第7章 建筑雨水排水系统

《建筑给水排水工程》教案第7章建筑雨水排水系统
第7章建筑雨水排水系统
7-1 屋面雨水排除方式
1. 檐沟外排水(水落管外排水)(小型屋面)
雨水→屋面→檐沟→水落管→散水坡→地面→檐沟→铅皮、预制砼
水落管→白铁皮、铸铁管。

d=75~100mm，间距8~16m。

2.天沟外排水：利用屋面构造上所形成的天沟本身容量和坡度排泄雨水(大型屋面)
雨水→屋面→天沟→立管→地面或管道
天沟长度：40~50m，i=0.003
天沟在两跨中间并坡向端墙，雨水斗设在伸出山墙的天沟末端，立管连接雨水斗沿外墙布置，屋外设雨水斗，建筑物内有雨水管道的雨排水系统。

图7-1 天沟布置示意图
3.内排水：建筑立面要求高，大屋面面积，屋面上有天窗，多跨，锯齿形建筑屋面。

雨水→屋面→雨水斗→悬吊管→立管→埋地管→出户管→室外管道
内排水系统
一. 组成：
1.雨水斗：65型(铸铁)；79型(钢焊制)
布置：以伸缩缝或沉降缝为分水线，伸出屋面的防火墙可作为分水线，也可在伸缩缝、防火墙、沉降缝二侧各设雨水斗，悬吊管穿越伸缩缝时应作伸缩接头。

2.悬吊管：当雨水斗不能直接接立管埋地时，用悬吊管在空中吊设，适当位置接立管。

i≦0.003，端头及L＞15m，设检查口，检查口间距≧20m。

悬吊管：铸铁，安装固定在墙梁衍架上。

3.立管：要求和悬吊管同径，且不宜大于300mm，距地面1.0m安检查口。

4.排出管：DN≦立管管径。

5.埋地横管：DN≥200
管道连接检查井：敞开式；管件：封闭式
二.分类
1.单斗和多斗形式
2.敞开式、密闭式
敞开式——重力排水普通检查井
密闭式——压力排水密闭三通
7-2 雨水内排水系统中的水汽流动物理现象
目的：了解雨水内排系统，由于水气两相流动，管内压力变化，变化的影响因素？规律？从而为雨水管系设计提供依据。

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一.单斗系统
1.雨水斗泄流状态
图7-2 雨水泄流与各参数的关系曲线
按降雨历时，雨水斗泄流状态分三个阶段：
①初始阶段0≤t＜A t
汇水而积F，h浅，随F↑、h↑、Q↑，但q↓,故泄流量和h↑速度变缓。

k——掺气比；
t处达到最大。

h水深浅，进气面积大，而Q小，故k急剧上升，在
A
P——雨水斗入口处压力
h小、Q小、连接管内呈膜状，管内压力平稳，随h↑、Q↑、k↑、P↑,变化缓慢。

该阶段：雨水靠重力流，水气两相重力流
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②过渡阶段A t ≤t ＜B t
h ：F ↑、h ↑→Q ↑，但q ↓，故h 增加缓慢，近似线性，Q ↑
ω
ωt ↑，而ω不变∴泄洪量增长速率小 k ：h ↑进气面积↓，气Q ↓，而水Q ↑∴k ↓，B t 时k =0
P ：水Q ↑，气Q ↓，水塞形成，出现抽力，P ↑快
该阶段，水气两相压力流
③饱和阶段 t =B t
h ：淹没雨水斗，不掺气管内满流，因雨水斗安装高度已定，h ↑产生的作用小，不足以克服因Q ↑在管壁上产生的摩擦阻力，水Q 基本不增加。

k =0，Q 不增加，h ↑，泄水由抽力进行。

该阶段单相压力流。

2.悬吊管和立管内的压力变化
图7-3 单斗雨水系统压力变化曲线
①h 较浅时，管道泄水能力小。

悬吊管——非满流重力流，立管——附壁膜重力流，管系内无压力变化。

②h ↑，管道泄水能力增加，悬吊管、立管压力变化，压立变化曲线如图。

悬吊管，起端正压，末端负压，整个管系由正压变负压，压立零点位置随Q ↑而上移，满流的压力零
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3.埋地横管的水气流动
来自立管的水流具有较大的动能，该动能的绝大部分用以克服沿程阻力和转变为后面井中壅高水位的静水压力，有利于增强管内排水能力。

