Лекция 14. Внутренние водостоки
14.1. Классификация и устройство внутренних водостоков
Внутренние водостоки обеспечивают отвод дождевых и талых вод с кровель зданий как при положительных, так и при отрицательных температурах.
Водостоки состоят из : водосточных воронок, отводных трубопроводов(стояков, коллекторов, выпусков) и устройств для осмотра и прочистки (ревизий, прочистки, смотровых колодцев).
В зависимости от расположения отводных трубопроводов водостоки бывают с наружными стояками и внутренними трубопроводами.
Кровли оборудуют из расчета свободного стока воды к приемным воронкам.
Выпуски могут быть открытые и закрытые.
Через открытый выпуск сбрасывают воду на поверхность земли на отмостку и далее в лотки или кюветы. Он располагается на высоте не менее 200 мм от земли.
Закрытый выпуск применяют при наличии внутриквартальной дождевой или общесплавной канализации.
Водостоки с наружным расположением трубопроводов имеют ряд недостатков.
1. При отрицательных температурах происходит обмерзание воронок и стояков с разрушением трубопроводов.
2. Как следствие – портится вид стен здания и возникают аварийные ситуации.
Большинство современных жилых, общественных зданий имеют плоскую крышу, поэтому наибольшее распространение получили внутренние водостоки с внутренним расположением трубопроводов.
Схемы внутренних водостоков делятся на перпендикулярную и пересеченную.
Перпендикулярная схема состоит из воронки, стояка и выпуска.
При пересеченной схеме несколько стояков объединяются отводным трубопроводом или коллектором и имеют один выпуск. Бывают две схемы: с подвесным коллектором и с подземным коллектором.
Внутренние водостоки служат еще и для отвода талого снега. Снег тает при создании соответствующего теплового режима и отводится в хозбытовую канализацию.
При проектировании водостоков следует предусматривать мероприятия по предотвращению обмерзания трубопроводов и приемных воронок. С этой целью стояки желательно располагать в помещениях с положительной температурой. В жилых домах стояки устанавливают в лестничных клетках у стен, не смежных с жилыми комнатами.
В неотапливаемых помещениях промпредприятий предусматривают обогрев стояков: располагая рядом стояки горячего водоснабжения; используя электрообогрев; применяя обогрев с помощью пара.
При устройстве открытого выпуска холодный воздух проникает в трубопровод и вызывает обмерзание труб, поэтому открытые выпуски оборудуются гидрозатвороми глубиной 100 мм. Теплый воздух канализации обогревает стояк водостока.
Пропускная способность водосточной системы во многом определяется конструкцией и гидравлическим режимом работы приемной воронки.
По конструкции воронки бывают плоским и колпаковыми. Плоские воронки применяются на плоских эксплутируемых крышах. Колпаковые воронки применяют на плоских и скатных неэксплуатируемых крышах.
Для жилых и общественных зданий с плоскими неэксплуатируемыми кровлями применяют воронки типа Вр 7, для промзданий – Вр 9, для эксплуатируемых кровель – Вр 10 (плоские с решеткой). Для кровель, заполняемых водой - Вр8. Применяют воронки со струевыпрямителями - ВВ5 и ВВ.
Воронки выпускают с диаметрами 35, 92, 100, 150 и 200 мм. В отечественной практике находят применение и воронки импортного производства, размеры которых соответствуют национальным и международным стандартам.
Водосточные воронки на кровле размещают с учетом рельефа кровли, пропускной способности воронки и конструкции здания.
Максимальное расстояние между воронками – 48 м. В жилых и общественных зданиях на каждую секцию допускается устанавливать одну воронку.
Две воронки на разных уровнях можно присоединять к одному стояку в зависимости от максимально допускаемого расхода в стояке [3, табл.10]: при диаметре стояка 85 – 200 мм его расход колеблется от 10 до 80 л/с.
Воронки к стоякам присоединяются с помощью компенсационных раструбов с эластичной заделкой.
14.2. Гидравлический режим водостоков
Режим работы водостоков во многом определяется гидравлическим режимом воронок. Различают четыре режима воронок в зависимости от глубины воды над воронкой h. При небольшой глубине воды h1 на крыше образуется безнапорный кольцевой режим движения в конус сливного патрубка длиной 2-5 его диаметров. При этом расход стока составляет
Q = mD(2g)1/2h3/2,
где m – коэффициент расхода воронки;
D - внутренний диаметр воронки;
H - высота слоя воды у воронки.
При увеличении слоя воды до h2 , на стояке, начиная с длины (10 - 12)Dст , кольцевой поток смыкается. Образуется сплошной напорный поток водовоздушной смеси. При этом расход будет зависеть от высоты стояка и гидравлического сопротивления.
