虹吸式雨水排水系统.ppt
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1、虹吸式雨水排水系虹吸式雨水排水系统统王锦教授北京交通大学北京交通大学2014年9月目录目录1.工作原理2.天沟计算3.系统设计4.5.维护管理 施工要求 1.1.工作原理工作原理随着时代的前进,当今建筑物正朝着随着时代的前进,当今建筑物正朝着“大面积大面积”、“大体量大体量”的方向发展。在会馆、展馆、的方向发展。在会馆、展馆、体育场馆、大型厂房及候机楼、车站、飞机库体育场馆、大型厂房及候机楼、车站、飞机库等大型工业和民用建筑中,屋面面积很大,这等大型工业和民用建筑中,屋面面积很大,这势必导致雨水管道增多,管径增大,影响建筑势必导致雨水管道增多,管径增大,影响建筑物的美观和实用。物的美观和实用。
2、1.1.工作原理工作原理 虹吸式排水系统专用的防漩涡雨水斗内有空气挡板和进水格栅,降雨过程中,雨水通过格栅,侧面进入雨水斗,当屋面汇水达到一定高度时,雨水斗内的反涡流性能将阻挡空气从外界进入,使雨水平稳流进入排水管。同时,保持一定的斗前水深,以满足虹吸现象完全隔断空气的要求。1.1.工作原理工作原理 虹吸雨水的形成过程经历三种流态,重力流、两相流、满管压力流。在降雨初期,雨水刚刚汇集,斗前水深不大,雨水斗内不能有效阻止空气进入,此时其流态为非满管流,气水逆向流动,此阶段为重力流。随暴雨的发展,雨水越聚越多,斗前水深加大,空气进入的越来越少,管道内形成断断续续的满管流和掺有气泡的满管流两相流。当
3、斗前水深达到一定高度,不再有空气掺入时,便形成满管压力流态。附壁流波浪流泡沫流满管流 1.1.工作原理工作原理 1.1.工作原理工作原理虹吸式排水系统的弊端虹吸式排水系统的弊端(1 1)极限设计法:溢流设施。)极限设计法:溢流设施。(2 2)精确地水力计算。)精确地水力计算。(3 3)立管数量少,一根立管发生故障,排水系统)立管数量少,一根立管发生故障,排水系统瘫痪。瘫痪。(4 4)虹吸所需天沟壅水高度较高,雨水斗下沉深)虹吸所需天沟壅水高度较高,雨水斗下沉深度较大。度较大。(5 5)悬吊管水平长度超过有效高差)悬吊管水平长度超过有效高差1010倍,虹吸系倍,虹吸系统不一定经济。统不一定经济。
4、(6 6)管道密闭性能要求高。)管道密闭性能要求高。虹吸式排水系统的主要参考设计规范虹吸式排水系统的主要参考设计规范(1 1)建筑给水排水设计规范(GB50015-2003,2009年版)(2)建筑与小区雨水利用工程技术规范(GB50400-2006)(3 3)虹吸式屋面雨水排水系统技术规程(中国工程建设标准化协会标准CECS183-2005)2.2.天沟计算天沟计算虹吸雨水系统的设计除系统设计外,天沟设计计算也很重要,但我国现行规范和设计行业内对虹吸雨水系统天沟计算的规定有些欠缺,没有统一的做法,使得不同设计人的计算结果相距甚远,甚至出现了天沟满水向室内漏水的情况.2.2.天沟计算天沟计算天
5、沟设计计算公式天沟设计计算公式 2.2.天沟计算天沟计算天沟设计计算公式天沟设计计算公式当天沟坡度0.003时,天沟的排水量应根据室外排水设计规范(GB50014-2006,2011年版)2.2.天沟计算天沟计算天沟设计计算公式天沟设计计算公式当天沟坡度0.003时,宜采用建筑与小区雨水利用工程技术规范(GB50400-2006)给出的以下公式计算:式中Qdg短沟设计排水量,L/s;Qlg长沟设计排水量,L/s;kdg安全系数;kdf断面系数;水流有效断面面积,mm2;S深度系数;X形状系数;Lx长沟容量系数.2.2.天沟计算天沟计算工程设计案例分析某工程为轻钢结构屋面,单坡屋面的汇水面积为某