水流特点：①水流掺气 水中夹带气泡一方面水平前进，另一方面受浮力。

结果，扰动水流，导致水流阻力和能量损失增加，所以，埋地管不能再按单相水流规律计算。

②半有压非满 水中分离出气泡，在管道上部形成“气室”，具有压力作用于液面上。

气室占据了一定的管道断面积，导致排水能力下降，但另一方面，水流具有压力，水力坡度不仅是管道坡度一项，还应考虑由压力变化引起的水力坡度的增值。

③波动水跃的流动状态
立管喷出速度较高的水流直冲入埋地横管，因受阻立导致v 下降，动能转化为势能，使井内水位上升，另一方面，挟气水流上下翻滚，使井内水流旋转紊乱，阻扰水流顺利下泄，同时部分气体从水中分离，在井室中产生压力，若为敞开系统，气体溢出释放的压力，使井中水位猛升，在水柱大于埋深的情况下，很容易由检查井反冒水。

7-3 雨水排水系统的水力计算
一. 雨量计算：按当地暴雨强度公式：
1.按5q (L/s ·ha)计算：
F q k Q r ⋅⋅=10000
5(L/s) (7-1) 式中：k ——屋面泄流系数
F ——汇水面积(m 2)
2.按小时降雨厚度h (mm/h)计算：
F h k Q r ⋅⋅=3600
(7-2) 联立上二式，得：
5536q h =，5q ——L/s ·100m 2
存在问题：雨量计算中有误差：雨水→屋面→管道，t =2~3min ，但暴雨公式是选用5~120min ，实测雨量记录并经整理得到2q 、3q 没有数据曲线外延，曲线在t =15~60min 内较精确，误差大。

二. 单斗系统计算
1.雨水斗泄流量计算(单斗)，试验得到：
252s
Ls y h g k Q = (7-3)
式中：y Q ——雨水泄流量
Ls k ——流量系数，试验值1.6~1.8
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s h ——天沟水深
2.雨水斗排泄雨水面积，由(7-2)得到
y rs y s Q N k Q h F =⋅=1
3600，1k =1 y rs Q N F = (7-4)
rs N ——取决于暴雨强度大小的系数p156，表7-1
根据y Q 、F 及表7-1，绘制一个65型雨水斗最大允许汇水面积.m 2(表7-2)，可供布置雨水斗使用。

3.管道的*流能力(单斗)
列0-0与1-1断面方程：
ωh g
v r P Z g v r P Z +++=++2222222111 g
v g v L d g v g r h H s 22200200222222ξλ∑+⋅⋅+++=+++ )1(222ξλ∑++=+d
L g v h H s ξλ∑+++=d
L h H g v s 1222 )1(2ξλ
∑+++⋅
=L d h H g v s )
1()
(242
ξλ
πω∑+++⋅⋅=⋅=L d h H g d v Q s 4. 埋地横管泄流量
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=D h /
例：H =10m ，h =0.4m ，L =20m ，5h =100mm/h ，F =432m 2
计算管道系统
1.选择雨水斗：DN100 65型雨水斗
Ⅰ
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雨水斗前水深s h =8cm(一般6~10cm)，查p156，表7-2，允F =497m 2，
屋面面积432＜允F 。

2.雨水流量
123600
/1004323600=⨯=⋅=h mm h F Q r l/s 3.管道*流量
)
1()
(242ξλ
π
∑+++=L d h H g d Q s =5
.4201.014
1081.921.0414.310002+⨯++⨯⨯⨯⨯λ
=26l/s
泄Q ＞r Q ，满足要求。

综上，影响雨水系统排泄能力的因素有H 、h 、λ和ξ，主要是H 。

三. 多斗系统
多斗系统：气水两相流，各斗雨水泄流到立管的水力阻力，因D 、L 配件及立管负压抽吸作用影响不同而有差别。

实测：近斗泄流能力为远斗泄流能力的数十倍，远斗由于少受或不受立管负压抽吸作用影响天沟水位高，泄流量亦不会明显增加，故多设亦无实际意义。

多斗系统由于目前尚缺乏理论上的计算公式，只能按单斗公式经验的安全的修正，一般采用单斗。