【自動計算】雨樋の排水計算｜降雨量から竪樋・軒樋のサイズを算出

まず雨水排水計画を作成する必要があります。屋根の形状、インフラの状況、竪樋の径をどこまで揃えるか等、建物ごとに個別の解があります。未作成であればここから着手してください。

雨樋のメンテナンス性も重要です。落ち葉等により詰まったりすると本来の性能が発揮されません。

雨水排水計画を参照しながら１本の竪樋が負担する最大の屋根投影面積（A）を求めます。屋根の水平投影面積だけでなく、斜めに降る雨を考慮して外壁面積の50%を加算すると安全です。

屋根面積が広い場合は負担面積を分割して複数の竪樋で排水します。マンションや工場ではスパンごと（柱の前など）に竪樋を落とすことが多いです。水上の頂点が分割ライン上に乗るように勾配を計画してください。

降雨強度（N）を設定します。基本的には設計者の判断によりますが、気象庁発行の「日本の気候表」に記載されている地域別降雨強度を１時間あたりに換算したものを参照する場合が多いです。近年の異常気象で180mm/hや210mm/hなど独自の社内基準を設けている設計事務所やデベロッパーもありますので、独断せず関係者で早期に合意形成することが望ましいです。

気象庁が観測した歴代１時間降水量ランキングを記事の下に用意しましたので、参考にしてください。

下記計算式により１本の竪樋が負担する降雨量（Q1）を求めます。

降雨量の計算式
$$ Q1=N・f・A $$ Q1：降雨量[m³/s]
N：降雨強度[m/s]
A：落とし口１ヶ所あたりの負担面積[m²]
f：流出係数（屋根の浸透性を示す係数。通常はf=1.0）

下記計算式により軒樋の排水量（Q2）を求めます。

軒樋の排水量
$$Q2=\frac{1}{K}・S・V1$$ Q2：排水量[m³/s]
K：流量安全係数（1.5）
V1：雨水排水流速[m²/s]

クッタ―の公式
$$V1=\frac{23+\frac{1}{n}+\frac{0.00155}{i}}{1+(23+\frac{0.00155}{i})・\frac{n}{\sqrt{m}}}・\sqrt{m・i}$$ n：表面粗度係数^※
i：勾配
m：平均流体深さ（径深）

※表面粗度係数とは、樋の表面素材の粗さを表す係数です。数値が小さいほど滑らかになり、流速が上がります。

平均流体深さ（径深）
$$m=\frac{S}{ℓ}$$ S：排水断面積[m²]
ℓ：潤辺^※長さ[m]

※潤辺とは、満水時に水が接する断面周長の合計で、半円型の場合「内半径×円周率」、角型の場合「幅+高さ×2」となります。

下記計算式により竪樋の排水量（Q3）を求めます。

トリチェリーの定理
$$\begin{eqnarray}Q3&=&C・A’・V2 \\ &=& C・A’・\sqrt{2gh}\end{eqnarray}$$ C：流量係数（0.6）
A’：排水断面積[m²]
g：重力加速度（9.8）[m/s²]
h：水頭高さ^※[m]

※水頭高さとは
　①勾配屋根の場合：軒樋の有効高さ
　②陸屋根の場合：防水層の有効高さ（オーバーフロー管の下端まで）

Q1≦Q2、Q1≦Q3となっていれば適合です。