《建筑给排水工程》课程授课教案（讲稿）第4章 建筑屋面雨水排水系统（第13讲：3-4节）

《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4329,，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

《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)根据各个系统的汇水面积，查附录15确定雨水斗的规格和数量。(3)确定连接管管径，连接管管径与雨水斗出水管管径相同。对于单斗系统，悬吊管、立管、排出横管的管径均与连接管管径相同。(4)计算悬吊管连接的各雨水斗流量之和，确定(重力流)或计算(重力有压流)水力坡度，查附录11或附录12确定悬吊管的管径，悬吊管的管径宜保持不变。5)计算立管连接的雨水斗泄流量之和，查立管最大允许泄流量表确定立管管径，当立管只连接一根悬吊管时，因立管管径不得小于悬吊管管径，所以立管管径与悬吊管管径相同。(6)排出管管径一般与立管管径相同，如果为了改善整个雨水排水系统的泄水能力，排出管也可以比立管放大1级管径。(7)计算埋地干管的设计排水量，确定（重力流)或计算(重力有压流)水力坡度，为保障排水通畅，埋地管坡度应不小于0.003，查附录13确定埋地横干管的管径。4.4压力流（虹吸式）雨水排水系统1.雨水斗水气流动状态压力流屋面雨水排水系统采用虹吸式雨水斗，管道中是全充满的压力流状态。虹吸式雨水斗为下沉式，置于屋面层中，具有良好整流功能。降雨过程中。雨水通过格栅盖进入雨水斗后，落入屋面层以下的深斗内，斗内没有带孔隙的整流罩，使处于涡流状态的雨水平稳地以淹没泄流状态进入排水管。下沉式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时使雨水斗的出口获得较大的淹没水深，消除了在设计流量下工作时的掺气现象。在雨水斗的接出管上，由于一般的虹吸式雨水斗都有较大的水头损失，加上雨水斗的出水管较细，管道内流速较快，速度水头较大，两项之和与可利用的水头之差的绝对值不大，雨水斗以下的连接管，管道内呈小的负压或正压。2.悬吊管水气流动状态在降雨的全过程中，悬吊管内的压力和水流状态会随着降雨量的变化而变化。降雨初期降雨量较小，悬吊管内的水流状态为有自由表面的波浪流，随着降雨量的增加，管内呈现脉动流，进而出现满管气泡流和满管气水乳化流，随着降雨量继续增加，直至形成水的单相流状态。降雨末期，雨量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一定位，雨水斗开始有空气掺人，排水管内的真空被破坏，排水系统从虹吸流工况转向重力流。在悬吊管中，水流从悬吊管的最远端向立管方向运动，沿流动方向，水头损失迅速增加，而雨水斗前的水位变化不大，即可利用的水头几乎维持不变，按水力学中的能量方程进行分析，可知管内呈不断增大的负压，在与立管的交叉点处负压最大。3.立管和排出管水气流动状态从立管与悬吊管交点向下，可利用的水头迅速增加，大大超过因管道长度增加而增加的水头损失，立管内的负压值也随之很快减少至零，继之出现逐渐增加的正压，立管底部达到最大值后再遂渐减少，正压逐渐被消耗，至排水井处与大气相通，管道中的压力为零，雨水斗的进水水面至排出口的总高度差，即有效作用水头全部用尽。对于高大建筑，可利用的总水头比较富裕，临界点宜选在排水管的出口处，把排水出户管列入压力管段的计算范围，以减少该管段的管径．降低造价：反之，如果建筑物的可利用总水头不太富裕，则可以把临界点的位置移到立管的下部，排出管按重力流计算，减少一些水头损失，使系统在虹吸状态下能正常工作。4.压力流雨水排水系统的适用条件各种屋面雨水排水系统的选择，除考虑安全性、经济性以外，主要应根据各种雨水排水系统的特点，结合当地以及该建筑的实际情况综合分析后确定。(1)雨水排水系统应优先考虑外排水。