项目背景
某工程位于河北唐山，结构形式为双坡门式钢架结构，坐东朝西，东西长度33米，南北跨度17米，屋面采用压型钢板金属屋面，坡度比5%，防水等级为二级。排水采用内天沟有组织排水，南北两侧设排水沟，由东向西排水，长度33米，中间不设雨水管。暂定选用3mm厚钢板矩形截面凹槽天沟，坡度为1‰，设计天沟断面尺寸及验算排水量是否满足要求？
一.根据《建筑屋面雨水排水系统技术规程》CJJ 142-2014计算
1.排水沟截面选取
第4.2.3 集水沟的沟宽和有效水深宜按水力最优矩形截面确定。沟的有效深度不应小于设计水深加保护高度；压力流排水系统的集水沟有效深度不宜小于250mm。
第4.2.4 集水沟的最小保护高度应符合表4.2.4中的规定。
第4.2.5 集水沟净宽不宜小于300mm，纵向坡度不宜小于0.003；金属屋面的金属集水沟可无坡度。
根据以上规定并结合工程特点，选取截面尺寸为宽度450mm，高度250mm（设计积水深度170mm）的矩形截面天沟。
2.雨水径流计算
3.3.1 汇水面雨水设计流量应按下式计算：
3.3.2 各种汇水面的径流系数宜按表3.3.2的规定确定，不同汇水面的平均径流系数应按加权平均进行计算。
3.3.3 各汇水面积应按汇水面水平投影面积计算并应符合下列规定：
1 高出汇水面积有侧墙时，应附加侧墙的汇水面积，计算方法应符合现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015的有关规定；
2 球形、抛物线形或斜坡较大的汇水面，其汇水面积应附加汇水面竖向投影面积的50％。
3.3.4 设计暴雨强度应按下式计算：
3.集水沟计算
4.2.1 集水沟的过水断面积应根据汇水面积的设计流量按下式计算：
4.2.2 集水沟的设计水深应根据屋面的汇水面积、沟的坡度及宽度、雨水斗的斗前水深确定。排水系统的集水沟分水线处最小深度不应小于100mm。
4.2.3 集水沟的沟宽和有效水深宜按水力最优矩形截面确定。沟的有效深度不应小于设计水深加保护高度；压力流排水系统的集水沟有效深度不宜小于250mm。
4.2.4 集水沟的最小保护高度应符合表4.2.4中的规定。
4.2.5 集水沟净宽不宜小于300mm，纵向坡度不宜小于0．003；金属屋面的金属集水沟可无坡度。
4.2.6 集水沟宽度应符合雨水斗安装要求，压力流排水系统应保证雨水斗空气挡罩最外端距离沟壁距离不小于100mm，可在雨水斗处局部加宽集水沟；混凝土屋面集水沟沟底落差不应大于200mm，金属屋面集水沟可不大于100mm。
4.2.7 集水沟内水流速度应按下式计算：
注：水力半径是水力学中的一个专有名称，指某输水断面的过流面积与水体接触的输水管道边长（即湿周）之比，与断面形状有关，常用于计算渠道隧道的输水能力。水力半径计算公式：R=A/χ。
4.2.8 严寒地区不宜采用平坡集水沟。
4.2.9 水平短沟设计排水流量可按下式计算：
4.2.10 水平长沟的设计排水流量可按下式计算：
4.2.11 当集水沟有大于10°的转角时，计算的排水能力折减系数应取0.85。
4.2.12 当集水沟的坡度小于等于0.003时，可按平沟设计。
4.计算分析：
q——设计暴雨强度：
P——设计重现期(年)；
根据背景资料，查的唐山地区50年重现期降雨强度值为882L／s·hm2，
k——汇水系数，本工程取1.5；
Ψm——径流系数：金属屋面的雨水径流系数可取1.0，
F——汇水面积：=33*8.5=280.5m2=0.02805hm2
Qs——雨水设计流量:=1.5*1*882*0.02805=37.11L/s
Az——天沟断面面积：=0.45*0.17=0.0765m2
n——粗糙系数：查的表4.2.3得0.012
R——水力半径：R= A / χ=0.0765/0.79=0.0968
I——水力坡降：0.001
u——天沟的水流速度：
u=1/0.012*（0.0968）2/3*（0.001）1/2=0.556m/s
天沟的排水能力=0.0765*0.556=0.04253m3/s=42.53L/s
结论：天沟排水能力为42.53L/s，大于天沟所负担的雨水量37.11L/s，因此天沟断面及排水量可以满足要求。
二.根据《室外排水设计标准》GB 50014-2021规范计算
1.排水沟截面选取
结合工程特点，选取截面尺寸为宽度450mm，高度250mm（设计积水深度170mm）的矩形截面天沟。
2.计算建筑屋面雨水流量
4.1.7 当采用推理公式法时，排水管渠的雨水设计流量应按下式计算。当汇水面积超过2km2时，应考虑区域降雨和地面渗透性能的时空分布不均匀性和管网汇流过程等因素，采用数学模型法确定雨水设计流量。
注：当有允许排入雨水管道的生产废水排入雨水管道时，应将其水量计算在内。
3.水利计算
5.2.1 排水管渠的流量应按下式计算：
5.2.2 恒定流条件下排水管渠的流速应按下式计算：
