張 勃

（中國水利水電第三工程局有限公司勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710005）

0 引言

在建筑給排水中，屋面雨水排水是十分重要的組成部分。隨著現(xiàn)代建筑形態(tài)的多樣化，其外觀造型千姿百態(tài)、豐富多彩，這對建筑屋面雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。本文從屋面雨水系統(tǒng)的分類，屋面雨水的流態(tài)形式，屋面雨水系統(tǒng)的計算方法等方面,探析了屋面雨水系統(tǒng)的設(shè)計要點，以期為相關(guān)工程參考。

1 屋面雨水系統(tǒng)的分類及選用原則

屋面雨水系統(tǒng)主要由天溝（檐溝）、雨水斗、連接管、懸吊管、雨水立管、排出管以及雨水檢查井等組成。

1.1 屋面雨水系統(tǒng)的分類

（1）按雨水管道的設(shè)置位置，屋面雨水系統(tǒng)可分為內(nèi)排水系統(tǒng)、外排水系統(tǒng)和混合式排水系統(tǒng)。

（2）按雨水管道中的流態(tài)，屋面雨水系統(tǒng)可分為重力流雨水系統(tǒng)、半有壓雨水系統(tǒng)和壓力流雨水系統(tǒng)。

（3）按屋面排水條件可分為檐溝排水系統(tǒng)、天溝排水系統(tǒng)和無溝排水系統(tǒng)。

（4）按出戶橫管（渠）在室內(nèi)部分是否存在自由水面，可分為敞開系統(tǒng)和密閉系統(tǒng)。

（5）按單根雨水立管連接的雨水斗數(shù)量可分為單斗雨水系統(tǒng)和多斗雨水系統(tǒng)。

1.2 屋面雨水系統(tǒng)的選用原則

屋面雨水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同建筑的特點和要求進(jìn)行選擇。住宅、學(xué)校及醫(yī)院等屋面較小且結(jié)構(gòu)簡單的建筑，一般采用重力式外排水系統(tǒng)；古建筑、民俗建筑、星級酒店及商業(yè)辦公樓等對外觀造型要求高的建筑，一般采用重力流內(nèi)排水系統(tǒng)或壓力流內(nèi)排水系統(tǒng)；大型工廠、車間等屋面較大但級別相對較低的建筑，一般采用壓力流內(nèi)排水系統(tǒng)或壓力流敞開式排水系統(tǒng)；車站、航站樓等屋面特大且級別要求很高的建筑,一般采用壓力流內(nèi)排水系統(tǒng)或壓力流外排水系統(tǒng)。

2 屋面雨水系統(tǒng)的流態(tài)分析

2.1 重力流雨水系統(tǒng)

重力流雨水系統(tǒng)是最為常見的屋面雨水系統(tǒng).其原理是雨水通過自由堰流進(jìn)入雨水斗,空氣摻入雨水中形成氣水兩相流，最后在重力作用下沿立管排出。

2.2 壓力流雨水系統(tǒng)

壓力流雨水系統(tǒng)是近些年運用很廣泛的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中雨水以淹沒流進(jìn)入壓力雨水斗,該雨水斗具有帶孔隙的整流罩裝置,雨水通過該裝置可實現(xiàn)氣水分流,使得雨水斗上方在一段時間內(nèi)有一個穩(wěn)定的水面,管道中只有液相而無氣相，呈滿管流。

3 屋面雨水系統(tǒng)的計算

3.1 雨量的計算

3.1.1 雨水的流量設(shè)計

屋面雨水的流量設(shè)計可由以下公式計算[5]

3.1.2 設(shè)計降雨強度

降雨強度根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤陱姸裙接嬎?，見下式[1]：

3.1.3 匯水面積計算

圖1 水平屋面有效匯水面積計算

圖2 球型、拋物面或坡度較大屋面有效匯水面積計算

（3）高出屋面的毗鄰側(cè)墻則需根據(jù)具體情況計算[7]。

①只有一面?zhèn)葔r,按側(cè)墻面積的一半折算成匯水面積；

②同一排水分區(qū)內(nèi)有兩面相鄰側(cè)墻：

a.若兩側(cè)墻等高，按兩面?zhèn)葔π纬傻娜庵鈧?cè)柱面的一半折算成匯水面積，如圖3 所示；b.若兩面墻不等高，低墻以下部分按本條a 計算，低墻以上部分按①條計算。

圖3 高出屋面的等高側(cè)墻有效匯水面積計算

③同一排水分區(qū)內(nèi)的兩面相對側(cè)墻：

兩側(cè)墻等高，不計面積；兩側(cè)墻不等高，按高出低墻上面面積的一半折算成匯水面積。

④同一排水分區(qū)內(nèi)有三面墻時，最低墻頂以下的中間墻面積的一半，加上最低墻頂以上墻面有效匯水面積（按②或③計算）。

⑤同一排水分區(qū)內(nèi)有四面墻時，最低墻頂以下的側(cè)墻不計，最低墻頂以上的側(cè)墻面積按②、③、④條計算。

綜上可得出屋面雨水的設(shè)計流量，由此可確定屋面所需的雨水斗的數(shù)量1，單個雨水斗的最大泄流量0 可查閱《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015-2019）[8]。

