一、建筑屋面雨水排水 1. 暴雨强度概念
1. 暴雨强度概念
2. 重力流雨水排水系统概念
3. 屋面雨水设计流量公式
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坡屋面、内檐天沟
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虹吸系统已考虑,标准图中有防水层(天沟与轻质屋面的搭接处)。但建筑结构标准图中无防水层。
4. 屋面雨水设计重现期
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不管什么雨水系统,都要满足总排水能力不小于10年重现期; -
满管压力流、重力流, 设计理念是超设计重现期的雨水用溢流设施排放。这个理念是从满管压力流来的。满管压力流是把排水能力完全用足,而且雨水势能也用上,没有能力排多余雨水,所以一定要有溢流。
5. 可不设溢流设施的情况
6. 不宜采用虹吸雨水的场所
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过了几年,完全堵塞,无法排水。 横管无坡度,考虑施工误差,一定会有反坡(如果要求无反坡,就一定要千分之二~千分之三的坡度),积累泥沙必然堵塞。 -
建水标只给了两种系统:重力流和满管压力流系统。
雨水设计规程给了三种,增加了半有压排水系统。
1. 雨水斗的选取
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小雨:重力流 -
中雨:两相流 -
达到设计流量时:满管压力流
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河北徐水兴华铸铁厂。 -
这17年来,终于生产出来。虽进入了09版规范,产品迟迟没有出现。
2. 居住建筑的雨水管应设在管道井内
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居住建筑
给排水专业的居住建筑一般指:住宅、宿舍、公寓、旅馆、病房楼(根据建筑防火规范),但 《民用建筑设计统一标准》3.1.1: 民用建筑分为公共建筑和居住建筑,居住建筑:住宅、宿舍,而建筑防火规范中,民用建筑分住宅和公共建筑。
此处不统一,悬而未决。
故此条,建议按民用建筑设计统一标准。
3. 雨水管道的敷设
4. 阳台、露台雨水
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第2条,阳台和露台可以一起设,并不是指阳台单独设,露台也单独设; -
第3条,阳台不分敞开还是封闭; -
第4条,据说,上海阳台雨水根本不允许排雨水(拖布池、洗衣机),都排污水; -
第5条,可能市场上有这种产品,但应用非常少; -
阳台上雨水很少,所以排污水,不再设雨水地漏。
5. 雨水管道系统应密闭
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满管压力流肯定是要密闭 -
重力流也不一定完全是重力,至少这标准对它号称的重力也不相信。因为当时在编这准的时候市场上还没有真正的重力雨水斗。所以也要求密闭。 -
生活污水系统肯定是重力流
6. 重力流多斗系统最大设计流量
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比上版设计排水流量降低了很多; -
表中数据来源是河北兴华铸铁厂的实验数据,只有雨水斗,不接管道,真正的重力流。
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实际工程中,必然会有管道,那流量就不会保持7.4(DN100),下大雨时就会大于7.4,就不是真正的重力流了。
7. 屋面雨水单斗排水
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单斗包括虹吸单斗和重力单斗; -
附录G即立管流量,重力单斗雨水斗流量可取立管流量,规格一致,流量一致。
8. 屋面雨水满管压力流
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单斗系统:
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多斗系统:
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多斗属于满管压力流; -
比单斗小很多,也比上版小很多;
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一定要采用标准的实验平台,现在都是3米高的实验平台,高度越高,排水能力越大。70L/s肯定不是3米的实验台。
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多斗系统压力差
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比上版放宽要求,上版是5KPa; -
标准5.2.36.5,出口指的过渡段,过渡段的下游是重力系统,上游是压力系统,过渡段一般要求设在地面以上,但在我国规程允许设在地面以下; 地面以下高度算无效高度。高度差只能算到地面,因为大雨时,会积雨,地面以下发挥不了势能。
9. 屋面雨水87型雨水斗
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按行标设计; -
要求比重力流苛刻,行标高于国标; -
上一版87型归到了重力流,这是非常大的变化; -
目前国内大多数建筑都是半有压流系统。
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管材一定要承受负压,真空度至少8米水柱; -
不推荐承压塑料管(放在最后),因为很多承压塑料管不承受负压,例如给水塑料管就不承受负压。 -
重力雨水管推荐承压塑料管。
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第2条,与重力流相比,额外的要求; -
与重力流不同,重力流可以接任意个。
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实验时,可排40L/s,满管,并 预留了一定的余量。 -
实验时,可排35L/s,也预留了余量。
9.雨水管材选择
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重力流系统内排水管材比外排水要求严格。重力流承压塑料管只要求承受正压,不承受负压。雨水管材没有好的,金属管,尤其是镀锌钢管,腐蚀特别快,10年左右。 -
满管压力流: 不推荐涂塑钢管,由于负压,涂塑层容易剥落。推荐新产品,屋面雨水排水铸铁管,山西泫氏,止脱接口,承压2.5MPa。
10. 徐水兴华的G型重力雨水斗
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该“重力流斗”不能控制排水重力流态;
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超重现期雨水进入了“重力流斗”,无法由溢流设施排放; -
“重力流雨水系统”是:重力流、两相流、压力流相互转化的流态不可控系统。
1. 小区雨水
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与旧版完全不同,旧版是迅速、及时排放,这版是减少排放,截留在小区之内。 -
雨水管网在小区里都不是必须的。刚开始建设部城建司要求把小区内的雨水管网全部取消掉,利用小区车道与市政雨水管网连接,规范组不接受,不能一下子都取消。
2. 小区雨水源头减排
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雨水入渗-流入土壤; -
雨水回收利用-替代自来水,用掉; -
雨水调蓄排放-雨后排入市政。
3. 推荐线性排水沟
4. 雨水管道可埋设在冰冻层内
5. 设计重现期
1、《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019
2、《建筑屋面雨水排水系统技术规程》CJJ142-2014
5.3.1 房屋建筑的屋面,其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数的取值,不应小于表5.3.1的规定(强条):
个人理解的防止超积水荷载的构造措施包括:1)设置天沟(重力斗不宜设天沟); 2)设置溢流口、管系溢流等溢流设施。
