《建筑给水排水工程》电子教案（第13讲）第4章建筑屋面雨水排水系统（3-4节）课程名称：建筑给水排水工程第10周，第13讲次摘要第4章建筑屋面雨水排水系统授课题目（章、节）4.3雨水排水系统的水力计算4.4压力流（虹吸式）雨水排水系统本讲目的要求及重点难点：【自的要求】通过学习雨水排水系统的水力计算来确定雨水流量计管径。【重点】雨水排水系统的水力计算【难点】每个组成部位设计流量及压力的确定内容【本讲课程的引入】屋面雨水排水系统雨水量的大小是设计计算雨水排水系统的依据，也是系统水力计算的前提条件。4.3雨水排水系统的水力计算4.3.1雨水量计算（一）设计暴雨强度：（重现期P和屋面集水时间t）①对于一般性建筑物：排水设施按P取2~5年计算但（排水设施+溢流设施）P取值>10年②对于重要的公建、高层建筑：排水设施按P取10年计算但（排水设施+溢流设施）P取值>50年③屋面集水时间t取5min。935(1+0.87lgP)唐山地区暴雨强度公式：9=10.6（二）汇水面积F①对于有一定坡度的屋面，汇水面积不按实际面积而是按水平投影面积计算。②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计算。③窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道和高层建筑裙房屋面的雨水汇水面积应附加其高出部分侧墙面积的1/2。④同一汇水区内高出的侧墙多于一面时，按有效受水侧墙面积的1/2折算汇水面积。（三）雨水量计算公式1.按qs(L/s·ha)计算：., VF: (Ls)(4.3.1)10000式中：业—一屋面径流系数（一般取0.9）F—一汇水面积(m2)2.按小时降雨厚度h(mm/h)计算：O, =yFh(4.3.2)3600联立上二式，得：h,=36qs，q5——L/s·100m2存在问题：雨量计算中有误差：雨水→屋面→管道，t=5min，但暴雨公式是选用5~120min
《建筑给水排水工程》电子教案（第 13 讲） 第 4 章 建筑屋面雨水排水系统（3-4 节） 1 课程名称：建筑给水排水工程 第 10 周，第 13 讲次 摘要 授课题目（章、节） 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 4.4 压力流（虹吸式）雨水排水系统 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过学习雨水排水系统的水力计算来确定雨水流量计管径。 【重 点】雨水排水系统的水力计算 【难 点】每个组成部位设计流量及压力的确定 内容 【本讲课程的引入】 屋面雨水排水系统雨水量的大小是设计计算雨水排水系统的依据，也 是系统水力计算的前提条件。 4.3 雨水排水系统的水力计算 4.3.1 雨水量计算 （一）设计暴雨强度：（重现期 P 和屋面集水时间 t ） ①对于一般性建筑物：排水设施按 P 取 2~5 年计算 但（排水设施+溢流设施） P 取值＞10 年 ②对于重要的公建、高层建筑：排水设施按 P 取 10 年计算 但（排水设施+溢流设施） P 取值＞50 年 ③屋面集水时间 t 取 5min。 唐山地区暴雨强度公式： ( ) 0.6 935 1 0.87lg t P q + = （二）汇水面积 F ①对于有一定坡度的屋面，汇水面积不按实际面积而是按水平投影面积计算。 ②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计算。 ③窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道和高层建筑裙房屋面的雨水汇水面 积应附加其高出部分侧墙面积的 1/2。 ④同一汇水区内高出的侧墙多于一面时，按有效受水侧墙面积的 1/2 折算汇水面积。 （三）雨水量计算公式 1.按 5 q (L/s·ha)计算： 10000 Fq5 Qr = (L/s) (4.3.1) 式中： ——屋面径流系数 （一般取 0.9） F ——汇水面积(m2 ) 2.按小时降雨厚度 h (mm/h)计算： 3600 Fh5 Qr = (4.3.2) 联立上二式，得： h5 = 36q5 ， 5 q ——L/s·100m2 存在问题：雨量计算中有误差：雨水→屋面→管道， t =5min，但暴雨公式是选用 5~120min
