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屋面雨水排水量计算公式的参数取值探讨

文章来源:海西给排水 发布时间:2012-01-03 10:10:20 阅读次数:7379 次 [关闭]

徐凤  朱建荣

上海建筑设计研究院有限公司

[摘要]  合理的设计屋面雨水排水系统首先需要准确的计算雨水量。本文对设计雨水量计算公式中的流量校正系数、径流系数、设计重现期、降雨历时等参数如何取值进行了分析和探讨,提出了应根据不同类型的建筑物、屋面面层的材料、天沟的造型和天沟设置位置、采用的排水方式、经济造价等因素,进行比选和分析,选择取用参数值。

[关键词] 流量校正系数    径流系数    设计重现期    屋面集水时间

1.问题的提出

随着现代建筑日新月异的发展,建筑屋面的造型千姿百态丰富多彩,随之带来了屋面雨水排水系统设计的问题。屋面雨水排水系统有重力式排水系统和虹吸式排水系统。合理的设计屋面雨水排水系统首先需要准确的计算雨水量。在雨水量计算时,应按照《建筑给水排水设计规范》规范的规定或给水排水设计手册的计算公式选取参数进行计算。但是,由于参数选取不当将会造成雨水量计算不准确,造成在设计重现期内屋面雨水来不及排除发生溢流或者是雨水管道管径偏大系统设计不合理,尤其是当采用需要精确计算雨水量的虹吸式排水系统,如果雨水量计算过大,不是偏安全,反而造成虹吸形成时间滞后。因此,准确的计算雨水量有赖于计算公式和参数的选取。

2.比较设计雨水量计算公式

2.1《建筑给水排水设计规范》 (50015-2003)第4.9节设计雨水流量公式:

    qy=qjΨF /10000  (式2.1)

式中qy?设计雨水流量(L/s);

    qj--设计降雨强度(L/s • ha);
        Ψ--径流系数;

    F--汇水面积(m2)

2.2《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》 (2003年版)第五章雨水量计算公式:

    qy=klΨqjF   (式2.2)

式中qy--屋面雨水设计流量(L/s)

    kl--流量校正系数,对于大于2.5%的屋面,取1.2~1.5.室外地面和其余屋面,取1 ;

    Ψ--径流系数;

    qj--设计降雨强度(L/s?m2);

    F--汇水面积(100 m2);

2.3高等学校推荐教材《建筑给水排水工程)(第四版)第7章第3节雨水量计算公式:

    qy =klΨq5/10000 (式2.3)

式中qy--屋面雨水设计流量(Lis)

    kl--设计重现期为一年时的屋面渲泄能力系数,屋面坡度小于2.5%时,取1.0.屋面坡

度大于等于2.5%时,取1.5~2.0;

    Ψ--径流系数;

    q5--当降雨历时为5min时的暴雨强度(L/ s • 10000 m2);

    F--汇水面积(m2);

2.4《建筑给水排水设计手册》(中国建筑工业出版社)第4章屋面雨水流量计算公式:

    qy=klFH/3600 (式2.4)

式中qy--屋面雨水流量(L/s);

     H--设计降雨强度(L/s • ha);

     kl--考虑重现期为一年和屋面蓄积能力系数,屋面坡度小于2.5%时,取1. 0,屋面坡度大于等于2. 5%时,取1. 5~2. 0;

     F--汇水面积(m2);

比较上述列出的四个版本的计算公式可见不同之处在于“k”系数和径流系数“Ψ”。式2.1中没有“k”系数,式2.2中“k”系数与屋面坡度有关,与设计重现期P无关,而在式2.3、式2.4中“k”系数与屋面坡度有关,与设计重现期P的年限有关,只有当重现期为1年时才考虑“k”系数,当重现期大于1年时不用考虑“k”系数。

3.分析思考

3.1以上海地区为例按上述公式进行计算,假如某建筑屋面的汇水面积为10000 m2,屋面坡度大于 2.5%,径流系数取0.9(参照《建筑给水排水设计规范》表4.9.6),设计重现期为5年,5min的暴雨强度q5=529(L/s? ha),雨水量计算结果见表一:

