第4章 建筑屋面雨水排水系统 4.3　雨水排水系统的水力计算.

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1 第4章 建筑屋面雨水排水系统 4.3　雨水排水系统的水力计算

2 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 １．设计暴雨强度 　　雨水设计流量是雨水排水系统最基本的参数，按降雨强 度计算，各地区的气候条件不同，降雨强度计算公式不同： 式中　q —— 设计降雨强度，L/s·ha； 　　　P —— 设计重现期，a； 　　　t —— 降雨历时，min； 　　　A、c、n、b ——当地的降雨参数，根据统计方法确定。

3 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 　　各地的降雨强度公式可以在室外排水设计手册中查出。 如当地无降雨强度公式时，可以根据当地雨量记录进行推算， 或借用邻近地区的降雨强度公式进行计算。 北京地区的设计降雨强度可按下式计算：

4 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 屋面雨水排水管道的设计降雨历时可按5min计算， 居住小区的雨水管道设计降雨历时应按下式计算： 式中　t —— 降雨历时，min； 　　　t1 —— 地面集流时间，min，视距离长短、地形坡度 　　　　　　 和地面覆盖情况而定，一般可以选5～10min； 　　　M —— 折减系数，小区支管和接户管：M =1，小区干 　　　管、暗管：M =2，明沟M =1.2； 　　　t2 —— 排水管道内的雨水流行时间，min。

5 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 ２．汇水面积F 　　汇水面积按屋面的水平投影面积计算，而不是屋顶的实 际面积计算。 对于高出屋面的侧墙，考虑到大风作用下，雨水倾斜下 落的影响，应将其垂直面积的1/2计入汇水面积。 若有高出屋面的窗井，还应附加其高出部分的最大一面 侧墙面积的1/2。 高层建筑群房屋面排水汇水面积的计算与高层建筑屋面 排水汇水面积计算方法相同。

6 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 ３．设计重现期 　　设计重现期根据建筑物的重要程度、汇水区域的性质、 地形特点、气象特点等因素确定。 近年来，由于建筑标准的不断提高，P 值也有增大的 趋势，各种汇水区域的设计重现期不宜小于下表中的数值。

7 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 各种汇水区域的设计重现期 一般情况下，87式雨水斗系统的设计重现期宜取表中的 低限值；虹吸式系统的设计重现期应不低于表中的高限值。 汇水区域名称 设计重现期（a） 屋面 一般性建筑 2～5 重要公共建筑 10 室外场地 居住小区 1～3 车站、码头、机场的基地

8 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 ４．雨水量计算公式 雨水设计流量按下式计算： 式中　Q——雨水设计流量，L/s； 　　　q5——降雨历时为5min时的暴雨强度，L/s·ha；　 　　 　Ψ——径流系数，建筑屋面可采用Ψ = 0.9 ； 　　　F ——汇水面积，㎡。

9 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 式中　Q——雨水设计流量，L/s；　　　　　 　　　Ψ——径流系数，建筑屋面可采用Ψ = 0.9； 　　　F ——汇水面积，㎡； 　　　h5——当地降雨历时为5min时的小时降雨厚度，mm/h。

10 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 屋面雨水设计流量计算
4.3　雨水排水系统的水力计算 屋面雨水设计流量计算 由于降雨本身的规律性不是很强，雨水管道设计计算公式 是根据长期积累的气象资料，进行数据统计分析而得到的。 公式中采用的一些参数，如设计重现期、降雨历时、径流 系数（径流量／降雨量）等都带有一定的经验性。 因此工程中应参照一些经验确定设计参数。 设计时选降雨历时越短，降雨强度越大，雨水系统造价越 高；选降雨历时过长，降雨强度过小，雨水系统造价降低，但 出现大雨时雨水不能及时排出的危险增大。

11 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 １．雨水斗泄流量 重力流状态下，雨水斗的排水状况是自由堰流，通过雨水斗 的泄流量与雨水斗进水口直径和斗前水深有关，可按环形溢 流堰公式计算： 半有压流和压力流状态下，排水管道内产生负压抽吸，通过 雨水斗的泄流量为：

12 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 各种类型雨水斗的最大泄流量可按下表选取。 雨水斗最大泄流量（L/s）表 雨水斗形式 管径（mm） 50 75 100 150 200 虹吸式 6 12 25 87式（单斗） 8 16 32 52 87式（多斗） 26 40 堰流斗式 按生产厂家的资料选取

13 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 ２．天沟流量 屋面天沟为明渠排水，天沟水流流速可按明渠均匀流公式计算 式中　Q——天沟排水流量，m3／s； 　　　v——流速，m／s； 　　　n——天沟粗糙度系数，与天沟材料及施工情况有关， 见各种抹面天沟n值表； 　　　i——天沟坡度，不小于0.003； 　　　ω——天沟过水断面积，m2。