但要先征得建筑师同意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） 6 (2)根据各个系统的汇水面积，查附录 15 确定雨水斗的规格和数量。 (3)确定连接管管径，连接管管径与雨水斗出水管管径相同。对于单斗系统，悬吊管、 立管、排出横管的管径均与连接管管径相同。 (4)计算悬吊管连接的各雨水斗流量之和，确定(重力流)或计算(重力有压流)水力坡 度，查附录 11 或附录 12 确定悬吊管的管径，悬吊管的管径宜保持不变。 (5)计算立管连接的雨水斗泄流量之和，查立管最大允许泄流量表确定立管管径，当 立管只连接一根悬吊管时，因立管管径不得小于悬吊管管径，所以立管管径与 悬吊管管径相同。 (6)排出管管径一般与立管管径相同，如果为了改善整个雨水排水系统的泄水能力， 排出管也可以比立管放大 1 级管径。 (7)计算埋地干管的设计排水量，确定(重力流)或计算(重力有压流)水力坡度，为保障 排水通畅，埋地管坡度应不小于 0.003，查附录 13 确定埋地横干管的管径。 4.4 压力流（虹吸式）雨水排水系统 1．雨水斗水气流动状态 压力流屋面雨水排水系统采用虹吸式雨水斗，管道中是全充满的压力流状态。虹吸式 雨水斗为下沉式，置于屋面层中，具有良好整流功能。降雨过程中。雨水通过格栅盖进入雨 水斗后，落入屋面层以下的深斗内，斗内没有带孔隙的整流罩，使处于涡流状态的雨水平稳 地以淹没泄流状态进入排水管。下沉式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受 的雨水荷载降至最小，同时使雨水斗的出口获得较大的淹没水深，消除了在设计流量下工作 时的掺气现象。 在雨水斗的接出管上，由于一般的虹吸式雨水斗都有较大的水头损失，加上雨水斗的 出水管较细，管道内流速较快，速度水头较大，两项之和与可利用的水头之差的绝对值不大， 雨水斗以下的连接管，管道内呈小的负压或正压。 2．悬吊管水气流动状态 在降雨的全过程中，悬吊管内的压力和水流状态会随着降雨量的变化而变化。 降雨初期降雨量较小，悬吊管内的水流状态为有自由表面的波浪流，随着降雨量的增 加，管内呈现脉动流，进而出现满管气泡流和满管气水乳化流，随着降雨量继续增加，直至 形成水的单相流状态。降雨末期，雨量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一定位， 雨水斗开始有空气掺人，排水管内的真空被破坏，排水系统从虹吸流工况转向重力流。 在悬吊管中，水流从悬吊管的最远端向立管方向运动，沿流动方向，水头损失迅速增 加，而雨水斗前的水位变化不大，即可利用的水头几乎维持不变，按水力学中的能量方程进 行分析，可知管内呈不断增大的负压，在与立管的交叉点处负压最大。 3．立管和排出管水气流动状态 从立管与悬吊管交点向下，可利用的水头迅速增加，大大超过因管道长度增加而增加 的水头损失，立管内的负压值也随之很快减少至零，继之出现逐渐增加的正压，立管底部达 到最大值后再逐渐减少，正压逐渐被消耗，至排水井处与大气相通，管道中的压力为零，雨 水斗的进水水面至排出口的总高度差，即有效作用水头全部用尽。 对于高大建筑，可利用的总水头比较富裕，临界点宜选在排水管的出口处，把排水出 户管列入压力管段的计算范围，以减少该管段的管径．降低造价； 反之，如果建筑物的可利用总水头不太富裕，则可以把临界点的位置移到立管的下部， 排出管按重力流计算，减少一些水头损失，使系统在虹吸状态下能正常工作。 4．压力流雨水排水系统的适用条件 各种屋面雨水排水系统的选择，除考虑安全性、经济性以外，主要应根据各 种雨水排水系统的特点，结合当地以及该建筑的实际情况综合分析后确定。 (1)雨水排水系统应优先考虑外排水。但要先征得建筑师同意