6、工程为轻钢结构屋面,单坡屋面的汇水面积为1204250402,屋面坡度为,屋面坡度为8.6,天沟长,天沟长120,雨水设计重现期按,雨水设计重现期按10计,降雨历时计,降雨历时5min,北京地区的降雨强度为,北京地区的降雨强度为585/shm由于轻钢结构屋面表面光滑,坡度由于轻钢结构屋面表面光滑,坡度8.62.5,实际集水时间少于实际集水时间少于5min,这时降雨强度和雨水流,这时降雨强度和雨水流量大于设计值,需要考虑量大于设计值,需要考虑1.5的安全系数。故设计的安全系数。故设计雨水流量为雨水流量为1.5585504010000442(Ls)。)。2.2.天沟计算天沟计算天沟的计算方法各不相
7、同:方法一,按个虹吸雨水斗服务的汇水面积计算;方法二,天沟集水容积按天沟服务汇水面积内min的雨水量计算;方法三,按天沟所服务的汇水面积计算;方法四,按个虹吸雨水系统所服务的汇水面积计算。2.2.天沟计算天沟计算方法一:按个雨水斗所服务的汇水面积计算在天沟内均匀布置虹吸雨水斗,雨水斗间距为10,天沟内需设雨水斗数量为12010(个),则每个雨水斗所服务的汇水面积为1042420(),相应的雨水设计流量为q1.558542010000=36.86(L/s)当天沟过水断面为0.60.15时,天沟的排水量为43.66L/s36.86L/s,可以满足排水要求。2.2.天沟计算天沟计算方法二:天沟集水容
8、积按天沟所服务汇水面积内的1min雨水量计算min雨水量(即天沟集水容积)为:442L/s60s2652026.52m3,天沟长度120m,则天沟过水断面尺寸为:26.521200.22(m2),当天沟宽度为0.6m,水位高度为0.37m时,天沟的排水量为135L/s,如天沟宽度为m,则水位高度为0.22m。2.2.天沟计算天沟计算方法三:按整个天沟所服务的汇水面积计算天沟尺寸整个天沟所服务的汇水面积为5040m2,相应的雨水设计流量q=442L/s,当天沟的过水断面为1.2m0.5m时,天沟的排水量为467L/s442L/s,可以满足排水要求。2.2.天沟计算天沟计算方法四:按个虹吸雨水系统
9、所服务的汇水面积计算天沟尺寸 2.2.天沟计算天沟计算天沟计算方法合理性分析 2.2.天沟计算天沟计算天沟计算方法合理性分析对汇水面积大于5000m2的大型屋面,宜设置不少于2组的虹吸式屋面雨水排水系统。大型屋面的虹吸雨水系统通常设置多组独立的系统大型屋面的虹吸雨水系统通常设置多组独立的系统排水,排水,以个虹吸雨水系统(个雨水排出口)所服务的汇水面积乘以安全系数来计算天沟尺寸较为合理,同时不同系统的雨水斗应能交叉布置,使任不同系统的雨水斗应能交叉布置,使任何一个天沟内应至少有个雨水排水系统。何一个天沟内应至少有个雨水排水系统。2.2.天沟计算天沟计算天沟的保护高度天沟的深度包括水位深度及保护高
10、度,在计算天沟深度时,不能简单地用水位高度加上最小保护高度来确定,比如长度100m的天沟,溢流口设在天沟两端时,考虑水力坡度,天沟保护高度应大于500.003150mm,否则轻钢屋面接缝处存在漏水的可能性。所以,天沟深度的确定需综合考虑各种因素,以确保屋面雨水排水的安全性。2.2.天沟计算天沟计算虹吸式屋面雨水排水系统应设溢流口或溢流系统。虹吸式屋面雨水排水系统和溢流口或溢流系统的总排水能力,不宜小于设计重现期为50年、降雨历时5min时的设计雨水流量。2.2.天沟计算天沟计算常用的溢流措施有:设置溢流口(溢流管、溢流槽)、自然溢流、设置专用的溢流系统。根据屋面形式的不同确定相应的溢流措施,应
