建筑雨水排水系统的现象分析与水力计算(ppt 59页).ppt

1、,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

2、雨水排水系统进行 系统介绍。,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，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。,檐沟外排水,雨水斗,承雨斗,檐沟,立管,第

3、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。,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,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

4、排水方式优点： 1、在屋面不设雨水斗，管道不穿过屋面，排水安全可靠，不会因施工不善而造成屋面漏水或检查井冒水。 2、节省管材，施工方便，有利于厂房内空间利用，也可减少厂区雨水管的埋深。 缺点： 1、天沟有一定的坡度，而且较长，排水立管在山墙外，寒冷地区排水立管可能冻裂。 2、屋面垫层厚，结构负荷大； 3、晴天屋面堆积灰尘大，雨天天沟排水不畅,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。 特点：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

5、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,根据出户埋地干管是否有自水面 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雨水排水系统7.2.2 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

6、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雨水排水系统7.2.2 排水系统分类,敞开系统： 为非满流的重力排水，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雨水排水系统7.2.2 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

7、排水过程是一个虹吸排水过程。 重力半有压流雨水系统： 管内气水混合，在重力和负压抽吸的作用下流动，也称为87雨水斗系统。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。 重力无压流雨水系统 雨水通过自由堰流入管道，在重力作用下附壁流动，管内压力正常,第7章 建筑雨水排水系统7.2雨水排水系统7.2.2 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，设置在屋面或天沟的最低处，主要作用是最大限度的排泄雨、雪水；对进水具有

8、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.,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

9、。 管径不得小于连接管管径，但不得大于300mm。 对于塑料管坡度不小于0.005；对于铸铁管坡度不小于0.01。,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。一根立管连接的悬吊管根数不多于两根，立管管径不得小于悬吊管管径 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。管径不得小于立管管径。 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

10、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,第7章 建筑雨水排水系统7.2雨水内排水系统7.2.4 雨水排水系统的选用,选择建筑物屋面雨水系统时考虑的因素： 建筑物的类型、结构形式、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，本着安全又经济的原则选择。 安全： 能迅速及时地将屋面雨水排至室外，屋面溢

11、水频率低，室内管道不漏水，地面不冒水。 经济： 在满足安全的前提下，系统的造价低，寿命长。,第7章 建筑雨水排水系统7.3雨水内排水系统中的水气流动规律,屋面雨水进入雨水斗时，会挟带一部分空气进入雨水管道，雨水管道中泄流的是水、气两种介质,水面深度h,进气口的大小,进入雨水管道的相 对空气量的多少,压力波动,水流状态,重力无压流、重力半有压流、有压流,讨论： 雨水斗和连接管；悬吊管和立管；埋地干管 雨水斗和连接管水气流动状态： 按降雨历时，雨水斗泄流状态分三个阶段， 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（进入雨水斗的 空气量与雨水量之比）、雨水入口处压力值

12、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,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,初始阶段（0tta，1/3） Q-h: 泄流量和h速度缓慢。 Q-K: K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 过渡阶段（tattb ，1/31） Q-h：h增加缓慢近似线性,泄流量增长速率小。 Q-K：K，tB时 K=0。 Q-P：管内压力增加较快。 水气两相压力流,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

13、单斗雨水系统,饱和阶段（tbt ，=1） Q-h： Q基本不增加。 Q-K: K=0，Q不增加，h，泄水由抽力进行。 单相压力流,Qy,Qy,hL1,t,tB,tA,A,B,QA,h,泄流量Qy与各个参 数之间的关系 h 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,泄流量Qy与各个参 数之间的关系 k 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,悬吊管与立管系统水气流状态 悬吊管的泄流能力远小于立管，随着天沟水深 的变化，悬吊

14、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,初始阶段： 因在初始阶段泻流量较小，管内充满度较小，是非 满流，大气可以自由流通，悬吊管内压力变化小。 立管内也是附壁水膜流，立管内流速大于悬吊管内 流速，雨水会挟带部分空气向下流动，其空间会由 经雨水斗、连接管、悬吊管的空气来补充，所以压 力变化也很小。 （重力流状态）,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,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,

15、过渡阶段： 悬吊管内：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。管内压力波动大，悬吊管的水头损失迅速增加，可利用的水头几乎不变，管内的负压不断增大。 在立管中，随着水流向下流动，可利用的水头迅速增加，立管内的负压迅速减少，至某一高度时压力为零。再向下管内压力为正，立管底部压力达到最大值。气水混合两相流,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,饱和阶段： 雨水斗被完全淹没不进气，悬吊管和立管属于单相流，受位能和系统管路压力损失的制约，悬吊管起端压力可能是负压也可能是正压。随悬吊管的延伸，管内压力逐渐减少，负压值增大，在悬吊管和

16、立管连接处负压值最大，形成虹吸，立管内的压力变化规律同上。（压力流状态）,埋地干管水气流状态 初始阶段: 充满度很小有自由水面的波浪流、脉动流，系统内压力变化很小（重力流状态） 过渡阶段： 密闭系统：水中挟带的气体随水流运动的同时，受浮力作用作垂直运动扰动水流，使水流掺气现象激烈，形成满管的汽水乳化流，导致水流阻力和能量损失的增加。但随着气泡能量减少，从水中分离出来，形成气室，水力坡度增加，增加了埋地管的排水能力。（水气两相重力半有压）,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,敞开式内排水系统：高速水流进入检查井，流速骤减，动能转化为势能，检查井内

