屋面雨水设计流量和排水沟的计算

屋面雨水设计流量和排水沟的计算
范 懋 功
提要 关键词 ! 前言 屋面雨水排水系统中雨水斗和排水管系的水力 计算最近已有研究成果报道， 但还没有屋面雨水设 计流量和排水沟排水能力的新算法。 !""# 年 # 月 发布的欧洲标准屋面排水布置和计算 $%#!"&’ ( ) 中提出了最小降雨强度和危险度 （ *+,- ./0123） 的新 概念和屋檐边沟 （ $/4/, 561173 以下简称檐沟） 、 女 儿墙边沟 （ 8/3/971 561173 以下简称边沟） 、 屋面天沟 （ :/;;7< 以下简称天沟） 的排水能力算法， 颇有可取 之处。 " 屋面雨水设计流量计算 确定屋面雨水设计流量是屋面雨水排水系统水 力计算的基础。雨水设计流量按式 （#） 计算： ! " # $% 式中 ! — — —雨水设计流量， = > ,； — —设计降雨强度， ・?! ） ； #— =（ > , — —屋面有效面积， $— ?! ； — —径流系数， 采用 # @ "。 %— 如果建筑物所在地有足够的降雨统计资料， 则 应根据建筑物的性质和用途以及溢水造成的危害程 度， 采用适当的设计降雨强度。当缺乏降雨统计资 料时则应根据建筑物所在地区选择最小降雨强度再 乘以危险度求得设计降雨强度值。 #@# 最小降雨强度 根据德国 !""" 年 A 月 发 布 的 标 准 :BC )D"’ （屋面雨水虹吸排水系统） 中规定的计算步骤和降雨 气象资料图， 最小降雨强度指的是降雨历时为 & ?+E 重 现期为 ! 年的最小降雨强度。欧洲各国根据本国气候 规定全国采用一个最小降雨强度值， 例如德国、 荷兰和 瑞士均为"@") =（ ・ ， 法国为"@"& =（ ・ 。我国 > , ?!） > , ?!） 是亚洲大国， 不可能只用一个最小强度值， 可根据建 （#） 介绍屋面雨水设计流量采用最小降雨强度和危险度的新算法， 以及各种屋面雨水排水沟 屋面雨水设计流量 排水沟 水力计算 筑物所在地区的天气情况选择适当的最小降雨强度 值。例如西北地区可用 " @ "! =（ ・?! ） ， 华北北部、 > , 东北北部可用 " @ ") =（ ・?! ） ， 东北和华北东部、 华 > , 中、 华东地区可用 " @ "A =（ ・?! ） ， 华南、 西南地区 > , 可用 " @ "& =（ ・?! ） 。 > , #@! 危险度 由于水文因素的不确定性， 用暴雨公式求得的 降雨强度也具有不确定性， 据此确定的雨水流量进 行屋面雨水排除系统水力计算所得的排水沟和雨水 管系的过水能力， 在暴雨时不能及时排除屋面雨水 而造成不同程度的危害。根据排水沟位置和溢流造 成的危害程度选用的危险度导入雨水流量算式， 能 提高雨水排水系统设计的可靠度。欧洲标准提出的 危险度按表 # 采用。
" " J 标称平底坡 )* <) -** -!) -)* -<) !** !!) !)* !<) .** .!) .)* .<) G** G!) G)* G<) )** * K * , **. - , ** * , :< * , :. * , :* * , =$ * , =. * , =* * , <= * , << * , <) * , <. * , <! * , <* * , $= * , $< * , $) * , $. * , $! * , $*
面积， &&* 。 屋面天沟和边沟的设计水深 ( 等于沟的溢流 深度减去保护高度。 斜沟或平沟的 ) * ( 大于 )! 时， " 6 应乘以查 表 # 所得的 $ 6 ， 沟的总排水能力为 " 6 $ 6 。 如果屋面天沟或边沟中有阻挡物例如走道， 计 算时采用的 ’ 5 应减去在水沟断面方向的阻挡物断 面积 * 次。如果非平底排水沟中的排水口上有筛网 （ /789:;<8） ， 沟的排水能力应乘以 ! " ) 系数。 *"# 排水沟断面计算 先假定沟的断面尺寸、 坡度并布置雨水排水口， 然后用上述方法计算沟的排水能力与设计雨水流量 相比， 如果差别大则应修改沟的尺寸或增加雨水排 水口数量， 进行适当调整。
如屋檐边沟， 女儿墙边沟和屋面天沟的水力计算方法。
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屋面有效面积 欧洲标准规定， 除特殊情况外， 计算屋面有效面
积时一般不考虑风的影响。计算如下： $ " & * ’* — —屋面有效面积， 式中 $ — ?! ； — —排水屋面的长度， & *— ?； — —屋面排水沟边到屋脊的平面投影宽度， ’ *— ?。 屋面有效面积因考虑风的影响而进行修正时，
