给排水设计师在项目的雨水排放设计中会面临重力流雨水排水系统和虹吸式雨水排水系统怎样选择,虹吸式雨水系统在设计时与建筑等专业如何配合,以及虹吸雨水系统设计时应该关注哪些关键点等问题,本文针对与这些问题进行如下探讨:
// 虹吸式屋面雨水排水系统的定义及原理
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按虹吸满管压力流原理设计、管道内雨水的流速、压力等可有效控制和平衡的屋面雨水排水系统。一般由虹吸雨水斗、管道(连接管、悬吊管、立管、排出管)、管件、固定件组成。
虹吸雨水排水系统采用专用的雨水斗组件,根据各汇水 区雨水斗的汇流水量计算各管段管内雨水的压力和流速,设 计悬吊管及立管管径。在降雨初期,雨水斗斗前水深未达到 设计高度时,排水系统的工作状态近似于重力流雨水系统。当降雨量加大,斗前积水高度超过设计高度时,雨水斗导流 罩将汇流雨水进行气液分离,雨水进入排水系统时所夹带的 空气量减少,系统中各管段呈现满流状态,管内压力和流速 达到设计值时,在负压的作用下对屋面的雨水进行抽吸,即 形成虹吸排水现象。
// 虹吸式雨水排水适用条件
”
虹吸式屋面雨水排水系统适用于工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水排水建筑。
//虹吸式屋面雨排水系统与重力流屋面雨排水系统区别
”
虹吸式屋面雨水排水系统比重力流屋面雨水排水系统采用的雨水斗少、立管少、埋地排出管少、室外检查井少;连接雨水斗的悬吊管不需要坡度。
虹吸式屋面雨水排水系统节省了大量的立管占位节省了装修费用;管道无坡度提高了室内净空高度增加了环境舒适度;地面开挖工程量少减少大量的现场施工量;减少了大量的室外地面检查井提升了室外景观环境。
注:汇水面积大于2500m?的大型屋面,宜设置不少于2套独立的虹吸式屋面雨水系统。
//虹吸式屋面雨水排水系统设计要点
”
设
计
依
据
“
屋面雨水量的计算&雨水斗设计
”
Part.2
屋面雨水量按下式计算:
计算雨水量前给排水设计人应先与建筑专业设计人沟通,充分了解屋面型式后再进行计算;
根据建筑物的重要程度、气象特征、根据《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019规范规定确定各种屋面雨水排水管道工程的设计重现期:
一般建筑物屋面不宜小于5年(工业厂房屋面应根据生产工艺、重要程度等因素确定);重要公共建筑屋面不宜小于10年;
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50年、降雨历时5min时的设计雨水流量(屋面径流系数应取1.0);
当屋面无外檐天沟或无直接散水条件且采用溢流管道系统时,总排水能力不应小于100a重现期的雨水量。
不同高度天沟或不同汇水区域的雨水宜采用独立的虹吸式屋面雨水系统排除。塔楼与裙房等不同高度的屋面汇集的雨水,应采用独立的系统单独排除。
Part.3
虹吸雨水斗具有气水分离、防涡流等功能。其斗前水深可通过计算控制,当斗前水深稳定达到设计水深时,系统内形成虹吸满管压力流。
设计注意点:
雨水斗应设在天沟或集水槽内。当设于屋面时,雨水斗规格不应大于50mm;
每个屋面区域不少于两个雨水斗;
2个雨水斗之间的间距不应大于20米;
雨水斗不得连接在立管顶部;
设置在裙房屋面上的雨水斗距裙房与塔楼交界处距离不应小于1米,不得大于10米;
雨水斗的最大设计排水流量应小于雨水斗最大排水流量,不宜大于80 %雨水斗最大排水流量;
平屋面的每个虹吸雨水斗的汇水面积不宜大于400平方米。
设计图上标明:雨水斗规格、尺寸、雨水斗的最大设计流量、斗前水深。
虹吸雨水斗不同型号的斗前水深不同其排水能力不同,不同厂商雨水斗型号略有区别,常规设计时雨水斗可以参考附表选用:雨水斗最大设计流量为:12L/s,25L/s,45L/s,60L/s,75L/s等。斗前水深45mm、55mm、85mm、95mm等。连接管的管径:DN40、DN50、DN70、DN80、DN100、DN150。
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屋面天沟设计要点
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Part.4
天沟的过水断面根据汇水面积的设计流量计算确定。
有造型的坡屋面,天沟根据造型设计变成有坡度,要求建筑专业采取措施分 割汇水面积,避免整个屋面汇水面积集中在天沟内的1-2个雨水斗处,其他雨水斗不工作,造成室内进水危险。
天沟的有效深度为设计水深加保护高度,天沟深度不应小于300mm,天沟设置溢流口的其深度应高于根据计算流量确定的溢流口上边缘的高度加保护高度。出水管淹没出流时,会使天沟的水深提高,造成金属屋面室内进水危险,设计天沟深度时尽量加大保护高度。
天沟的有效蓄水容积不宜小于汇水面积雨水设计流量60s,且不宜小于虹吸启动时间的降雨量。当屋面坡度大于2.5%且天沟满水会溢入室内时,经计算若虹吸启动时间大于60s时,天沟的有效蓄水容积不宜小于汇水面积雨水设计流量2min,且不应小干虹吸启动时间的降雨量。
天沟的宽度保证雨水斗外边缘与内壁间距不应小于100mm,天沟宽度不应小于400mm,天沟宽度650mm可以满足各种型号的虹吸雨水斗的要求。
天沟的坡度不宜小于0.003,金属屋面的天沟可无坡度。
天沟的尺寸参见《雨水斗选用及安装》09S302。