注：水力半径是水力学中的一个专有名称，指某输水断面的过流面积与水体接触的输水管道边长（即湿周）之比，与断面形状有关，常用于计算渠道隧道的输水能力。水力半径计算公式：R=A/χ。
5.2.3 排水管渠粗糙系数宜按表5.2.3的规定取值。
4.计算分析：
q——设计暴雨强度：
P——设计重现期(年)；
根据背景资料，查的唐山地区50年重现期降雨强度值为882L／s·hm2，
Ψ——径流系数：金属屋面的雨水径流系数可取1.0，
F——汇水面积：=33*8.5=280.5m2=0.02805hm2
Qs——雨水设计流量:=882*1*0.02805=24.74L/s
Az——天沟断面面积：=0.45*0.17=0.0765m2
n——粗糙系数：查的表4.2.3得0.012
R——水力半径：R= A / χ=0.0765/0.79=0.0968
I——水力坡降：0.001
u——天沟的水流速度：
u=1/0.012*（0.0968）2/3*（0.001）1/2=0.556m/s
天沟的排水能力=0.0765*0.556=0.04253m3/s=42.53L/s
结论：天沟排水能力为42.53L/s，大于天沟所负担的雨水量24.74L/s，因此天沟断面及排水量可以满足要求。
三.根据《建筑给水排水设计标准》GB 50015-2019规范计算
1.排水沟截面选取
5.2.9天沟宽度不宜小于300mm，并应满足雨水斗安装要求，坡度不宜小于0.003。
5.2.10 天沟的设计水深应根据屋面的汇水面积、天沟坡度、天沟宽度、屋面构造和材质、雨水斗的斗前水深、天沟溢流水位确定。排水系统有坡度的檐沟、天沟分水线处最小有效深度不应小于100mm。
结合工程特点，选取截面尺寸为宽度450mm，高度250mm（设计积水深度170mm）的矩形截面天沟。
2.水力计算
4.5.4 排水横管的水力计算，应按下列公式计算：
式中：A——管道在设计充满度的过水断面(m2)；
υ——速度(m/s)；
R——水力半径(m)；
I——水力坡度，采用排水管的坡度；
n——管渠粗糙系数，塑料管取0.009、铸铁管取0.013、钢管取0.012。
注：水力半径是水力学中的一个专有名称，指某输水断面的过流面积与水体接触的输水管道边长（即湿周）之比，与断面形状有关，常用于计算渠道隧道的输水能力。水力半径计算公式：R=A/χ。
3.计算建筑屋面雨水流量
5.2.1 建筑屋面设计雨水流量应按下式计算：
式中：qy——设计雨水流量(L／s)，当坡度大于2.5％的斜屋面或采用内檐沟集水时，设计雨水流量应乘以系数1.5；
qj——设计暴雨强度[L／(s·hm2)]；
ψ——径流系数；
Fw——汇水面积(m2)。
5.2.6 屋面的雨水径流系数可取1.0，当采用屋面绿化时，应按绿化面积和相关规范选取径流系数。
5.2.7 屋面的汇水面积应按屋面水平投影面积计算。高出裙房屋面的毗邻侧墙，应附加其最大受雨面正投影的1/2计算。窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道应附加其高出部分侧墙面积的1/2。
4.计算分析：
根据背景资料，查的唐山地区50年重现期降雨强度值为882L/s·hm2，
Ψ——径流系数：金属屋面的雨水径流系数可取1.0，
Fw——汇水面积：=33*8.5=280.5m2
qy——设计雨水流量:=882*1*280.5/10000*1.5=37.11L/s
A——管道在设计充满度的过水断面：=0.45*0.17=0.0765m2
n——粗糙系数：钢管取0.012
R——水力半径：R= A / χ=0.0765/0.79=0.0968
I——水力坡度：0.001
υ——速度(m/s)：
u=1/0.012*（0.0968）2/3*（0.001）1/2=0.556m/s
天沟的排水能力=0.0765*0.556=0.04253m3/s=42.53L/s
结论：天沟排水能力为42.53L/s，大于天沟所负担的雨水量37.11L/s，因此天沟断面及排水量可以满足要求。
案例
天沟材料要求
本工程屋面体系屋面排水天沟主材为不锈钢，厚度：3.0mm，材质为SUS316，制作成凹槽形。屋面天沟伸缩缝每两个雨水斗中间设置一道伸缩缝及集水井，集水井尺寸200*350*800mm。屋面天沟伸缩缝盖板，端头板与天沟板材质相同。天沟伸缩缝一侧天沟采用端头板封堵，搭接处采用氩弧焊接；天沟伸缩缝另一侧天沟与伸缩缝盖板搭接处采用氩弧焊接。
不锈钢天沟的主要构造层包括：
1.3mm厚SUS316型不锈钢板
2.型钢龙骨支撑部分
3.天沟保温采用容重120kg/m3保温岩棉，岩棉厚度与天沟骨架尺寸相同
4.不锈钢天沟主体部分
5.与天沟配合部分包括：虹吸排水
6.在天沟和型钢的连接处应垫有防火、耐腐的柔性绝缘垫块
天沟伸缩缝：为保证天沟不会受热胀冷缩因素引起的破损，不锈钢天沟必须设置伸缩缝，将天沟分断成若干段。
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