注:上表中的数据来源于赵世明老师《87型雨水斗排水系统的水力特性研究》,试验装置及斗前水深测试方法见规范附录A,对于DN150的87型雨水斗,其开始出现满流时的斗前水深为112mm。雨水斗的最大泄流量不应大于本规范表3.2.4中的数值。
注:上述描述来自赵世明、吴克建老师《重力流雨水斗水力特性、结构设计及技术应用》一文。
3、《虹吸式屋面雨水排水技术规程》CECS 183:2015
3.1.3 虹吸式屋面雨水系统加溢流口或溢流管道系统的总排水能力,不应小于设计重现期为50a、降雨历时5min时的设计雨水流量。
解读:对于虹吸雨水系统,除满足此条文要求外,还应满足《建水标》5.2.5的要求。
3.6.1 虹吸式屋面雨水系统应设溢流排水。
3.6.4 最高溢流水位应低于建筑面(或天沟)的最大允许积水深度。
3.6.6 溢流管道系统应独立设置,不得与其他系统合用。
条文说明:溢流管道系统可采用虹吸式屋面雨水系统、半有压屋面雨水系统或二者结合,但应确保溢流管道系统独立设置,不得与其他系统合用。
3.6.7 溢流排水系统的雨水斗宜沿天沟(屋面)均匀布置。溢流排水系统的雨水斗与虹吸屋面雨水系统的雨水斗间距不宜小于1.5m。
1、溢流设施所需排水能力计算
用《建水标》条文5.2.5计算的总排水流量减去屋面雨水排水管道工程的总排水能力,得到屋面溢流设施所需的总排水能力,单个汇水区域应设置不少于1处溢流设施,单个溢流设施所需排水能力=溢流设施所需总排水能力Q/溢流设施数量N。
一个汇水区域:指在溢流水位时,雨水连通的区域。单个溢流口宽度不宜大于300mm(钢结构可放宽),高度宜为100~150mm,溢流口宜靠雨水斗附近设置。
2、屋面积水荷载问题
屋面雨水系统设计涉及屋面结构安全和影响顶层用户的居住环境,过往,由于屋面排水不畅,防水施工质量差等,造成了一些屋面严重积水、漏水事故,个别工程还发生过局部结构倒塌压死人的严重事件。(尤其是钢结构)
屋面溢流措施是保证结构安全的重要组成部分,因为屋面雨水系统在施工及使用过程中很难保证雨水管完全畅通,尤其是虹吸雨水系统,更易堵塞。
屋面最大可能积水深度=溢流口底边高度H1+溢流时的堰上水头hy。屋面最大允许积水深度由结构专业确定,当最大可能积水深度>最大允许积水深度时,应提资给结构专业,加大屋面荷载取值及调整设计。
注:默认的最大积水深度按《建筑结构荷载规范》第5.3.1条确定,上人屋面的最大允许积水深度为200mm,不上人屋面为50mm。
3、溢流水位对流态的控制
1)重力流
由于重力流雨水系统不允许产生半有压流或压力流,故溢流水位的设计应保证重力流系统不产生流态变化;采用承雨斗外排水的重力流雨水系统,在斗前水深220m以内流态稳定,一般不对溢流口的设置高度产生限制。
重力流雨水系统通常不设天沟,重力雨水斗设置于屋面上。
下排式重力流雨水斗目前规范及图集上尚无产品,符合要求的重力流雨水斗产品标准正在编制中。当采用87型雨水斗时,可采用强制通气的方式保证重力流态,通气管高度应高于溢流水位,此时,强制通气的重力流雨水系统不对溢流口的设置高度产生限制。(强制通气方式见:重力流屋面雨水排水系统设计)
2)半有压流
半有压流雨水系统通常采用87型雨水斗,DN100的87型雨水斗在斗前水深为93mm时开始发生流态变化-变为满管压力流,DN150的87型雨水斗流态变化斗前水深为112mm。
87雨水斗可设置于天沟内或屋面上,如雨水斗规格为DN100,则溢流水位高度宜保证溢流时斗前水深不大于93mm。当无法保证时,雨水系统管材宜按压力流雨水系管材设计。此时,溢流水位不对溢流口的设置高度产生限制。
3)压力流
压力流在极端情况下也仍为压力流,不会有流态的进一步变化,不对溢流口的设置高度产生限制。
1、小屋面雨水系统设计
对于屋面设备用房或电梯机房等的小型屋面,单个汇水面积设置的雨水管不宜少于2根,当设置单根雨水管即可满足设计重现期内的排水要求时,建议采用:
“1根雨水立管+1个溢流口(或溢流短管)”的形式
在满足排水要求的同时,规避管道堵塞带来的超负荷积水风险。
2、虹吸雨水系统溢流
a. 重现期
虹吸雨水系统的重现期宜按《虹吸式屋面雨水排水系统》及《建水标》相关条文取值,宜按10a设计,不宜提高虹吸雨水系统的设计重现期,会导致虹吸系统在低重现期下无法正常工作的情况,导致管道的堵塞。
b. 溢流方式
当能设置溢流口时,宜优先考虑采用溢流口的方式溢流;设置溢流口有困难或无条件设置溢流口时,可采用管系溢流设施,溢流雨水系统应和虹吸雨水排水系统分开设置。