《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)屋面集水优先考虑天沟形式，雨水斗应设置于天沟内。(3)虹吸式屋面雨水排水系统适用于大型屋面的库房、工业厂房、公共建筑等。(4)不允许室内冒水的建筑，应采用密闭系统或外排水系统，不得采用散开式内排水系统。(5)87型雨水斗系统和虹吸式压力流系统应采用密闭系统。(6)寒冷地区应尽量采用内排水系统。(7)单斗与多斗系统比较，一般情况下，优先采用单斗系统。虹吸式雨水系统悬吊管上接入的雨水斗数量一般不受限制。确定雨水排水系统时应注意：屋面雨水严禁接入室内生活污废水系统，或室内生活污废水管道直接与屋面雨水管道连接。5.雨水排水系统的设置(1)雨水斗的设置布置雨水斗时，应以伸缩缝或沉降缝作为排水分水线，否则应在该缝两侧各设置一个雨水斗。雨水斗的间距应按计算确定，还应考虑建筑物的结构特点，般可采用12一24m，天沟的坡度可采用0.003~0.006。虹吸式雨水斗应设置在天沟或檐沟内，天沟的宽度和深度应按雨水斗的安装要求确定，一般沟的宽度不小于550mm，沟的深度不小于300mm。一个计算汇水面积内，不论其面积大小，均应设置不少于两个雨水斗：而且雨水斗之间的距离不应大于20m。屋面汇水最低处应至少设置一个雨水斗。一个排水系统上设置的所有雨水斗，其进水口应在同一水平面上。如屋面为弧形或抛物线屋面时，其天沟不在同一水平面上，宜在等高线和汇水分区的最低处集中设置多个雨水斗，按不同水平面上的雨水斗分别设置单独的立管。(2)连接管连接管应固定在建筑物的承重结构上,其管径与雨水斗短管管径同，但不宜小于100mm。(3)悬吊管悬吊管一般沿梁或屋架下弦布置，其管径不得小于连接管管径，如沿屋架悬吊时，其管径不得大于300mm。悬吊管长度超过15m时，靠近墙、柱的地方应设检查口，且检查口间距不得大于20m。虹吸式雨水系统中的悬吊管，原则上为压力流，但考虑大部分时间可能会处于非满流排水状态，所以设置不小于0.003的坡度以便排空。悬吊管与雨水立管连接，应采用两个45°弯头或90°斜三通。(4)立管立管的管径不得小于与其连接的悬吊管管径。立管的下端宜采用2个45°弯头或大曲率半径的90°弯头接人排出管。(5)排出管考虑到降雨过程中常常有超过设计重现期的雨量、或水流掺气占去一部分容积，所以在雨水排出管设汁时，要留有一定的余地。(6)埋地横管埋地管的最小管径为200mm，最大不超过600mm，以保证水流通畅，便于清通。雨水排水系统的管道材料可采用铸铁管、钢管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混凝土管、陶土管。屋面计算面积超过5000m2时，必须设置至少两个独立的屋面雨水排水系统。6.虹吸式屋面雨水排水系统的设计计算(1)虹吸式雨水系统水力计算的一般规定①雨水斗的设置（满足前面的设置要求）②几何高度

《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） 7 (2)屋面集水优先考虑天沟形式，雨水斗应设置于天沟内。 (3)虹吸式屋面雨水排水系统适用于大型屋面的库房、工业厂房、公共建筑等。 (4)不允许室内冒水的建筑，应采用密闭系统或外排水系统，不得采用敞开式内排水系统。 (5)87 型雨水斗系统和虹吸式压力流系统应采用密闭系统。 (6)寒冷地区应尽量采用内排水系统。 (7)单斗与多斗系统比较，一般情况下，优先采用单斗系统。 虹吸式雨水系统悬吊管上接入的雨水斗数量一般不受限制。 确定雨水排水系统时应注意：屋面雨水严禁接入室内生活污废水系统，或室内生活 污废水管道直接与屋面雨水管道连接。 5．雨水排水系统的设置 (1)雨水斗的设置 布置雨水斗时，应以伸缩缝或沉降缝作为排水分水线，否则应在该缝两侧各设置一个雨 水斗。雨水斗的间距应按计算确定，还应考虑建筑物的结构特点， 一般可采用 12—24m，天沟的坡度可采用 0.003~0.006。 虹吸式雨水斗应设置在天沟或檐沟内，天沟的宽度和深度应按雨水斗的安装要求确定， 一般沟的宽度不小于 550 mm，沟的深度不小于 300 mm。 一个计算汇水面积内，不论其面积大小，均应设置不少于两个雨水斗；而且雨水斗之间 的距离不应大于 20 m。屋面汇水最低处应至少设置一个雨水斗。 一个排水系统上设置的所有雨水斗，其进水口应在同一水平面上。 