17、水位上升。夹气水流在检查井内上下翻滚，使井内水流旋转紊乱，阻挠水流进入下游埋地管。 饱和阶段：随着水的流动，水头损失增加，埋地干管正压值逐渐减少。 （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,结论： 初始阶段：泄流量较少，管内气流畅通，压力稳定，是水气两相重力无压流； 过渡阶段：泄流量较大，管内气流不通畅，管内压力不稳定，变化大，雨水靠重力和负压抽吸流动，是水气两相重力半有压流； 饱和阶段：管内满流不掺气，雨水排水系统的泄流量达到最大值，雨水靠负压抽吸流动，是水单相压力流。,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

18、.3.1 单斗雨水系统,结论：压力流状态系统泻流量最大，重力流最小。重力半有压流和压力流状态下泄水能力取决于天沟位置高度、天沟水深、管道摩阻及雨水斗局部阻力。,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。实测：近斗泄流能 力为远斗泄流能力的数十倍，,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,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

19、质确定，一般性建筑采用25年，重要公共建筑不小于10年；工业建筑由生产工艺、重要程度等因素决定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,因为我国推导暴雨强度公式所需实测降雨资料的最小时段为5min，所以屋面集水时间按5min计算 2.汇水面积F(m2) 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。高出屋面的侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积。 3.径流系数 屋面径流系数一般取0.9。,第7章 建筑雨水排水系统7.4雨水排水系

20、统的水力计算7.4.1 雨水量计算,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/（s104 m2）； 当地降雨历时5min时的小时降雨厚度,mm/h; 径流系数,Q F q5 h5 ,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 系统计算原理与参数,1雨水斗泄流量计算(单斗) 重力流状态下：,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 系统计算原理与参数1雨水斗泄流量计算(单斗),在有压流和压力流状态下，,第

21、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 系统计算原理与参数,2天沟流量,Q天沟排水流量，m3s； v流速ms；不小于0.75m/s，埋地横干管流速小于1.8m/s n天沟粗糙度系数，见表6-2； i天沟坡度，不小于0.003； 天沟过水断面积，m2。,各种抹面天沟 n 值,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 系统计算原理与参数,3横管 横管包括悬吊管、管道层的汇合管、埋地横干管和出户管，横管可以近似地按圆管均匀流计算。 4立管 重力流状态下雨水排水立管按水膜流计算，即 式中：Q立管排水流量，Ls；KP粗糙高度，m； 充水率； d管道计算内径

22、，m。,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 系统计算原理与参数,重力半有压流状态下雨水排水立管按水塞流计算。 单斗系统立管的管径与雨水斗口径、悬吊管管径相同， 多斗系统立管管径根据立管设计排水量按表6-3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,7.4.2 系统计算原理与参数,5.溢流口 功能：雨水系统事故时排水和超量雨水排除。 溢流口的排水能力应不小于50年重现期的雨水量。 式中：Q溢流口服务面积内的最大降雨量，Ls； b溢流口宽度，m； h溢流孔口高度，m； m流量系数，取385； g重力加速度，取9.81ms2,按重力无压流设计 根据屋面坡

23、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 。查附录14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。,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 普通外排水设计计算,已经确定天沟的长度、形状、几何尺寸、坡度、材料和汇水面积，校核重现期是否满足要求，其设计计算步骤如下： （1）计算过水断面积。 （2）求流速v。 （3）求天沟允许通过的流量Q允。 （4）计算汇水面积F。 （5）由 ，求5min的暴雨强度。,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 天沟外排水设计计算（重力半有压流设

24、计）,（6）求计算重现期P计，若计算重现期大于等于设计重现期P设；确定立管管径；若计算重现期小于设计重现期 P设，改变天沟几何尺寸，增大过水断面积，重新计算，校核重现期。 另一种是已经确定天沟的长度、坡度、材料、汇水面积和设计重现期，确定天沟的形状和几何尺寸，其设计计算步骤如下： (1)确定分水线求每条天沟的汇水面积F。 (2)求5min的暴雨强度q5。 (3)求天沟设计流量Q。,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 天沟外排水设计计算,(4)初步确定天沟形状和几何尺寸。 (5)求天沟过水断水面积。 (6)求流速v。 (7)求天沟允许通过的流量Q允。 (8)若天沟的设

25、计流量Q设小于等于天沟允许通过的流量Q允，确定立管管径；若天沟的设计流量Q设大于天沟允许边过的流量Q允，改变天沟的形状和几何尺寸，增大天沟的过水断水面积 ，更新计算。,第7章 建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.4 天沟外排水设计计算,例：某一般性公共建筑全长90m，宽72m。利用拱形屋架及大型屋面板构成的矩形凹槽作为天沟，向两端排水。每条天沟长45m，宽B=0.35m，积水深度H0.15m，天沟坡度i0.006,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 天沟外排水设计计算,天沟表面铺设豆石，n=0.025。屋面径流系数 =0.9，天沟平面布置如图。根据该

26、地的气象特征和建筑物的重要程度，设计重现期取4年，5min暴雨强度为243L/(s104m2)，验证天沟设计是否合理，选用雨水斗，确定雨落水管管径和溢流口的泄流量。,第7章 建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.4 天沟外排水设计计算-例题,解（1）天沟的过水断面积 （2）天沟的水力半径 （3）天沟的水流速度 （4）天沟的允许泄流量,第7章 建筑雨水排水系统7.4雨水排水系统的水力计算7.4.4 天沟外排水设计计算-例题,（5）每条天沟的汇水面积 （6）天沟的雨水设计流量 天沟允许泻流量大于雨水设计流量，满足要求。 （7）雨水斗的选用 按重力伴有压流设计，查表6-1选用150 mm 87式雨水斗，最大允许泄流量32L/ s，满足要求。,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 天沟外排水