屋面雨水排水设计要点的探究

张 勃

（中国水利水电第三工程局有限公司勘测设计研究院，陕西 西安 710005）

0 引言

在建筑给排水中，屋面雨水排水是十分重要的组成部分。随着现代建筑形态的多样化，其外观造型千姿百态、丰富多彩，这对建筑屋面雨水排水系统的设计提出了更高的要求和挑战。本文从屋面雨水系统的分类，屋面雨水的流态形式，屋面雨水系统的计算方法等方面,探析了屋面雨水系统的设计要点，以期为相关工程参考。

1 屋面雨水系统的分类及选用原则

屋面雨水系统主要由天沟（檐沟）、雨水斗、连接管、悬吊管、雨水立管、排出管以及雨水检查井等组成。

1.1 屋面雨水系统的分类

（1）按雨水管道的设置位置，屋面雨水系统可分为内排水系统、外排水系统和混合式排水系统。

（2）按雨水管道中的流态，屋面雨水系统可分为重力流雨水系统、半有压雨水系统和压力流雨水系统。

（3）按屋面排水条件可分为檐沟排水系统、天沟排水系统和无沟排水系统。

（4）按出户横管（渠）在室内部分是否存在自由水面，可分为敞开系统和密闭系统。

（5）按单根雨水立管连接的雨水斗数量可分为单斗雨水系统和多斗雨水系统。

1.2 屋面雨水系统的选用原则

屋面雨水系统应根据不同建筑的特点和要求进行选择。住宅、学校及医院等屋面较小且结构简单的建筑，一般采用重力式外排水系统；古建筑、民俗建筑、星级酒店及商业办公楼等对外观造型要求高的建筑，一般采用重力流内排水系统或压力流内排水系统；大型工厂、车间等屋面较大但级别相对较低的建筑，一般采用压力流内排水系统或压力流敞开式排水系统；车站、航站楼等屋面特大且级别要求很高的建筑,一般采用压力流内排水系统或压力流外排水系统。

2 屋面雨水系统的流态分析

2.1 重力流雨水系统

重力流雨水系统是最为常见的屋面雨水系统.其原理是雨水通过自由堰流进入雨水斗,空气掺入雨水中形成气水两相流，最后在重力作用下沿立管排出。

2.2 压力流雨水系统

压力流雨水系统是近些年运用很广泛的系统。该系统中雨水以淹没流进入压力雨水斗,该雨水斗具有带孔隙的整流罩装置,雨水通过该装置可实现气水分流,使得雨水斗上方在一段时间内有一个稳定的水面,管道中只有液相而无气相，呈满管流。

3 屋面雨水系统的计算

3.1 雨量的计算

3.1.1 雨水的流量设计

屋面雨水的流量设计可由以下公式计算[5]

3.1.2 设计降雨强度

降雨强度根据当地降雨强度公式计算，见下式[1]：

3.1.3 汇水面积计算

图1 水平屋面有效汇水面积计算

图2 球型、抛物面或坡度较大屋面有效汇水面积计算

（3）高出屋面的毗邻侧墙则需根据具体情况计算[7]。

①只有一面侧墙时,按侧墙面积的一半折算成汇水面积；

②同一排水分区内有两面相邻侧墙：

a.若两侧墙等高，按两面侧墙形成的三棱柱外侧柱面的一半折算成汇水面积，如图3 所示；b.若两面墙不等高，低墙以下部分按本条a 计算，低墙以上部分按①条计算。

图3 高出屋面的等高侧墙有效汇水面积计算

③同一排水分区内的两面相对侧墙：

两侧墙等高，不计面积；两侧墙不等高，按高出低墙上面面积的一半折算成汇水面积。

④同一排水分区内有三面墙时，最低墙顶以下的中间墙面积的一半，加上最低墙顶以上墙面有效汇水面积（按②或③计算）。

⑤同一排水分区内有四面墙时，最低墙顶以下的侧墙不计，最低墙顶以上的侧墙面积按②、③、④条计算。

综上可得出屋面雨水的设计流量，由此可确定屋面所需的雨水斗的数量1，单个雨水斗的最大泄流量0 可查阅《建筑给水排水设计规范》（GB 50015-2019）[8]。

3.2 溢流设施的计算

3.2.1 溢流量的计算

设计中,对于超出重现期的雨水,需要设计溢流口排出，一般建筑的重力流屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力，不应小于10 年重现期的雨量。重要公共建筑、高层建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力，不应小于其50 年的重现期的雨水量。

3.2.2 溢流口流量计算

（2）墙体方孔溢流量计算方法。

（3）墙体圆管溢流量计算方法如下：

（4）漏斗型管式溢流量计算方法：

3.2.3 溢流口设置高度的计算

如何设置溢流口的高度，一直以来都是设计中的难点。一般情况下，溢流口的设置高度需要考虑三个因素：结构荷载、屋面坡度以及管中流态。

在上人屋面结构设计中，允许的荷载一般为2.0kN/m2，折算成雨水量后,即屋面允许的积水厚度不超过200mm；对于不上人屋面，结构荷载一般控制在0.5kN/m2以下，即屋面允许的积水厚度不超过50mm。因此，在不增加结构成本的情况下，对于上人屋面，溢流口底部距建筑完成面，尽量小于200mm；对于不上人屋面，溢流口底部距建筑完成面，尽量小于50mm。

屋面坡度也影响溢流口的设置高度。一般建筑屋面需要根据雨水管布置的位置进行汇水面积划分，坡度为2%左右。从汇水分界线到雨水斗处的距离，具体根据实际计算，以10m 为例，此时坡降为2%×10m=200mm，这就意味着当雨水斗处雨水厚度为200mm时，汇水面积分界线最高处还未有积水，对于上人屋面来说，此时雨水斗附近的雨水厚度，已达到最大允许厚度（200mm），长期如此，会引起结构板开裂的隐患。故屋面找坡时，上人屋面一个分水区域半径不宜超过10m，不上人屋面一个分水区域半径不宜超过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，属重力流排水。赵世明等[10]的研究表明,当斗前水深超过97.6mm 时，DN100 的87 型雨水斗被完全淹没，流态变为满管压力流，已不属于重力流态。压力流对管材及屋面结构要求较高，并且住宅等一般性建筑屋面较小，重力流排水即可满足排水要求，所以对于一般性建筑，屋面溢流口的设置高度不大于100mm。车站、航站楼等按压力流设计的雨水系统，可根据其屋面能承载的结构负荷相应提高。

综上，结合屋面的结构荷载、屋面坡度及排水的流态，建议溢流口底距屋面建筑完成面100mm 为宜。

3.3 天沟尺寸的计算

一般天沟的位置以及尺寸由建筑专业人员负责设计，但为了屋面雨水排水安全流畅，给排水专业人员需要对其复核。天沟内水流的速度采用曼宁公式计算：

天沟过水断面面积计算公式如下：

通过公式（11）、（12）即可得天沟的断面面积，由此可校核建筑专业人员设计天沟尺寸是否满足要求，进一步配合深化。

4 结束语

（1）设计中应根据建筑的类型、等级，合理选择雨水系统,保证屋面雨水安全、顺利地排出。

（2）设计过程中，需要掌握雨水的流态，了解管道中的压力变化，这是材料选型、控制成本的重要依据。

（3）汇水面积的确定需要根据建筑特点详细计算，应避免漏算、多算。

（4）屋面溢流口高度应根据结构荷载、屋面坡度及排水的流态综合而得，一般溢流口底距建筑完成面100mm。

（5）设计中应复核建筑专业人员提供的天沟尺寸，保证天沟排水要求。