026-建筑排水管道水力计算器
建筑排水管道水力计算器
概述
依据 GB 50015-2019《建筑给水排水设计标准》。建筑内部排水管道水力计算，采用曼宁公式：v = (1/n)×R^(2/3)×i^(1/2)×√(8g/π)（均匀流近似）。
补充说明：塑料管n≈0.009，混凝土管n≈0.014。建筑排水管道设计流速不宜小于0.6m/s，充满度不宜大于0.5。
依据标准
- 试验/计算方法：
GB 50015-2019
- 摘要说明：依据 GB 50015-2019《建筑给水排水设计标准》。建筑内部排水管道水力计算，采用曼宁公式：v = (1/n)×R^(2/3)×i^(1/2)×√(8g/π)（均匀流近似）。
- 备注说明：塑料管n≈0.009，混凝土管n≈0.014。建筑排水管道设计流速不宜小于0.6m/s，充满度不宜大于0.5。
现行标准
| 标准/文件 | 控制值或说明 | 附注 |
| GB 50015-2019 建筑排水管道流速 | 不应小于0.6m/s | GB50015-2019.pdf |
| GB 50015-2019 建筑排水管道充满度 | 不宜大于0.5D | GB50015-2019.pdf |
计算公式
v = (1/n) \times R^{2/3} \times i^{1/2}
参数与符号
输入参数
| ID | 符号 | 名称 | 单位 | 说明 |
| n | n | 粗糙系数 | — | 0.009(PVC) |
| L | L | 管段长度 | m | 10 |
| D | D | 管道内径 | mm | 100 |
| Q | Q | 设计流量 | L/s | 5 |
| i | i | 水力坡度 | ‰ | 2.0 |
输出参数
| ID | 符号 | 名称 | 单位 | 说明 |
| v | v | 设计流速 | m/s | 设计流速 |
| R | R | 水力半径 | m | 水力半径 |
| A | A | 过流面积 | m2 | 过流面积 |
| h | h | 沿程水头损失 | m | 沿程水头损失 |
| beta | β | 充满度 | — | 充满度 |
示例数据
示例输入
| 名称 | ID | 示例值 | 单位 |
| 粗糙系数 | n | 0.009 | — |
| 管段长度 | L | 9.4766 | m |
| 管道内径 | D | 150 | mm |
| 设计流量 | Q | 5.8284 | L/s |
| 水力坡度 | i | 0.049852 | ‰ |
主要结果
| 名称 | ID | 结果值 | 单位 |
| 设计流速 | v | 8.79 | m/s |
| 水力半径 | R | 0.0375 | m |
| 过流面积 | A | 0.017671 | m2 |
| 沿程水头损失 | h | 0.00047 | m |
| 充满度 | beta | 0.03752 | — |
合规判定
以下内容为基于当前 generate() 样本执行 qualification() 的判定结果：
- 通过：管道流速不宜小于0.6m/s
- 通过：管道充满度不宜大于0.5
参考与链接
- /standards/GB50015-2019.pdf
原有补充说明
建筑排水管道水力计算器
概述
本计算器依据《建筑给水排水设计标准》GB 50015-2019 进行建筑内部排水管道水力计算，采用曼宁公式（Manning Formula）确定管道内的设计流速、水力半径、过流面积、沿程水头损失及充满度等参数。适用于住宅、商业、工业等建筑的室内排水管道水力设计校核。
计算公式
基本公式（曼宁公式）
设计流速：
$$v = \frac{1}{n} \cdot R^{\frac{2}{3}} \cdot i^{\frac{1}{2}}$$
单位说明：
- $v$ — 设计流速（m/s）
- $n$ — 曼宁粗糙系数
- $R$ — 水力半径（m），满流圆管 $R = D/4$（$D$ 为管道内径，单位 mm，结果除以 4000 转换为 m）
- $i$ — 水力坡度（‰），即管段沿程损失与管长之比
辅助参数
水力半径（满流）：
$$R = \frac{D}{4000}$$
过流面积（满流）：
$$A = \frac{\pi D^2}{4} = \frac{3.1416 \times D \times D}{4 \times 1000 \times 1000} \text{ (m}^2\text{)}$$