第4章建筑屋面雨水排水系统（3-4节）《建筑给水排水工程》电子教案（第13讲）实测雨量记录并经整理得到q2、9;没有数据曲线外延，曲线在t=15~60min内较精确，误差大。4.3.2系统计算原理与参数1.雨水斗泄流量重力流状态下：Q=uDh/2gh(4.3.3)式中：Q一一通过雨水斗的泄流量，m2/s;一雨水斗进水口的流量系数，试验值0.45：u-D一一雨水斗进水口直径，m；h一一雨水斗进水口前水深，m。半有压流和压力流状态下：Q=型u2g(H+P)(4.3.4)4式中：一通过雨水斗得泄流量，m"/s；0-一雨水斗进水口的流量系数，试验值0.95；ud-一雨水斗出水口内径，m：H一一雨水斗前水面至雨水斗出水口处的水深，m。P一一雨水斗排水管中的负压，mH2O。L/s表4.3.1雨水斗最大泄流量管径/mm雨水斗形式150200751005025612虹吸式523281687式（单斗）401226687式（多斗）按生产厂家的资料选取堰流斗式注：87式多斗排水系统中，一根悬吊管连接的87式雨水斗最多不超过4个，离立管最远端雨水斗的设计流量不得超过表中数值，其他各斗的设计流量依次比上游斗递增10%。雨水斗排泄雨水面积：由公式4.3.2得：3600.9,F=.=N,O,取=0.9h,F=N,,Q,通过雨水斗得泄流量，m3/sN.取决于暴雨强度大小的系数（见下表）9010060708011012014050160180200h5(mm/h)60307251.445403632.725.722.52018N2
《建筑给水排水工程》电子教案（第 13 讲） 第 4 章 建筑屋面雨水排水系统（3-4 节） 2 实测雨量记录并经整理得到 2 q 、 3 q 没有数据曲线外延，曲线在 t =15~60min 内较精确，误差 大。 4.3.2 系统计算原理与参数 1. 雨水斗泄流量 重力流状态下： Q = Dh 2gh (4.3.3) 式中： Q ——通过雨水斗的泄流量， m3 /s； ——雨水斗进水口的流量系数，试验值 0.45； D ——雨水斗进水口直径，m； h ——雨水斗进水口前水深，m。 半有压流和压力流状态下： g(H P) d Q = 2 + 4 (4.3.4) 式中： Q ——通过雨水斗得泄流量， m3 /s； ——雨水斗进水口的流量系数，试验值 0.95； d ——雨水斗出水口内径，m； H ——雨水斗前水面至雨水斗出水口处的水深，m。 P ——雨水斗排水管中的负压，mH2O。 注：87 式多斗排水系统中，一根悬吊管连接的 87 式雨水斗最多不超过 4 个，离立管最 远端雨水斗的设计流量不得超过表中数值，其他各斗的设计流量依次比上游斗递增 10％。 雨水斗排泄雨水面积：由公式 4.3.2 得： s y y s N Q Q h F = = 3600 取 =0.9 F = NsQy Qy ——通过雨水斗得泄流量， m3 /s； Ns ——取决于暴雨强度大小的系数（见下表） h5(mm/h) 50 60 70 80 90 100 110 120 140 160 180 200 Ns 72 60 51.4 45 40 36 32.7 30 25.7 22.5 20 18
《建筑给水排水工程》电子教案（第13讲）第4章建筑屋面雨水排水系统（3-4节）根据9，、F及上表，绘制出各种雨水斗最大允许汇水面积.m2(P440,附录15)，可供布置雨水斗使用。2.天沟流量121V=-R32采用明渠均匀流计算公式：(4.3.5)nQ=vo(4.3.6)式中：一天沟排水流量，m3/s：0v—一流速，m/s;n一一天沟粗糙系数，详见P215表4.3.2：i一一天沟坡度，不小于0.003：①一一天沟过水断面积，m2。3.横管包括悬吊管、管道层的汇合管、埋地横于管和出户管，横管可以近似地按圆管均匀流计算。管道的泄流能力(单斗)列0-0与1-1断面方程：（伯诺里方程P+ZPZ+4V2+he=Zr2gr2g吴+茶0.0V=0+0+2+E5H+h.+-+-+2gdr2g2g2gOtAL+2)H+h.001=d2gH+h2 =2gL+251 +工H+h,V2元L+Z5)d2g(H+h,)元.d?.Q=0.VXa+3L+Z)I:d埋地横管为水气两相流，但目前无可靠的掺气水流泄流公式，故按单相流计算，充满度0.8=h/D例：H=10m，h=0.4m，L=20m，h.=100mm/h，F=432m计算管道系统3
