导读：《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019（以下简称《建水标》）第5.2.13条对不同建筑屋面雨水排水系统的设计流态作出了相应规定，要求檐沟外排水、高层建筑屋面雨水排水宜采用重力流系统设计，而很多设计人员对重力流雨水系统设计存在误解与盲区，不清楚重力流态的水力特点和设计要求，导致很多项目以半有压流替代重力流，管材设计不合理、实际工程出现管道漏水、被吸瘪、噪声、振动等问题，本文试分析重力流雨水系统设计的相关要求与注意事项。
导读：《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019（以下简称《建水标》）第5.2.13条对不同建筑屋面雨水排水系统的设计流态作出了相应规定，要求檐沟外排水、高层建筑屋面雨水排水宜采用重力流系统设计，而很多设计人员对重力流雨水系统设计存在误解与盲区，不清楚重力流态的水力特点和设计要求，导致很多项目以半有压流替代重力流，管材设计不合理、实际工程出现管道漏水、被吸瘪、噪声、振动等问题，本文试分析重力流雨水系统设计的相关要求与注意事项。
摘要
①重力流雨水斗应具备的水力特性可以归纳为：在屋面溢流水位以内，雨水斗及其排水管道的流态应保持重力（无压）流，不应转入两相流或有压流态，泄流量应达到但不超过重力流态的上限值，排水过程始终保持空气进入。
②重力流的雨水斗结构设计及重力流雨水系统设计应具有控制流态的功能，并应满足斗前水深在屋面溢流水位范围内保持重力流，不出现两相流和压力流的要求。重力流屋面雨水系统应采用重力流雨水斗，或应采用通气方式将系统控制在重力流态。
③重力流雨水斗和雨水系统用于高层建筑屋面雨水系统和外墙雨水系统设计，将有利于提高管道运行的安全性能，降低管道振动和排水噪声。
1、重力流雨水斗的水力特性
人们常常把格栅帽雨水斗和侧入式雨水斗归为重力流雨水斗，但实际格栅帽雨水斗在屋面斗前水深未达到溢流水位的范围内，存在重力流态、两相流态和压力流态。说明格栅帽雨水斗不是真正意义上的重力流雨水斗。（满管压力流形成时的斗前水深：虹吸斗78.6mm，87型雨水斗92mm，格栅帽雨水斗125mm）
2、重力流雨水斗的结构设计
重力流雨水斗结构设计思路：一是通过强制进气或利用旋流附壁效应形成空气柱，使排水立管在排水过程中始终接近于大气压力和重力流态；二是通过限流措施限制雨水斗进入立管的流量小于立管本身在重力流下的排水能力，使之无法形成两相流和压力流。
目前山西泫氏研发了专利产品——进气型重力流雨水斗，如图5，其特征是在格栅斗帽雨水斗中间设置一根通气管，在水流夹带作用下，空气通过通气管强制进入排水立管，使管内始终接近于大气压力，通气管上端高度高于设计溢流水位高度。
测试表明，该雨水斗在溢流水位内可保持重力流态，不会因为斗前水深的增加导致泄流量的急剧增加，符合重力流雨水斗的水力特征。
3、重力流雨水斗系统应用
①《建水标》规定：檐沟外排水及高层建筑屋面雨水排水宜按重力流系统设计。由于一直以来对重力流雨水系统水力特征范围未作出明确界定，甚至认为重力流系统允许存在两相流或压力流（误区）。在实际工程中，常常采用格栅斗帽雨水斗或87型雨水斗作为重力流雨水斗使用，试验证明，这两类雨水斗在斗前水深未到达屋面溢流水位之前，都会由重力流转为两相流或有压流。用于高层建筑时，不仅造成管道上部负压和底部正压陡然增大，还会因为两相流态产生的脉冲压力和过低负压产生的气蚀现象，造成塑料管道吸扁、震动破坏和噪声增大。（可分析：重力流和压力流相对于两相流来说噪声更小）