从表一中可以看出,不同的计算公式和参数对同一个屋面而言,得出不同的雨水量计算结果。

以上海地区暴雨强度强度公式: q=167*[17.812+14.668logP/(t+10.472)0.796](L/s • ha)复核表一中式2. 2计算结果,计算得出当重现期为50年,5min的暴雨强度q5=809L/s • ha,与式2.2计算得出的793L/s接近,即按式2.2计算结果约为按式2.1计算的重现期为50年的雨水量。如果取设计重现期为10年,5min的暴雨强度q5=613L/s • ha,按式2.1计算雨水量为613L/s;按式2.2计算,kl取值为1.5,雨水量为920L/s,雨水量增加了1.5倍,相当于按式2.1计算的重现期为150年的雨水量938L/s。雨水量增加所带来的问题不仅仅是增加了雨水管道的数量和排水管道的直径,而对于采用虹吸式排水系统而言带来的是不安全的因素。从屋面排水虹吸形成的发展过程和水量来分析,当降雨量未达到设计值时,管道内难以形成满流状态,难以产生虹吸作用。久而久之,排水管道内将被淤泥、垃圾所阻塞,造成排水不畅,影响排水效果。

经分析比较,笔者认为式2.1是合理的,雨水量计算不应考虑k系数。但是在工程设计中,需要根据不同类型的建筑物、屋面面层的材料、天沟的造型和天沟设置位置、采用的排水方式、经济造价等因素,进行比选和分析,参照《建筑给水排水设计规范》中表4.9.5的规定选用设计重现期P.做到合理、安全的设计雨水排水系统。

3.2随着建筑材料的不断发展,建筑屋面的表面层材料多种多样,在《屋面工程技术规范》中屋面分类有:卷材防水屋面(沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材)、涂膜防水屋面(高聚物改性沥青防水涂膜、合成高分子防水涂膜、聚合物水泥防水涂膜)、刚性防水屋面(普通细石混凝土防水层、补偿收缩混凝士防水层、钢纤维混凝土防水层)、保温隔热屋面(架空屋面、蓄水屋面、种植屋面、倒置屋面)、瓦屋面(平瓦屋面、油毡瓦屋面、金属板材屋面〉等,各种屋面表面的径流、渗水情况是不同的,所以径流系数不能简单的一概而论。《建筑给水排水设计规范》表4.9.6中给出各种屋面的径流系数为0.9.笔者认为不够全面,应根据不同的屋面材料分别列出径流系数,使设计依据更充分、更可靠。

例如,在现代的工程项目设计中,采用金属屋面的建筑物渐多,一般在金属屋面的表面涂有涂层,屋面面层光滑,雨水在面层上快边流淌至天沟,没有积水和渗流,在这种情况下.笔者认为屋面的径流系数应该取1.0。尤其是当屋面汇水面积较大时,设计雨水量乘以0.9的系数,雨水量减少了10%,相应减少了雨水管道数量或者雨水管道的管径,在设计重现期内,容易发生溢水现象。

3.3以上海地区设计暴雨强度公式q=167* [17.812+14. 668 log P/(t+10. 472) 0. 796]为例,式中有设计重现期P和屋面集水时间t. 2个设计参数。设计重现期的取值在前面己有叙述不再重复:屋面集水时间t的取值,在《建筑给水排水工程》(高等学校推荐教材第四版)第7章中描述为:我国推导暴雨强度公式所需实测降雨资料的最小时段为5min.所以屋面集水时间按5min计算。但是,笔者认为当屋面天沟位置设计恰当,屋面雨水可以快速流淌至天沟,集水时间不一定需要5min时间。同一重现期P下,采用不同屋面集水时间,得出不同的设计暴雨强度,见表二:

   

从表中可以发现t值越小. q值越大,用重现期--降雨强度曲线图表示,见图一。

由此,笔者大胆设想,针对不同的屋面实际情况,是否可以采用不同的屋面集水时间的设计暴雨强度计算雨水量?

上述是笔者在实际工程设计工作中遇到的种种问题引出的思考,还需要通过试验来测试来得出数据。

4.结语

设计人员在屋面雨水排水系统设计中应该对各个不同的工程项目的一般性和特殊性进行分析,确定计算公式中的设计参数,不能简单的悲当然的取值,避免造成排水系统设计不合理和不安全。

随着科学技术的发展,在屋面雨水排水设计中还有许多工作值得去进一步研究、探讨。

以上论点如有不当之处,请专家批评指正。



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