11、优先采用溢流口形式。当天沟较浅且设置在金属屋面外侧时,可考虑超重现期雨水漫过天沟自然溢流至室外。当条件限制无法采用以上方式时,则考虑设置专用的溢流系统,可在天沟端部设一定高度的挡水板和雨水斗,当天沟内水位超过设计水位后,溢流雨水越过挡水板,溢流雨水斗开始排水。2.2.天沟计算天沟计算溢流口计算宽顶堰(2.5/h10)溢流口Qq-设计溢流量(L/s);b-溢流口宽度;h-溢流口高度;hmax-屋面最大设计积水高度;hb-溢流口底部至屋面或雨水斗的高差。薄壁堰(/h0.65)溢流口K-堰流量系数。2.2.天沟计算天沟计算溢流口设置屋面设溢流口 2.2.天沟计算天沟计算溢流口设置侧墙设溢流口天沟一侧
12、设溢流口 3.3.系统设计系统设计伯诺里方程:系统每一点的压力计算公式:LR:沿程阻力损失,R-单位长度的阻力损失,L-管长根据给水排水设计规范GB50015-2003压力流方程式,采用海曾威廉公式:Q-流量,C-摩阻系数,dj-管道计算内径hj-局部阻力损失 3.3.系统设计系统设计沿程水头损失摩阻系数沿程水头损失摩阻系数C:压力流压力流(虹吸式虹吸式)雨水排水系统在建筑室内走管灵活,雨水排水系统在建筑室内走管灵活,管路较长,因此沿程阻力损失对系统的影响较大。不管路较长,因此沿程阻力损失对系统的影响较大。不同材质管道内表面有不同粗糙面,甚至相同管材不同同材质管道内表面有不同粗糙面,甚至相同管
13、材不同等级或不同生产厂的材料也有不同的粗糙度,所以管等级或不同生产厂的材料也有不同的粗糙度,所以管道内表面粗糙度直接影响着摩阻系数的计算结果。道内表面粗糙度直接影响着摩阻系数的计算结果。系统管道中存在大量的接口,如热熔接口、丝扣接口、系统管道中存在大量的接口,如热熔接口、丝扣接口、焊接接口、法兰接口等。技术力量强的专业公司会根焊接接口、法兰接口等。技术力量强的专业公司会根据相关数学模型公式,设计出各类或各等级管段排水据相关数学模型公式,设计出各类或各等级管段排水工况,然后根据实际测得排水能力与设计工况的差别,工况,然后根据实际测得排水能力与设计工况的差别,校正对应各类或各等级材质管道在不同接口
14、条件下系校正对应各类或各等级材质管道在不同接口条件下系统的摩阻系数。统的摩阻系数。3.3.系统设计系统设计局部阻力损失系数局部阻力损失系数从设计技术手册及规范查得的部分阻力系数值,只能用于一从设计技术手册及规范查得的部分阻力系数值,只能用于一般的粗略计算,管道及配件的精确阻力系数才可作为深化设般的粗略计算,管道及配件的精确阻力系数才可作为深化设计计算的依据。计计算的依据。压力流压力流(虹吸式虹吸式)雨水斗是厂家专利生产的产品,其局部阻力系雨水斗是厂家专利生产的产品,其局部阻力系数是通过大量测试得来,该系数也是整个系统设计中的一个数是通过大量测试得来,该系数也是整个系统设计中的一个关键参数,取值
15、必需精确。关键参数,取值必需精确。值得注意的是三通,其各支路摩阻系数并非常数,各支路之值得注意的是三通,其各支路摩阻系数并非常数,各支路之间流速、流量等会相互影响,其阻力系数更须经大量试验方间流速、流量等会相互影响,其阻力系数更须经大量试验方能准确测得。能准确测得。3.3.系统设计系统设计系系统计统计算算说说明明(1)悬悬吊管与雨水斗出口的高差吊管与雨水斗出口的高差应应大于大于1m。(2)悬悬吊管吊管设计设计流速不宜小于流速不宜小于1m/s,保,保证悬证悬吊管内无吊管内无淤泥。淤泥。(3)管道内最大管道内最大负压值负压值:钢钢管管-80kPa,塑料管,塑料管-70kPa。(4)各各节节点点压压
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