14 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 各种抹面天沟n值表 天沟壁面材料 n 水泥砂浆光滑抹面 0.011 喷浆护面 0.016～0.021 普通水泥砂浆抹面 0.012～0.013 不整齐表面 0.020 无抹面 0.014～0.017 豆砂沥青玛碲脂表面 0.025

15 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 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： 横管的管径根据各雨水斗流量之和确定，并宜保持管径不变。

16 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 ４．立管 重力流状态下雨水排水立管按水膜流计算： 式中　Q——立管排水流量，L/s； 　　　Kp——粗糙高度，m，塑料管取15×10－6m，铸铁管 　　　 取25×10－5 m； 　　　 α ——充水率，塑料管取0.3，铸铁管取0.35； 　　　 d ——管道计算内径，m。

17 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 重力半有压流状态 雨水排水立管 按水塞流计算， 铸铁管充水率： α＝0.57～0.35 小管径取大值， 大管径取小值。 重力半有压流除重力作用外，还有负压抽吸作用，故：重力半有压流系统立管的排水能力大于重力流。 单斗系统立管管径： 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重力半有 压流立管的最大允许泄流量表确定。

18 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 重力半有压流立管的最大允许泄流量表 管径（mm） 75 100 150 200 250 300 排水流量 （L／s） 多层建筑 10 19 42 135 220 高层建筑 12 25 55 90 155 240

19 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.2 系统计算原理与参数
4.3　雨水排水系统的水力计算 系统计算原理与参数 ５．溢流口 功能：主要是雨水系统事故时排水和超量雨水排除。 　　按最不利情况考虑，溢流口的排水能力应不小于50年重 现期的雨水量。溢流口的孔口尺寸可按下式近似计算： 式中　Q——溢流口服务面积内的最大降雨量，L/s； 　　　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，m/s2，取9.81。

20 １．普通外排水系统(宜按重力无压流系统设计) 根据屋面坡度和建筑物立面要求，布置立管，立管间距 8～12m； 计算每根立管的汇水面积；
4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 １．普通外排水系统(宜按重力无压流系统设计) 根据屋面坡度和建筑物立面要求，布置立管，立管间距 8～12m； 计算每根立管的汇水面积； 求每根立管的泄水量； 按堰流式斗雨水系统查重力流立管最大允许泄流量表， 　确定立管管径。 重力流立管最大允许泄流量 点击查看

21 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 ２．天沟外排水(宜按重力半有压流系统设计) 天沟布置 　　即确定天沟的分水线及每条天沟的汇水面积；按照屋面的 构造一般应在伸缩缝或沉降缝作为天沟分水线，单坡的排泄长 度不得大于 50m。天沟较长时，坡度不能太大，但最小坡度不 得小于0.003。 确定天沟断面 天沟形状：矩形、梯形、半圆形、三角形等。 天沟尺寸：根据排水量、天沟汇水面积计算，根据每一条天沟 应该排泄的雨水量计算天沟断面面积ω。 设计时：常采用断面净尺寸为400mm×400mm，保护高度不小于 100mm。

22 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 天沟布置图 雨水斗 天沟 沉降缝 检 查 井 消能池

23 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 计算水流速度 　　根据天沟的断面尺寸，应用谢才公式计算天沟的允许水 流速度υ和允许泄流量Q 。

24 n —— 天沟粗糙度系数，与天沟材料及施工情况有关， 见各种抹面天沟n值表。
4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 式中　Q —— 雨水的允许泄流量，L/s； 　　　A —— 天沟的迂水断面面积，m² ； 　　　u —— 天沟内水流速度，m/s ； 　　　R —— 水力半径，m ； 　　　i —— 天沟坡度，i ≥ ； 　　　n —— 天沟粗糙度系数，与天沟材料及施工情况有关， 　　　　　 见各种抹面天沟n值表。 各种抹面天沟n值表 点击查看

25 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 计算需要排除的雨水量 　根据建筑物的性质选定设计重现期P，根据当地的暴雨强 度公式计算q5 或h5 ，则需要排除的雨水量按式计算为： 　　比较qy 、Q ，应满足：Q≥qy ，以保证天沟的安全排水。

26 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 溢流口 　　为防止降雨量过大时，天沟翻水危害建筑物安全，在女 儿墙上，山墙上设置溢流口。 　　溢流口的排水量按堰流的流量公式计算： 式中　Q —— 溢流口流量，L/s； 　　　m —— 流量系数； 　　　b —— 溢流口宽度，m ； 　　　H —— 溢流口前的水头，m。 　　其中的流量应能够达到设计重现期对应的暴雨流量。