表" 欧洲标准的危险度
危险度 #@" #@& !@" 排水沟位置和建筑物性质 檐沟 檐沟溢水会引起特别不方便， 例如进入公共建筑 除檐沟以外的屋面排水沟在反常大雨或屋面排水系统堵 塞时溢水到建筑物内 需要特级保护的建筑物， 例如医院手术室、 重要通讯设备 室、 受潮后会发出有毒或易燃烟气的物质贮藏室、 内藏 杰出工艺品的建筑物。除檐沟以外的屋面排水沟 )@"
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式中 " /0 — — —等效方形天沟或边沟的排水能力， 6 % 2； — —保护高度以下 （设计水位以下） 的断面 ’ 5—
万方数据
给水排水
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式中 & H> — — —等效方形檐沟的排水能力， 9 " 4； — —深度系数， 从图 - 确定； + I— — —形状系数， 从图 ! 确定。 + 4— 斜底或平底檐沟的 " , * !)* 时称为长沟。长 沟的设计排水能力 & 9 应乘以适当的系数 + 9 ， +9 值见表 .。当沿长度方向有一个或多 个 转 角 大 于
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含保护高度在内的深度 ! % && ’ () () + *)! , *)!
矩形、 梯形或相似形状的天沟和边沟设计为平 底沟， 有允许自由出流的雨水口时， 沟的设计排水能 力也按式 （#） 计算， 但 " . 按式 （)） 计算。 " . # " /0 $ 1 $ 2
给水排水 #$% & "’ !" 万方数据 ($& " "))*
注： ##； ##； ! " 为沟的排水长度， " * 为设计水深， # 表中所 列之 + 9 只适用于沟坡连续降向雨水排出口的各种斜底排水沟， 如 果沟中有多个雨水口， 顺坡长度所增加的排水能力与逆坡长度所减 少的排水能力大致平衡， 那么整条斜沟可如平沟一样计算。
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天沟和边沟
天沟和边沟可为平底沟或有坡度的沟。标称沟 坡!! " !!# 时应按平底沟计算。沟的上游末端处的 保护高度应不小于表 $ 中所列尺寸， 在水面以上的 沟边不需要和水面以下的沟边具有相同的连续倾斜 度， 但不可急剧内向倾斜。
表! 天沟和边沟最小保护高度
最小保护高度 % && *) !"#! -)
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式中 & 9 — — —水 平短沟 （水力学上排水长度不大于 的 设计水深 * )* 倍的排水沟为短沟） 设计排水能力， 檐沟的设计水深等于 溢流总深度， 9 " 4； — —沟 的 标 称 排 水 能 力 （ ;?#3@7A B7C753D & ;— ， E F） 9 " 4； — —沟的总断面积 （溢流水面以下的断面 ! >— 积） ， ##! ； — —安全系数。 * , :— 方形、 梯形和相似形状的檐沟设计成平底并有 能自由出流的雨水出口时， 沟的设计排水能力也用 计算， 但 & ; 按式 （G） 计算。 式 （.） & ; ’ & H> + I + 4 & H> ’ . , G= ( -*
计算所得的排水能力应乘以折减系数 * , =)。 -*%时， 靠近雨水出口处应避免有转折。
注： $ ’ 为从排水沟到屋脊的屋面垂直高度， #； % ’ 为从排水沟到 屋脊沿屋面量测的距离， #。
在计算雨水量考虑风的影响时， 风把雨吹到墙 上而下流到屋面上或其排水沟内， 则屋面有效面积 要加上 )*+ 的墙面积。 ! !,排水沟水力计算 檐沟 檐沟沟底可为平底或具有坡度， 坡度等于或小 于 * , **. 的可按平底计算。半圆形或相似形状的檐 沟设计成平底有允许自由出流 （ /011 2345670 81） 的雨 水出口时， 沟的设计排水能力可按式 （.） 计算。 &9 ’ *,:&;
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万方数据
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例如我国东南沿海地区雨季多飓风， 可用表 ! 所列 算式计算。
表! 不透水屋面有效面积算式
屋面有效面积 ! " #! ! & "（ ’ # ’ ( $ ’ " !） ! & "%’ 风的影响程度 风吹雨斜 !$%以上 风吹雨落与屋面垂直