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屋面溢流系统的设计要点
”
Part.5
雨水溢流首选溢流口的型式,溢流口的位置应与建筑专业设计人沟通确定;
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式屋面雨水系统的雨水斗间距不宜小于1.5m。
溢流口采用宽顶堰时,其设计流量可按下列公式计算:
式中:
式中:
d.溢流设施的最大溢水高度应低于建筑屋面允许的最大积水深度,天沟溢流口不应高于天沟有效水深。
e.溢流系统排出管应设计室外地面上,溢流系统的雨水应采用室外地面径流的方式。
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悬吊管的设计要点
”
Part.6
悬吊管管道中心安装高度距离顶板的距离大于等于1m。
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立管的设计要点
”
Part.7
立管的布置原则:根据屋面雨水流量、雨水斗的个数、位置确定立管的管径、位置、立管的根数。
室内立管管径宜选择 DN100、DN150、DN200,不宜选择>DN200的管径。
立管设消能管段,消能管段比立管管径小,消能管道的长度经计算确定。
立管管径经计算确定,可小于上游悬吊管管径。除过渡段外,立管下游不应大于上游管径。
压力流屋面雨水排水系统悬吊管与立管交点(转折点)处的最大负压值应≤8mH20。
系统各节点不同管段计算所得压力值应平衡,相差不大于1.5mH20。
立管底部接至室外窨井的排出管管内流速不宜大于1.5m。
虹吸式屋面雨水系统中,雨水斗至过渡段的总水头损失(包括沿程水头损失与局部水头损失)与过渡段流速水头之和不得大于雨水斗顶面至过渡段上游的几何高差。
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排出管的设计要点
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Part.8
立管至检查井之间应设过渡管段,过渡管段长度小于3m时,室外应设带排气功能的消能井。
过渡段的设置位置应通过计算确定,过渡段出口压力不宜大于0.50MPa。过渡段的下游管道应按重力流雨水系统设计。
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管材的选用
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Part.9
管材可以选用:HDPE管道、不锈钢管、涂塑钢管、镀锌钢管、铸铁管等材料,管材除承受正压外还应能承受负压。管材供应厂商应提供管材耐正压和负压的检测报告,并复核是否满足设计要求。
设计要点:
管径相同选用不同的管材,其雨水排放量不同,设计时先确定管材,根据屋面不同的高度再确定雨水排水系统的个数。
HDPE管道应符合现行行业标准《建筑排水用高密度聚乙烯(HDPE)管材及管件》CJ/T250和现行协会标准《建筑排水高密度聚乙烯(HDPE)管道工程技术规程》CECS282的规定,管材和管件的耐负压能力不应低于-80kPa。
不锈钢管的管材及管件应不低于S30408的材料,最小壁厚要满足技术规程中的要求。
当采用铸铁管管材、管件应符合《排水用柔性接口铸铁管、管件及附件》GB/T12772、《建筑排水用卡箍式铸铁管及管件》CJ/T 177、《建筑排水用柔性接口承插式铸铁管及管件》CJ/T 178等的规定。
当管道内压力超过0.5Mpa时,一般不考虑选用HDPE管材。
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室外检查井的设计要点
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Part.10
与排出管连接的雨水检查井应采用钢筋混凝土检查井或消能井。
检查井的井盖采用格栅井盖或设通气孔,通气孔的面积不宜小于检查井井筒截面积的30%。同一消能井接3根以上排出管时、排出管流速>3m/s、雨水立管高度大于150m的宜采用计算机模拟计算(CFD)确定消能井的强度、尺寸及排气装置的大小。
在工程设计中,设计人员应针对建筑物的样式,内部排水条件进行综合分析,选择合理的排放形式。对中标厂家提供产品及数据进行分析并提供优化建议,使系统高效运行。在建筑物的设计过程中,需提前对虹吸式雨水排水系统进行合理的设计,确保系统的安全性,发挥系统自身的功能。
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知识点: 浅谈虹吸式屋面雨水排水系统的设计要点
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压力流屋面雨水系统设计6.1 系统设置 6.1.1 单个压力流雨水排水系统的最大设计汇水面积不宜大于2500m2。6.1.2 雨水斗顶面至过渡段的高差,当立管管径不大于DN75时,宜大于3m;当立管管径不小于DN90时,宜大于5m。6.1.3 绿化屋面与非绿化屋面不应合用一套压力流雨水排水系统。当两个屋面共用排水天沟时可以合用一套系统。6.1.4 同一系统的雨水斗宜设置在同一水平面上,且用于排除同一汇水区域的雨水。
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