3.2 溢流設(shè)施的計算

3.2.1 溢流量的計算

設(shè)計中,對于超出重現(xiàn)期的雨水,需要設(shè)計溢流口排出，一般建筑的重力流屋面雨水排水工程與溢流設(shè)施的總排水能力，不應(yīng)小于10 年重現(xiàn)期的雨量。重要公共建筑、高層建筑的屋面雨水排水工程與溢流設(shè)施的總排水能力，不應(yīng)小于其50 年的重現(xiàn)期的雨水量。

3.2.2 溢流口流量計算

（2）墻體方孔溢流量計算方法。

（3）墻體圓管溢流量計算方法如下：

（4）漏斗型管式溢流量計算方法：

3.2.3 溢流口設(shè)置高度的計算

如何設(shè)置溢流口的高度，一直以來都是設(shè)計中的難點。一般情況下，溢流口的設(shè)置高度需要考慮三個因素：結(jié)構(gòu)荷載、屋面坡度以及管中流態(tài)。

在上人屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，允許的荷載一般為2.0kN/m2，折算成雨水量后,即屋面允許的積水厚度不超過200mm；對于不上人屋面，結(jié)構(gòu)荷載一般控制在0.5kN/m2以下，即屋面允許的積水厚度不超過50mm。因此，在不增加結(jié)構(gòu)成本的情況下，對于上人屋面，溢流口底部距建筑完成面，盡量小于200mm；對于不上人屋面，溢流口底部距建筑完成面，盡量小于50mm。

屋面坡度也影響溢流口的設(shè)置高度。一般建筑屋面需要根據(jù)雨水管布置的位置進(jìn)行匯水面積劃分，坡度為2%左右。從匯水分界線到雨水斗處的距離，具體根據(jù)實際計算，以10m 為例，此時坡降為2%×10m=200mm，這就意味著當(dāng)雨水斗處雨水厚度為200mm時，匯水面積分界線最高處還未有積水，對于上人屋面來說，此時雨水斗附近的雨水厚度，已達(dá)到最大允許厚度（200mm），長期如此，會引起結(jié)構(gòu)板開裂的隱患。故屋面找坡時，上人屋面一個分水區(qū)域半徑不宜超過10m，不上人屋面一個分水區(qū)域半徑不宜超過2.5m。

住宅等一般性建筑屋面雨水多采用65 型或87 型雨水斗，屬重力流排水。趙世明等[10]的研究表明,當(dāng)斗前水深超過97.6mm 時，DN100 的87 型雨水斗被完全淹沒，流態(tài)變?yōu)闈M管壓力流，已不屬于重力流態(tài)。壓力流對管材及屋面結(jié)構(gòu)要求較高，并且住宅等一般性建筑屋面較小，重力流排水即可滿足排水要求，所以對于一般性建筑，屋面溢流口的設(shè)置高度不大于100mm。車站、航站樓等按壓力流設(shè)計的雨水系統(tǒng)，可根據(jù)其屋面能承載的結(jié)構(gòu)負(fù)荷相應(yīng)提高。

綜上，結(jié)合屋面的結(jié)構(gòu)荷載、屋面坡度及排水的流態(tài)，建議溢流口底距屋面建筑完成面100mm 為宜。

3.3 天溝尺寸的計算

一般天溝的位置以及尺寸由建筑專業(yè)人員負(fù)責(zé)設(shè)計，但為了屋面雨水排水安全流暢，給排水專業(yè)人員需要對其復(fù)核。天溝內(nèi)水流的速度采用曼寧公式計算：

天溝過水?dāng)嗝婷娣e計算公式如下：

通過公式（11）、（12）即可得天溝的斷面面積，由此可校核建筑專業(yè)人員設(shè)計天溝尺寸是否滿足要求，進(jìn)一步配合深化。

4 結(jié)束語

（1）設(shè)計中應(yīng)根據(jù)建筑的類型、等級，合理選擇雨水系統(tǒng),保證屋面雨水安全、順利地排出。

（2）設(shè)計過程中，需要掌握雨水的流態(tài)，了解管道中的壓力變化，這是材料選型、控制成本的重要依據(jù)。

（3）匯水面積的確定需要根據(jù)建筑特點詳細(xì)計算，應(yīng)避免漏算、多算。

（4）屋面溢流口高度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載、屋面坡度及排水的流態(tài)綜合而得，一般溢流口底距建筑完成面100mm。

（5）設(shè)計中應(yīng)復(fù)核建筑專業(yè)人員提供的天溝尺寸，保證天溝排水要求。