Дальнейшее увеличение слоя воды у воронки приводит к образованию в ней вихревого потока водовоздушной смеси. Этот поток, то смыкаясь, то размыкаясь при подсосе воздуха, создает в стояке вибрационные толчки, приводящие к снижению производительности стояка.
При критической глубине слоя воды hкр подсос воздуха прекращается и наступает напорный режим движения воды. Система водостока приобретает максимальную пропускную способность, которая определяется геометрической высотой воды в системе (от уровня воды над воронкой до оси выпуска):
где H - располагаемый напор, м;
I - гидравлический уклон;
L - длина водосточной трубы, м;
rm - удельное местное сопротивление м·с2/л2 при = 1; при dу = 75 - 250 мм - rm·10-5 = 260 – 2,1;
∑ξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений фасонных частей, воронки и выпуска;
Qв - расход ливневой воды в л/с.
Критический слой воды над приёмной воронкой, мм:
hкр = 0,665dст - 18,
где dст -внутренний диаметр стояка, мм.
Критический расход дождевых вод на одну воронку, л/с:
Qкр = 635hкр5/2g3/2,
где g – ускорение свободного падения. 9,81 м/с2.
Допустимый максимальный расход дождевых вод составляет 30% критического. Для водосточной воронки можно принять расход 4; 9,6; 19,5 л/с для диаметров воронки соответственно 85,100,150 мм.
Пропускную способность водостоков можно определить двумя способами:
- по критическому расходу;
- по располагаемому напору.
Первый способ
Назначают число воронок и весь расход делят на число воронок:
Qв = Q/n.
Если Qкр > Qв, то расчет выполнен верно.
Второй способ
Определяют потери напора в системе при расчетном расходе и напорном движении воды:
h =il + rm∑ξ.
Если располагаемый напор не меньше h, то система расчитана верно. В противном случае увеличивается диаметр стояка и отводных трубопроводов с учетом пропускной способности воронки.
Расход воды с кровли определяют в зависимости от уклона кровли.
Для плоских кровель с уклоном 1,5%:
Q = Fq20.
Для скатных кровель с i>1,5%:
Q = kFq5,
q5 = 4nq20,
где k - коэффициент, учитывающий аккумулирующую способность кровли:
k =1,0 при q20 ≤ 90;
k =1,5 при q20 > 90;
k =2,0 при q20 >150;
q20 - интенсивность дождя продолжительностью 20 минут при периоде однократного превышения расчётной интенсивности дождя, равной 1 году, л/(с·га), принимают по [15]. При отсутствии данных в СНиП q20 можно найти по формуле:
q20 = 0,071H0(d)1/2,
где Н0 – среднегодовое количество атмосферных осадков, мм;
d - средний за 5 лет дефицит влажности.
14.3.Конструкция водостоков
Водостоки выполняются из чугунных (безнапорных и напорных), асбестоцементных, бетонных, ж/б, керамических и пластмассовых труб. Стальные трубы применяют только на подвесных сетях при вибрационных нагрузках на сеть.
Отводные трубы, соединяющие воронки, прокладывают на чердаках, технических этажах, в пространстве между фермами на расстоянии 1-1,5 м от кровли.
Диаметр отводных подвесных труб больше диаметра воронок. i ≥ 0,005. Сборные трубопроводы прокладывают в земле, в канале, в подвале с расчетным уклоном.
Минимальный уклон труб зависит от их диаметра.
Ø 100 150 200
i 0,008 0,005 0,004
Пересечение труб с фундаментом производится аналогично канализационным. Гидрозатвор размещают подальше от наружной стены в зоне положительных температур.
Ревизии и прочистки устанавливают так же, как и в канализации. На горизонтальных участках для труб диаметром 100 -150 мм: прочистки - через 15 м; ревизии - через 20 м. Для диаметра 200 мм ревизии – через 20 м.
Наибольшая длина от оси прочистки или стояка до оси смотрового колодца на наружной сети - не более 15 м для труб диаметром 100-150 мм и 20 м для труб диаметром 200 мм и более.
Чугунные трубы прокладывают на глубине не менее 0,4 м для бетонных, цементных и асфальтобетонных полов, 0,7 м для земляных, щебеночных и других полов. Асбестоцементные, железобетоные, керамические трубы прокладывают на глубине 0,6 – 1 м. В местах перемещения тяжелых грузов по полу укладывают напорные трубы на глубину ≥1м от пола. Трубы располагают выше фундамента колонн. Если трубы располагаются ниже фундамента, то они прокладываются на расстоянии от фундамента l ≥ 2(Hф - Hтр).
Смотровые колодцы устраивают на сети внутри цехов так же, как и в дворовой канализации.
Отводные трубопроводы и выпуски рассчитываются как канализационные трубы с наполнением не более 0,8 – 0,9 и скорость движения 0,7 - 5 м/с.