屋面雨水排水設計要點的探究

張 勃

（中國水利水電第三工程局有限公司勘測設計研究院，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。隨著現代建筑形態的多樣化，其外觀造型千姿百態、豐富多彩，這對建筑屋面雨水排水系統的設計提出了更高的要求和挑戰。本文從屋面雨水系統的分類，屋面雨水的流態形式，屋面雨水系統的計算方法等方面,探析了屋面雨水系統的設計要點，以期為相關工程參考。

1 屋面雨水系統的分類及選用原則

屋面雨水系統主要由天溝（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 屋面雨水系統的分類

（1）按雨水管道的設置位置，屋面雨水系統可分為內排水系統、外排水系統和混合式排水系統。

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

（3）按屋面排水條件可分為檐溝排水系統、天溝排水系統和無溝排水系統。

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

（5）按單根雨水立管連接的雨水斗數量可分為單斗雨水系統和多斗雨水系統。

1.2 屋面雨水系統的選用原則

屋面雨水系統應根據不同建筑的特點和要求進行選擇。住宅、學校及醫院等屋面較小且結構簡單的建筑，一般采用重力式外排水系統；古建筑、民俗建筑、星級酒店及商業辦公樓等對外觀造型要求高的建筑，一般采用重力流內排水系統或壓力流內排水系統；大型工廠、車間等屋面較大但級別相對較低的建筑，一般采用壓力流內排水系統或壓力流敞開式排水系統；車站、航站樓等屋面特大且級別要求很高的建筑,一般采用壓力流內排水系統或壓力流外排水系統。

2 屋面雨水系統的流態分析

2.1 重力流雨水系統

重力流雨水系統是最為常見的屋面雨水系統.其原理是雨水通過自由堰流進入雨水斗,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

壓力流雨水系統是近些年運用很廣泛的系統。該系統中雨水以淹沒流進入壓力雨水斗,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氣水分流,使得雨水斗上方在一段時間內有一個穩定的水面,管道中只有液相而無氣相，呈滿管流。

3 屋面雨水系統的計算

3.1 雨量的計算

3.1.1 雨水的流量設計

屋面雨水的流量設計可由以下公式計算[5]

3.1.2 設計降雨強度

降雨強度根據當地降雨強度公式計算，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）高出屋面的毗鄰側墻則需根據具體情況計算[7]。

①只有一面側墻時,按側墻面積的一半折算成匯水面積；

②同一排水分區內有兩面相鄰側墻：

a.若兩側墻等高，按兩面側墻形成的三棱柱外側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 高出屋面的等高側墻有效匯水面積計算

③同一排水分區內的兩面相對側墻：

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

④同一排水分區內有三面墻時，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同一排水分區內有四面墻時，最低墻頂以下的側墻不計，最低墻頂以上的側墻面積按②、③、④條計算。

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

3.2 溢流設施的計算

3.2.1 溢流量的計算

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

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 溢流口設置高度的計算

如何設置溢流口的高度，一直以來都是設計中的難點。一般情況下，溢流口的設置高度需要考慮三個因素：結構荷載、屋面坡度以及管中流態。

在上人屋面結構設計中，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，結構荷載一般控制在0.5kN/m2以下，即屋面允許的積水厚度不超過50mm。因此，在不增加結構成本的情況下，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置高度。一般建筑屋面需要根據雨水管布置的位置進行匯水面積劃分，坡度為2%左右。從匯水分界線到雨水斗處的距離，具體根據實際計算，以10m 為例，此時坡降為2%×10m=200mm，這就意味著當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，已達到最大允許厚度（200mm），長期如此，會引起結構板開裂的隱患。故屋面找坡時，上人屋面一個分水區域半徑不宜超過10m，不上人屋面一個分水區域半徑不宜超過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,當斗前水深超過97.6mm 時，DN100 的87 型雨水斗被完全淹沒，流態變為滿管壓力流，已不屬于重力流態。壓力流對管材及屋面結構要求較高，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，屋面溢流口的設置高度不大于100mm。車站、航站樓等按壓力流設計的雨水系統，可根據其屋面能承載的結構負荷相應提高。

綜上，結合屋面的結構荷載、屋面坡度及排水的流態，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人員負責設計，但為了屋面雨水排水安全流暢，給排水專業人員需要對其復核。天溝內水流的速度采用曼寧公式計算：

天溝過水斷面面積計算公式如下：

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人員設計天溝尺寸是否滿足要求，進一步配合深化。

4 結束語

（1）設計中應根據建筑的類型、等級，合理選擇雨水系統,保證屋面雨水安全、順利地排出。

（2）設計過程中，需要掌握雨水的流態，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。

（3）匯水面積的確定需要根據建筑特點詳細計算，應避免漏算、多算。

（4）屋面溢流口高度應根據結構荷載、屋面坡度及排水的流態綜合而得，一般溢流口底距建筑完成面100mm。

（5）設計中應復核建筑專業人員提供的天溝尺寸，保證天溝排水要求。