如屋面为弧形或抛物线屋面时，其天沟不在同一水平面上，宜在等高线和汇水分区的最 低处集中设置多个雨水斗，按不同水平面上的雨水斗分别设置单独的立管。 (2)连接管 连接管应固定在建筑物的承重结构上,其管径与雨水斗短管管径同，但不宜小于 100 mm。 (3)悬吊管 悬吊管一般沿梁或屋架下弦布置，其管径不得小于连接管管径，如沿屋架悬吊时，其管 径不得大于 300 mm。 悬吊管长度超过 15m 时，靠近墙、柱的地方应设检查口，且检查口间距不得大于 20 m。 虹吸式雨水系统中的悬吊管，原则上为压力流，但考虑大部分时间可能会处于非满流排 水状态，所以设置不小于 0.003 的坡度以便排空。 悬吊管与雨水立管连接，应采用两个 45o 弯头或 90o 斜三通。 (4)立管 立管的管径不得小于与其连接的悬吊管管径。 立管的下端宜采用 2 个 45o 弯头或大曲率半径的 90o 弯头接人排出管。 (5)排出管 考虑到降雨过程中常常有超过设计重现期的雨量、或水流掺气占去一部分容积，所以在 雨水排出管设汁时，要留有一定的余地。 (6)埋地横管 埋地管的最小管径为 200 mm，最大不超过 600 mm，以保证水流通畅，便于清通。 雨水排水系统的管道材料可采用铸铁管、钢管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混 凝土管、陶土管。 屋面计算面积超过 5000 m2 时，必须设置至少两个独立的屋面雨水排水系统。 6．虹吸式屋面雨水排水系统的设计计算 (1)虹吸式雨水系统水力计算的一般规定 ① 雨水斗的设置（满足前面的设置要求） ② 几何高度

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）悬吊管应低于雨水斗的出口1m以上，雨水排水管道中的总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差。③水流速度管道内的设计最小流速应大于1m/s，以便于良好的自净能力；立管的设计流速宜小于6m/s，但不宜小于2.2m/s，但最大不宜大于10m/s排出管管内流速不宜大于1.5m/s：雨水管系的出口应放大管径，出口的水流速度不宜大于1.8m/s，以减少水流对排水井的冲击，如出口速度大于1.8m/s，应采取消能措施，宜通过消能井溢流至室外排水管道。④水头损失雨水排水系统的总水头损失和流速水头之和应小于雨水斗天沟底面与排水管出口的几何高差，其压力余量宜稍大于100Pa。压力流屋而雨水排水系统悬吊管与立管交点（转折点）处的最大负压值，对于金属管道不得大于80KPa：对于塑料管道应视产品的力学性能而定，但不得大于70kPa。管段计算所得压力值应基本平衡，即系统中各节点的上游不同支路的计算水头损失之差在管径小于等于DN75时，不应大于10KPa；管径小于等于DN100时，不应大于5kPa，否则应调整管径更新计算。(2)计算公式①额定流量下雨水斗的水头损失与局部阻力系数国产虹吸式雨水斗的局部阻力系数表4.4.1YG100YT75YG75YG50YT50雨水斗型号2. 45.6*2. 41. 31. 3局部阻力系数注：加者为设计值，其他为实测值。表4.4.2雨水斗的额定流量与斗前水深压力流（虹吸式）雨水斗雨水斗型号、规格DN50DN75DN1006.012.025.0额定流量/(L/s)7045斗前水深/mm没泄流排水状态②管段压力计算列天沟水面与计算断面x一x断面之间的方程：（伯诺里方程）P+兰+hP+YH+3=H.+(4.4.1)r2gr2gi-huxPa=hx（由于P=0,=0,h=H-H）所以：(4.4.2)2gY式中：P一一天沟水面处的压力，为大气压，（P=0）H一一天沟水面距离雨水系统排出口的高差，m；一天沟水面的下降速度，可忽略不计：V