管系溢流可采用半有压流雨水斗(如87型雨水斗)或虹吸雨水斗等,溢流雨水斗宜沿天沟均匀布置,溢流雨水斗底边距离屋面或天沟的高度由溢流水位确定,一般宜高出排水系统雨水斗面≮50mm。
对于部分长度较短的天沟,可于天沟端头设置挡板,挡板顶部平溢流水位,超重现期雨水翻过挡板进入溢流雨水斗,溢流雨水斗可与虹吸雨水斗位于同一高度。
3、溢流口设计举例
5.1.2 雨水斗设置应符合下列规定:
多斗雨水系统的雨水斗宜以立管为轴对称布置,且不得设置在立管顶端。
当一根悬吊管上连接的几个雨水斗的汇水面积相等时,靠近立管处的雨水斗连接管径可减小一号。
5.1.3 悬吊管设置应符合下列要求:
同一悬吊管连接的雨水斗宜在同一高度上,且不宜超过4个,当管道同程或同阻布置时,连接的雨水斗数量可根据水力计算确定。
5.2.4 悬吊管的设计充满度宜取0.8,横干管和排出管宜按满流计算。
5.2.5 悬吊管和横管的敷设坡度宜取0.005,且不应小于0.003。
5.1.4 建筑物高、低跨的悬吊管,宜分别设置各自的立管。当雨水立管的设计流量小于最大设计排水能力时,可将不同高度的雨水斗接入同一立管,且最低雨水斗应在立管底端与最高雨水斗高差的2/3以上。
5.1.5 条 多根立管可汇集到一个横干管中,且最低雨水斗的高度应大于横干管与最高雨水斗高差的2/3以上。
在之前的相关规范中,对重力流雨水斗没有过限制,本次规程考虑到立管中存在压力,特别对接斗的高低比例提出了限制,请工程技术人员注意。
5.2.9 立管的最大设计排水流量应符合表5.2.9的规定。
3.4.5 民用建筑雨水内排水应采用密闭系统,不得在建筑内或阳台上开口,且不得在室内设非密闭检查井。
3.4.17 设雨水斗的屋面雨水排水管道系统应能承受正压和负压,正压承受能力不应小于工程验收灌水高度产生的静水压力,塑料管的负压承受能力不应小于80kPa。
3.2.5 雨水斗的最大设计排水流量取值应小于雨水斗最大排水流量,宜符合表3.2.5的规定。
◆ 接多个雨水斗的立管,顶端不得设斗;
◆ 雨水斗宜对立管对称布置;
◆ 一根悬吊管连接的雨水斗数量,不宜超过4个;
◆ 同一悬吊管上的各雨水斗应在同一标高层上;
◆ 一个悬吊管上连接多个斗的汇水面积相等时,靠近立管处的雨水斗出水管可适当缩小;
◆ 内排水系统应密闭,室内埋地管的检查口应密闭;
◆ 密闭系统不能接入其他排水管;
◆ 建筑高低跨的悬吊管,宜单独接至各自立管;
◆ 排出管内呈压力流态,不能接入其它排水管;
◆ 采用金属管材、或耐负压塑料管。
3.2.1 建筑屋面雨水采用的雨水斗应符合下列要求:
1、可在雨水斗的顶端设置阻气隔板,控制隔板的高度,增强泄水能力。
2、对入流雨水进行稳流或整流。
3、应抑制入流雨水的掺气。
4、应拦阻雨水中的固体物。
3.2.3 87型雨水斗应符合下列要求:
雨水斗应由短管、导流罩(导流板和盖板)和压板(图3.2.3)等组成;
整流(反涡流)装置和阻气隔板
两个有明显差异的曲线段:
曲线平缓段,气水混合流即两相流,水未充满管道;
曲线陡直段,有压流,水充满管道;
流态转折点或满流点的斗前水深约90多mm,明显低于屋面溢流水位(约300mm)。
雨水系统存在积水状态(工况):屋面、地面雨水均如此。不可忽视积水溢流状态。不仅关注溢流口,更要关注雨水系统工况。
1、溢流状态87雨水斗系统转为压力流,是系统的最不利状态;
2、管道系统设计与计算应按压力流,不应无压流(重力流)。
3、水力计算应采用有压流即伯努利方程。
特例公式:单斗系统
特例公式:对称双斗系统
3.1.6 设有雨水斗的雨水排放设施的总排水能力应进行校核,并应符合下列要求:
1、校核雨水径流量应按50年或以上重现期计算,屋面径流系数应取1.0;
2、压力流屋面雨水系统排水能力校核应进行水力计算,计算时雨水斗的校核径流量不得大于本规程表3.2.4中的数值;
3、半有压屋面雨水系统排水能力校核中,当溢流水位或允许的负荷水位对应的斗前水深大于本规程表3.2.4中的数值时,则雨水斗的校核径流量不得大于本规程表3.2.4中的数值。
3.2.4 雨水斗的流量特性应通过标准试验取得,标准试验应按本规程附录A的要求进行,雨水斗最大排水流量不宜小于表3.2.4的规定。
3.2.5 雨水斗的最大设计排水流量取值应小于雨水斗最大排水流量,宜符合表3.2.5的规定。
87斗系统设计工况只用其排水能力的30%~50%,预留排超设计重现期降雨。溢流用于事故排水,不是必要设施。
09S302 《 雨水斗选用与安装》
15S412 《屋面雨水排水管道安装》