②除了采用重力流雨水斗外，在一些系统设计中也可以采用流态控制措施来实现重力流水力特性。外墙雨水通常为重力流系统，设计常采用侧入式雨水斗汇集屋面雨水，要保持外墙雨水系统始终处于重力流态，就要确保在排水过程中雨落管处于进气状态，推荐采用如下三种方式连接：a.承雨斗；b.通气三通；c.溢流进气口。
可以确定：外墙敷设重力流雨水系统侧入式雨水斗应采用进气管件与外墙雨落管连接，不得采用侧入式雨水斗排出管与雨落管直接连接方式，这种方式会阻止空气进入雨落管，使雨落管在排水过程中出现两相流或有压流态，泄流量和管道负荷急剧增大，容易造成管道破坏和脱落事故。
③室内敷设的重力流雨水系统
室内安装的重力流雨水系统除应采用重力流雨水斗外，也可以在系统中设置通气管道，以保证系统的重力流态。如下图所示，尽管采用的格栅帽雨水斗不是重力流雨水斗，但由于系统在雨水立管顶部设置了通气管，且顶部通气管的高度高于溢流水位，便可在排水过程中将空气持续吸入立管中，使系统在溢流范围内始终保持重力流态。
4、《建筑给水排水设计手册》第三版上册
1）P334 重力流态的控制方法
对于既定的雨水斗或雨水口及其重力流系统，若超设计重现期雨水进入系统会改变雨水系统的重力流态，向两相流转化。因此，重力流系统需要阻止其流态变化，措施有多种，其原理归纳为：
①控制系统雨水斗入口的水深，使之恒定保持浅水位，入流量得以不增加；
②设置通气管强制雨水管道系统进气，使管道内无法形成水的满流，同时保持水流压力与大气压力接近。
2）重力流屋面雨水系统的选用与敷设
3）重力流雨水斗排水系统的设置要点及特点
3.5.1 ①成品檐沟外排水和承雨斗外排水，雨水系统各部分均设于室外，室外不会由于雨水系统的设置而产生水患，不做灌水试验。
注：
①不宜将重力流雨水斗设置在天沟内，防止雨水斗被水流淹没，需要保证空气能进入雨水斗。
②一根悬吊管连接的雨水斗个数无限制（半有压流为4个）；
③同一立管或统一系统接入的雨水斗标高无限制（半有压流2/3）；
④内排水时采用承压塑料管、金属管或涂塑钢管等管材。
4）说明
①格栅斗帽雨水斗不能算真正的重力流雨水斗，87型雨水斗为半有压流雨水斗，可采取强制通气等措施防止两相流甚至有压流态的出现，采用措施后，可按重力流设计，其立管排水能力应按重力流复核，悬吊管管径、排水流量、敷设坡度均应按重力流复核及设计；
②多斗系统的雨水泄流量按《建水标》表5.2.34确定，单斗系统的雨水斗规格与立管管径相同，泄流量按《建水标》附录G确定，例如De110塑料管的最大泄流量为12.8L/s；
③符合性能要求（《雨水斗通用技术条件》正在编制）的重力流雨水斗产品标准正在编制中。
5、侧入式雨水斗按重力流态设计时自带溢流功能（此段描述错误，请忽略）
DN100侧入式雨水斗的泄流量随着斗前水深动态变化，斗前水深超过100mm时急剧变化，最大泄流量可达40L/s，远远大于De110重力流雨水立管的12.8L/s，因此，当侧入式雨水斗的采用承雨斗、通气三通或溢流进气口连接立管时，可视为该雨水斗排水时自带溢流口，当从雨水斗过来的排水流量超过雨水立管的最大泄水量时，多余的流量即从承雨斗（通气三通、溢流进气口）等位置溢流，此时，屋面经复核，满足溢流量要求，可不再另设溢流口、溢流管等溢流设施，但溢流位置应满足规范要求，不得影响建筑及行人安全。