27 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.3 设计计算步骤 天沟的设计计算有两种情况： 已知：天沟的长度、形状、几何尺寸、
4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 天沟的设计计算有两种情况： 已知：天沟的长度、形状、几何尺寸、 坡度、材料和汇水面积 求解：校核重现期是否满足要求 点击查看具体步骤 已知：天沟的长度、坡度、材料、 汇水面积和设计重现期 求解：天沟的形状和几何尺寸 点击查看具体步骤

28 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 ３．重力流和重力半有压流内排水系统 计算的内容： 选择布置雨水斗，布置连接管、悬吊管、 立管、排出管和埋地管,计算确定连接管、 悬吊管、立管、排出管和埋地管管径。　 为了简化计算，迅速确定雨水斗的规格和数量，将雨水斗的最大允许泄流量换算成小时降雨厚度h5 情况下最大允许汇水面积。

29 径流系数ψ＝0.9 ，将雨水斗最大泄流量表中的雨水斗 最大允许泄流量带入上式，可得雨水斗最大允许汇水面积表， 见雨水斗最大允许汇水面积表。
4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 ３．重力流和重力半有压流内排水系统 小时降雨厚度h5 情况下最大允许汇水面积。 径流系数ψ＝0.9 ，将雨水斗最大泄流量表中的雨水斗 最大允许泄流量带入上式，可得雨水斗最大允许汇水面积表， 见雨水斗最大允许汇水面积表。 雨水斗最大允许汇水面积 点击查看 雨水斗最大泄流量表 点击查看

30 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 重力流和重力半有压流内排水系统设计步骤： 根据建筑物内部墙、梁、柱的位置，屋面的构造和坡度划 分为几个系统，确定立管的数量和位置； 根据各个系统的汇水面积，查雨水斗最大允许汇水面积表 确定雨水斗的规格和数量； 确定连接管管径： 连接管管径与雨水斗出水管管径相同。 单斗系统，悬吊管、立管、排出横管的管径均与连接 管管径相同。

31 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 重力流和重力半有压流内排水系统设计步骤： 计算悬吊管连接的各雨水斗流量之和，确定（重力流）或 计算（重力有压流）水力坡度，查悬吊管（铸铁管、钢管） 　 水力计算表或悬吊管（塑料管）水力计算表，确定悬吊管 的管径，悬吊管的管径宜保持不变。 计算立管连接的雨水斗泄流量之和，查立管最大允许泄流 量表，确定立管管径，当立管只连接一根悬吊管时，因立 管管径不得小于悬吊管管径，所以立管管径与悬吊管管径 相同。

32 4.3　雨水排水系统的水力计算 设计计算步骤 重力流和重力半有压流内排水系统设计步骤： 排出管管径一般与立管管径相同；如果为了改善整个雨水 排水系统的泄水能力，排出管也可以比立管放大1级管径。 计算埋地干管的设计排水量，确定（重力流）或计算（重 力有压流）水力坡度，为保障排水通畅，埋地管坡度应不 小于0.003，查附录4.3确定埋地横干管的管径。

33 下一节: 4.4　压力流(虹吸式)雨水排水系统

34 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。
其设计计算步骤为： (１)计算过水断面积ω； (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5分钟的暴雨强 　　度q5 ； (６)求计算重现期P计： 若计算重现期≥设计重现期P设 ； 确定立管管径； 若计算重现期≤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

35 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
其设计计算步骤为： (８) 若 Q设≤Q允 ： 　确定立管管径； 若 Q设≥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ω，重新计算。 Q设 ：天沟设计流量 Q允 ：天沟允许通过的流量 (１)确定分水线，求每条天 　　沟的汇水面积F ； (２)求5分钟的暴雨强度q5 ； (３)求天沟设计流量Q设 ； (４)初步确定天沟形状和几 　　何尺寸； (５)求天沟过水断面面积ω； (６)求流速V ； (７)求天沟允许通过的流量 　　Q允； 点击返回

36 各种抹面天沟 n 值表 返回 天沟壁面材料 n 水泥砂浆光滑抹面 0.011 喷浆护面 0.016～0.021 普通水泥砂浆抹面
0.012～0.013 不整齐表面 0.020 无抹面 0.014～0.017 豆砂沥青玛碲脂表面 0.025 返回

37 雨水斗最大泄流量（L/s）表 雨水斗最大泄流量（L/s）表 雨水斗形式 管径（mm） 50 75 100 150 200 虹吸式 6 12
25 87式（单斗） 8 16 32 52 87式（多斗） 26 40 堰流斗式 按生产厂家的资料选取 返回