《建筑给水排水工程》电子教案（第 13 讲） 第 4 章 建筑屋面雨水排水系统（3-4 节） 3 根据 Qy 、F 及上表，绘制出各种雨水斗最大允许汇水面积.m2 (P440,附录 15)，可供布置 雨水斗使用。 2. 天沟流量 采用明渠均匀流计算公式： 2 1 3 2 1 R i n v = (4.3.5) Q = v (4.3.6) 式中： Q ——天沟排水流量，m3 /s； v ——流速，m/s； n——天沟粗糙系数，详见 P215 表 4.3.2； i ——天沟坡度，不小于 0.003； ——天沟过水断面积，m2。 3.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。管道的泄流能力(单斗) 列 0-0 与 1-1 断面方程：（伯诺里方程） h g v r P Z g v r P Z + + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 g v g v L g d v r g H hs 2 2 2 0 0 2 0 0 2 2 2 2 2 2 + + + = + + + + (1 ) 2 2 2 + = + + d L g v H hs + + + = d L H h v g s 1 2 2 2 (1 ) 2 + + + = L d H h v g s (1 ) 2 ( ) 4 2 + + + = = L d g H h Q v d s 埋地横管为水气两相流，但目前无可靠的掺气水流泄流公式，故按单相流计算，充满度 0.8= h / D 例： H =10m， h =0.4m， L =20m， 5 h =100mm/h， F =432m2 计算管道系统 0 0 Ⅰ Ⅰ H hs
《建筑给水排水工程》电子教案（第13讲）第4章建筑屋面雨水排水系统（3-4节）①.选择雨水斗：DN10065型雨水斗雨水斗前水深h，=8cm(一般6~10cm)，查附录15，F充=497m2，屋面面积432<F充。②.雨水流量F.h432×100mm/h1=121/sQ.36003600③.管道泄流量2g(H+h,)≥dQ=Va+41+2.)Ad3.1410 + 4=1000xx0.122×9.81x41 + ×20+4.50.1=261/s9泄>9,，满足要求。综上，影响雨水系统排泄能力的因素有H、h、入和，主要是H。根据圆管均匀流的计算方法计算出不同管径、不同坡度时非满流(h/D=0.8)横管（铸铁管、钢管、塑料管）和满流横管（混凝土管）的流速和最大泄流量，见附录11、附录12、附录13。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。4.立管158重力流状态下：Q=7890Kαd3(4.3.10)式中：Q—一立管排水流量，L/S；K，一一粗糙高度，m，塑料管取15x10m，铸铁管取25x105m；α一一充水率，塑料管取0.3，铸铁管取0.35；d一一管道计算内径，m。重力流立管最大允许流量见附录14(P439)。重力半有压流系统状态下雨水排水立管按水塞流计算，铸铁管充水率取0.57~0.35，小管径取大值，大管径取小值。重力伴有压流系统除了重力作用外，还有负压抽吸作用，所以，重力伴有压流系统立管的排水能力大于重力流，其中，单斗流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4.3.3确定。表4.3.3量力伴有压流立管的最大允许泄流量15020030075100250管径/mm220753135421019排水流量/多层建筑15524055902512高层建筑(L/s)5.溢流口溢流口的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：4
《建筑给水排水工程》电子教案（第 13 讲） 第 4 章 建筑屋面雨水排水系统（3-4 节） 4 ①.选择雨水斗：DN100 65 型雨水斗 雨水斗前水深 s h =8cm(一般 6~10cm)，查附录 15， F允 =497m2，屋面面积 432＜ F允 。 ②.雨水流量 12 3600 432 100 / 3600 = = = F h mm h Qr l/s ③.管道泄流量 (1 ) 2 ( ) 4 2 + + + = L d g H h Q d s = 20 4.5 0.1 1 10 4 0.1 2 9.81 4 3.14 1000 2 + + + =26l/s Q泄 ＞ Qr ，满足要求。 综上，影响雨水系统排泄能力的因素有 H 、h 、 和 ，主要是 H 。 根据圆管均匀流的计算方法计算出不同管径、不同坡度时非满流(h／D＝0.8)横管(铸铁 管、钢管、塑料管)和满流横管(混凝土管)的流速和最大泄流量，见附录 11、附录 12、附录 13。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。 4. 立管 重力流状态下： 3 8 3 5 6 1 Q 7890KP d − = (4.3.10) 式中： Q ——立管排水流量，L/S； KP ——粗糙高度，m，塑料管取 15x10-6m，铸铁管取 25x10-5m； ——充水率，塑料管取 0.3，铸铁管取 0.35； d ——管道计算内径，m。 重力流立管最大允许流量见附录 14(P439)。 重力半有压流系统状态下雨水排水立管按水塞流计算，铸铁管充水率取 0.57~0.35，小管 径取大值，大管径取小值。重力伴有压流系统除了重力作用外，还有负压抽吸作用，所以， 重力伴有压流系统立管的排水能力大于重力流，其中，单斗流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 4．3．3 确定。 5. 溢流口 溢流口的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：