《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） 8 悬吊管应低于雨水斗的出口 1m 以上， 雨水排水管道中的总水头损失与流出水头之和不得大于雨水管进、出口的几何高差。 ③ 水流速度 管道内的设计最小流速应大于 1m/s，以便于良好的自净能力； 立管的设计流速宜小于 6m/s，但不宜小于 2.2m/s，但最大不宜大于 10 m／s； 排出管管内流速不宜大于 1.5m／s； 雨水管系的出口应放大管径，出口的水流速度不宜大于 1.8m／s，以减少水流对排水井的 冲击，如出口速度大于 1.8m／s，应采取消能措施，宜通过消能井溢流至室外排水管道。 ④水头损失 雨水排水系统的总水头损失和流速水头之和应小于雨水斗天沟底面与排水管出口的几何 高差，其压力余量宜稍大于 100Pa。 压力流屋而雨水排水系统悬吊管与立管交点(转折点)处的最大负压值，对于金属管道不得 大于 80KPa；对于塑料管道应视产品的力学性能而定，但不得大于 70 kPa。 管段计算所得压力值应基本平衡，即系统中各节点的上游不同支路的计算水头损失之差， 在管径小于等于 DN75 时，不应大于 10KPa；管径小于等于 DN100 时，不应大于 5kPa，否则 应调整管径更新计算。 (2)计算公式 ① 额定流量下雨水斗的水头损失与局部阻力系数 ② 管段压力计算 列天沟水面与计算断面 x − x 断面之间的方程：（伯诺里方程） x x x x h g v r P H g v r P H + + = + + + 1− 2 2 1 1 2 2 (4.4.1) （由于 hx H Hx P1 = 0,v1 = 0, = − ）所以： x x x x h g v h P = − − 1− 2  2 (4.4.2) 式中： P1 ——天沟水面处的压力，为大气压，( P1 = 0 ) H ——天沟水面距离雨水系统排出口的高差，m； 1 v ——天沟水面的下降速度，可忽略不计；

《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）H.一计算断面x断面距离雨水系统排出口的高差，m；PL一管道计算断面处的压力水头，mH2O；Yh，一一天沟水面至计算断面的高差，m；h,-一一天沟水面至计算断面之间的水头损失，mH2O：V——计算断面处管道的水流速度，m/s。③沿程水有损失虹吸式屋面雨水排水系统一般使用内壁喷塑柔性排水承压铸铁管或钢塑复合管及承压塑料管等，应采用海曾一威廉公式计算管道的沿程水头损失。11785×q185×106i=(4.4.3)Cl18sdyf87i一一单位长度水头损失mH2O；式中：一流量L/S；q,d,一计算内径，mm；C-一管道材质系数（铸铁管C=100，钢管C=120，塑料管C=140~150)。表4.4.3局部阻力系数塑料管管件名称内壁涂塑铸铁或钢管10. 890°弯头0. 30. 445弯头0. 350. 5干管上斜三通1. 21支管上斜三通1. 81. 8转变为重力流处出口厂商提供压力流（虹吸式）雨水斗(3)水力计算方法①计算汇水面积。②计算总的降雨量。确认当地气象资料如降雨强度和重现期。虹吸式屋面雨水排水系统按满管压力流进行计算，降雨强度计算中建议采用较大的重现期。③布置雨水斗。选择压力流雨水斗的规格和额定流量，计算各汇水面积需要雨水斗的数量。④绘制水力计算管系图。确定雨水斗、悬吊管、立管和排出管（接至室外窖井）的平面和空间位置。绘制雨水排水系统的水力计算管系图，并确定节点和管段，为各节点和管段编号。③计算系统中雨水斗至系统出口之间的高度差H，最远的雨水斗到系统出口的管道长度9