6、雨水排水系统管材选用
1）《建水标》5.2.39：重力流雨水排水系统当采用外排水时，可选用建筑排水塑料管；当采用内排水雨水系统时，宜采用承压塑料管、金属管或涂塑钢管等管材。
条文说明：
《给排水验收规范》规定：“室内雨水管道安装后应做灌水试验，灌水高度必须到每根立管上部雨水斗”，因此，高层建筑内排水如采用增厚耐压塑料管，其管件、系统附件耐压不应小于雨水立管静压。（100m以内，可以选S11.2）
超高层建筑屋面雨水排水立管建议采用金属管材，当超高层建筑屋面雨水排水立管采用钢塑复合管时，建议采用涂塑钢管，因为衬塑钢管也有吸瘪的事例发生。（超高层宜采用镀锌钢管、涂塑钢管，不宜采用衬塑钢管）
满管压力流雨水排水管道在立管上半部、悬吊干管、悬吊支管、连接管均处于负压状态，仅在立管下半部至排出管是处于正压状态。故满管压力流雨水排水系统应选择抗负压性能的管材。
2）《建筑排水金属管道工程技术规程》CJJ127-2009
①4.2.1 当建筑排水金属管道用于雨水系统或压力流排水系统时，应按建筑高度或系统工作压力选择适宜的管材。用于虹吸式屋面雨水排水管道系统的管材，还应满足承受负压的要求。（可选HDPE管）
②6.1.2 室内雨水管，应根据管材和建筑高度选择整段方式或分段方式进行灌水试验。观察1h，管道应无渗漏，即为合格。
3）《建筑排水塑料管道工程技术规程》CJJ/T 29-2010
①3.1.5：PVC-U管材包括实壁管、芯层发泡管、内螺旋管、双层轴向中空壁管、雨落水管、氯化聚氯乙烯管。
注：实壁管包括建筑排水管、埋地排污废水管及按现行国家标准《给水用硬聚氯乙烯(pvc-u)管材》生产的加厚排水管。（承压UPVC，实壁加厚UPVC，属承压塑料排水管）
②4.2.2屋面雨水排水、空调凝结水排水管道系统管材
注：a.外墙敷设雨落水管或其他硬聚氯乙烯管材应具有耐候性，生产原材料中应添加抗老化剂（抗紫外线型）；b. 实壁加厚管（S11.2型UPVC给水管）可以用于100m以下的建筑雨水内排水；c.硬聚氯乙烯实壁管可以用于50m以下建筑内排水系统；d.硬聚氯乙烯实壁管可以用于空调凝结水外排水。
屋面雨水排水用苯乙烯聚乙烯共混、聚烯烃管材选用表：
注：“苯乙烯+聚氯乙烯”共混管和聚烯烃管材，管道应敷设在室内。
4）综上，雨水管道管材选用如下：
a.内排水
H＜50m：可选硬聚氯乙烯实壁加厚管、双层轴向中空排水管；S25/S16“聚丙烯+聚氯乙烯”共混排水管；S16高密度聚乙烯（HDPE）排水管；
50m≤H＜100m：硬聚氯乙烯实壁加厚管；S16“聚丙烯+聚氯乙烯”共混排水管；S12.5高密度聚乙烯（HDPE）排水管；
H≥100m：宜采用金属管道，如镀锌钢管、涂塑钢管、球墨铸铁管、不锈钢管；
注：镀锌钢管不得采用冷镀锌；涂塑钢管应满足国家标准《给水涂塑复合钢管》。
b.外排水
＜100m：可选硬聚氯乙烯实壁管；（采用承雨斗外排水，排水立管内水流维持重力流，没有水患风险，可不做灌水试验）
c.虹吸雨水系统
HDPE管；（注：一般虹吸系统用在多层或二层高层，通常在30m以下，一类高层或超高层通常不会采用虹吸雨水系统，故一般用HDPE管即可，采用镀锌钢管、衬塑钢管，成本会更高。）
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知识点：重力流屋面雨水排水系统设计