《建筑给水排水工程》电子教案（第13讲）第4章建筑屋面雨水排水系统（3-4节）3/2Q=mb/agh(4.3.11)式中：Q一溢流口服务面积内的最大降雨量，L/S：b一一溢流口宽度，m；h一一溢流孔口高度，m；m一流量系数，取385；g—一重力加速度，取9.81m/s。4.3.3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）1)根据屋面坡度和建筑物立面要求，市置立管，立管间距8~12m。2)计算每根立管的汇水面积。3)求每根立管的泄水量。4)按堰流式斗雨水系统查附录14确定立管管径2.天沟外排水（宜按重力伴有压流系统设计）1）已经确定了天沟的尺寸：（天沟应有不小于100mm的保护高度，天沟起点水深不小于80mm）(1)计算过水断面积①。(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。yFqs(5)由, ≥Q=求5min的暴雨强度qs。10000(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。2）未确定天沟尺寸：(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qs。(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)求天沟过水断水面积①。(6)求流速V。(7)求天沟允许通过的流量9允。（8）若大沟的设计流量小于等于天沟允许通过的流量，确定立管管径：若天沟的设计流量大于天沟允许通过的流量，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。3.重力流和重力半有压流内排水系统(1)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，5
《建筑给水排水工程》电子教案（第 13 讲） 第 4 章 建筑屋面雨水排水系统（3-4 节） 5 3/ 2 Q = mb agh (4.3.11) 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，取 9.81m/s 2。 4.3.3 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) 1)根据屋面坡度和建筑物立面要求，市置立管，立管间距 8~12m。 2)计算每根立管的汇水面积。 3)求每根立管的泄水量。 4)按堰流式斗雨水系统查附录 14 确定立管管径。 2. 天沟外排水（宜按重力伴有压流系统设计） 1) 已经确定了天沟的尺寸： (天沟应有不小于 100mm 的保护高度，天沟起点水深不小于 80 mm) (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 10000 5 1 Fq Q Q = ，求 5min 的暴雨强度 5 q 。 (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。 2) 未确定天沟尺寸： (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 5 q 。 (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)求天沟过水断水面积 。 (6)求流速 v 。 (7)求天沟允许通过的流量 Q允 。 (8) 若大沟的设计流量小于等于天沟允许通过的流量，确定立管管径；若天沟的 设计流量大于天沟允许通过的流量，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。 3. 重力流和重力半有压流内排水系统 (1)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