《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） 9 H x ——计算断面 x 断面距离雨水系统排出口的高差，m；  Px ——管道计算断面处的压力水头，mH2O； x h ——天沟水面至计算断面的高差，m； x h1− ——天沟水面至计算断面之间的水头损失，mH2O； x v ——计算断面处管道的水流速度，m/s。 ③ 沿程水有损失 虹吸式屋面雨水排水系统一般使用内壁喷塑柔性排水承压铸铁管或钢塑复合管及承压 塑料管等，应采用海曾—威廉公式计算管道的沿程水头损失。 1.85 4.87 1.85 6 11785 10 j y C d q i   = (4.4.3) 式中： i ——单位长度水头损失 mH2O； y q ——流量 L/S； j d ——计算内径，mm； C ——管道材质系数(铸铁管 C＝100，钢管 C＝120，塑料管 C＝140~150)。 (3)水力计算方法 ①计算汇水面积。 ②计算总的降雨量。 确认当地气象资料如降雨强度和重现期。虹吸式屋面雨水排水系统按满管压力流进行 计算，降雨强度计算中建议采用较大的重现期。 ③布置雨水斗。 选择压力流雨水斗的规格和额定流量，计算各汇水面积需要雨水斗的数量。 ④绘制水力计算管系图。 确定雨水斗、悬吊管、立管和排出管(接至室外窨井)的平面和空间位置。绘制雨水排 水系统的水力计算管系图，并确定节点和管段，为各节点和管段编号。 ⑤计算系统中雨水斗至系统出口之间的高度差 H，最远的雨水斗到系统出口的管道长度

《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）L，并确定系统的计算管长LA，估算铸铁管的局部水头损失当量长度为管道长度的0.2L：塑料管当量长度为管道长度的0.6L，故金属管计算管长可按L=1.2L：塑料管计算管长可按LA=1.6L估算。③估算单位长度的水头损失即水力坡度i，i=H/LA。根据管段流量和水力坡度，查P227图4.4.1压力流雨水排水系统水力计算图确定管径水流速度应不小于1m/s。8检查系统的高度H和立管管径的关系应满足设计要求。计算系统的压力降h，=让，有多个计算管段时，应逐段计算后累计。10检查是否满足：H一h?≥1m：并计算系统的立管最高处的最大负压值，检查各节点压力平衡状况，如负压值或节点压力平衡不满足要求，应调整管径，重新计算，达到要求为止。C-100公称直径DN5075100200250300125150181.806.0 0.605.00.504.0 0.403.0 0.30L水2.00.20火水088180.80.080.70.070.6 0.060.5 0.050.4 0.040.30.03/X/0.2 0.024567810002000-3456789100kPa/m,mH,O/m 123456789102流量/(L/s)图4.4.1压力流雨水排水系统水力计算图【本讲课程的小结】本讲主要阐述了雨水排水系统水力计算的步骤及雨水量、汇水面积的计算方法以及系统各部位流量的确定：还讲述了压力流雨水排水系统各部位的水流状态、设置要求及压力计算方法。【本讲课程的作业】1．在计算雨水量时，如何确定屋面雨水的汇水面积？2.．试说明虹吸式雨水排水系统的优缺点。10

《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） 10 L，并确定系统的计算管长 LA，估算铸铁管的局部水头损失当量长度为管道长度的 0.2L；塑 料管当量长度为管道长度的 0.6L，故金属管计算管长可按 LA＝1.2L；塑料管计算管长可按 LA＝1.6L 估算。 ⑥估算单位长度的水头损失即水力坡度 i，i＝H／LA。 ⑦根据管段流量和水力坡度，查 P227 图 4.4.1 压力流雨水排水系统水力计算图确定管径， 水流速度应不小于 1m／s。 ⑧检查系统的高度 H 和立管管径的关系应满足设计要求。 ⑨计算系统的压力降 f A h = iL ，有多个计算管段时，应逐段计算后累计。 ⑩检查是否满足： H − hf  1m ；并计算系统的立管最高处的最大负压值，检查各节点 压力平衡状况，如负压值或节点压力平衡不满足要求，应调整管径，重新计算，达到要求为 止。 【本讲课程的小结】 本讲主要阐述了雨水排水系统水力计算的步骤及雨水量、汇水面积的计算方法以及系统各部 位流量的确定；还讲述了压力流雨水排水系统各部位的水流状态、设置要求及压力计算方法。 【本讲课程的作业】 1. 在计算雨水量时，如何确定屋面雨水的汇水面积？ 2. 试说明虹吸式雨水排水系统的优缺点