被土饰建屋混面施剪工材痰料堵莫塞。缸在施田工合绞同中功应与途建设哥方说黄明,虹吸系朽统不可罗作为施钩工期间网的雨水的排水用炼。4.施工亚要求使用前劳准备雨水枪斗的茅空气灯挡板粗在屋冻面全缝部土烫建施饱工完累成、滨清洁福后再震施工殃，可逐使虹冶吸系营统的始管线劳不至葛于过需早投受入运室行，犹有效塑地避务免屋南面的子垃圾换随雨绿水流每入管至内，低可最疼大限校度地访减少确钢管震柱内HD雄PE管的稀堵塞笔。管荡道施瓦工完岗成后伙，按担设计燥和规长范要分求做女灌水们、通知水试蹄验，饲合格伤后方介投入研使用钉。4.施工要杯求在系统直安装时,为保州持良拳好的自水力拦状况匀应使输用大钩曲率征半径雾的弯衫头和赴顺水Y型三艳通,严禁使雾用T型三期通。株悬吊申管与纹立管狗、立悄管与雹排出掀管的侧连接促应采绑用2个45℃弯头欢或大主曲率乓半径云的弯念头。4.施工要保求排水火天沟坐与屋右面接返触面赴处的胶密封呆处理屋面愉排水仓天沟护一般胞可分伙为混姐凝土丘天沟遗和轻说钢结退构屋昌面的滑金属集天沟调两大丧类。魔机场负航站纹楼、辉大型曲车站跪因跨撤度较科大，练造型也复杂参，一趁般多财为轻窃钢结炮构屋完面，齐故此冲常采坦用金耻属天滑沟。因金居属对仪热胀姐冷缩驱较为拔敏感府，为备解决跟此问督题，油天沟弓与屋娇面接火触部匪位一醒般均并为金熄属天求沟的提胀缩齿留有蛙间隙副，并拥未完圈全密贪封，简因此扒此处肢极易韵发生赠漏水幼现象站。因水此在忠设计越、施必工过磨程中麦一定挡要重郑视天写沟与饿屋面朗接触匙面的共防水逮、密胡封处概理。幅（三壶元乙籍丙柔努性防拥水材搅料、激丁基做橡胶艘密封谊胶带填）4.施工要考求案例（晕宁波20休03年）练：雨波水沿根着天斩沟侧聚边顶哈与彩盯钢板著接缝壶处的蜂长缝让下泄,再沿吊朽顶内的佳嵌入式捧灯管及吸风口的距四周下骨渗。发现6个问抄题:①钢结邪构设浆计施鄙工单县位将拴天沟斧内的五每一枯个DN知15拒0雨水聪斗改红为2个DN7惩0钢短险管,不锈钢羊天沟焊街在钢短集管的内偷壁上,实际过煤水断面逆只有45肤7睬mm准,其解梳释是2个DN7州0的钢管光面积相瞧加与DN谎15个0差不多,而且蔽可减搏少雨址水在误天沟央内的射行程,减少蹦积水;②天沟屯深度亚只有25蜂0坊mm栗,比原驱来设内计的350小mm少了100些mm占,其解修释是疯不锈哑钢天眯沟放尾在檩扇条上塔只有乳这么杀大的援安装燥空间;③天沟基教本没有厘实际纵色坡,经实著测坡忧度为0.菊1炮%,其解释纽奉是不锈晃钢卷板具找坡不铜方便,并且俭已把们一个纺落水尤口改挠为2个落艳水口;④没装雨截水斗,其解释裤是安装社雨水斗削后会减纤少雨水租立管入酬口处的颠过流断川面;⑤屋面绣垃圾汇较多,个别哭落水裹口正晓好被击矿泉矮水瓶艺子堵前住。⑥经计猴算，肆溢流乖口太皆小，峰溢流奴量不绕足。4.施工要弦求灌水假、通校水试庄验（1）埋地第部分管久道隐蔽传前必须注做灌水辆试验，赴试验合锐格后方丽可隐蔽阅。（2）雨水疼斗安装体后，必溜需对屋胸顶或天慈沟做灌妈水试验碗。试验柏时堵住茫所有雨敢水斗，攻向屋顶岛或天沟迷灌水。之水位应僻淹没雨牢水斗，敲持续1h，雨水相斗周围腾屋面或盐天沟应反不渗漏知，为合驻格。（3）雨水蓄管道安川装后应悉做灌水桶试验，灿灌水高版度必须拨到每个丹系统上施部的雨粥水斗口救。灌水佛试验持通续1h后，当管道镇及其险所有梁连接欣处应畜无渗瞎水现蛛象。（4）雨洞水主枕立管接、水趟平管阿及干稍管均房诚应作饰通水轧试验闭，排狼水应酱畅通惧，无借堵塞菌。5.维护管男理验收虹吸式值屋面雨买水排水谅系统应填由业主索组织建烈设、设打计、监桑理、施亿工、主菠要器材及供应厂草和其他泳有关单劝位联合柳验收。僚验收人吧员应具掏有相应估的专业妙技术资袖格。验收鸡时应皆具备虾下列局文件浙：(1)施工图僻（竣工弱图）和香设计变朋更文件分；(2悉)雨水扑斗、剃管材轮、管滚件和爽主要真成品渡固定颜件的觉出厂静质量摇合格执证件拳；(3闪)主要丘器材屿的安神装说农明