沿程水头损失：
$$h = \frac{i \times L}{1000}$$
充满度（近似）：
$$\beta = \frac{Q}{v \times A \times 1000}$$
公式说明
1. 曼宁公式适用于明渠及满流管道的水力计算
2. 建筑排水管道应满足：设计流速 $v \geq 0.6$ m/s，充满度 $\beta \leq 0.5$
3. 粗糙系数参考值：PVC 管 $n \approx 0.009$，混凝土管 $n \approx 0.014$
参数说明
输入参数
| 参数 | 说明 | 单位 | 参考值 |
| n | 曼宁粗糙系数 | — | PVC: 0.009, 混凝土: 0.014 |
| L | 管段长度 | m | — |
| D | 管道内径 | mm | — |
| Q | 设计流量 | L/s | — |
| i | 水力坡度 | ‰ | 一般 1～5‰ |
输出参数
| 参数 | 说明 | 单位 |
| v | 设计流速 | m/s |
| R | 水力半径 | m |
| A | 过流面积 | m² |
| h | 沿程水头损失 | m |
| β | 充满度（近似） | — |
计算示例
示例：PVC 排水立管
已知条件：
- 管道内径：D = 100 mm
- 管段长度：L = 10 m
- 设计流量：Q = 5 L/s
- 水力坡度：i = 2‰
- 粗糙系数：n = 0.009（PVC）
计算过程：
水力半径：$R = D/4000 = 100/4000 = 0.025$ m
过流面积：$A = \pi D^2 / 4 = 3.1416 \times 0.1^2 / 4 = 0.00785$ m²
设计流速（曼宁公式）：
$$v = \frac{1}{0.009} \times 0.025^{2/3} \times 0.002^{1/2} \approx 0.79 \text{ m/s}$$
沿程水头损失：$h = i \times L / 1000 = 2 \times 10 / 1000 = 0.02$ m
充满度（近似）：$\beta = Q / (v \times A \times 1000) \approx 2.0$（此值为近似，实际应按管道实际充满度查表）
结论： 设计流速约 0.79 m/s，满足 $v \geq 0.6$ m/s 的要求。
适用范围
适用场景
- 建筑内部排水管道水力设计校核
- 排水立管、横支管管径及坡度验算
- 不同管材（PVC、HDPE、铸铁管等）的粗糙系数选取
- 排水管道充满度控制
不适用场景
- 室外雨污水管道（应采用 GB 50014 室外排水设计规范）
- 虹吸式屋面雨水排水系统
- 工业废水管道（需参考行业标准）
- 矩形或非圆形断面管道（需采用水力等效直径）
符号说明
| 符号 | 名称 | 单位 | 说明 |
| $n$ | 曼宁粗糙系数 | — | PVC 管约 0.009，混凝土管约 0.014 |
| $L$ | 管段长度 | m | 计算管段的长度 |
| $D$ | 管道内径 | mm | 管道内径设计值 |
| $Q$ | 设计流量 | L/s | 管段设计流量（升/秒） |
| $i$ | 水力坡度 | ‰ | 沿程损失与管长之比（千分之） |
| $v$ | 设计流速 | m/s | 管道内水流速 |
| $R$ | 水力半径 | m | 过流断面水力半径，满流圆管 $R=D/4$ |
| $A$ | 过流面积 | m² | 管道过流断面积（满流） |
| $h$ | 沿程水头损失 | m | 管段沿程水头损失 $h=iL/1000$ |
| $\beta$ | 充满度 | — | 液深与管径之比（近似值） |
参考标准
现行标准
- GB 50015-2019《建筑给水排水设计标准》— 建筑内部排水管道水力计算基本依据
- GB 50014-2021《室外排水设计标准》— 室外雨污水管道设计参考
相关标准
- CJJ 122-2017《建筑排水管道工程技术规程》
- T/CECS 94-2019《建筑排水系统成套技术规程》
注意事项
> ⚠️ 注意：建筑排水管道设计流速不宜小于 0.6 m/s，以防止管道内污泥沉积。
> ⚠️ 注意：管道充满度不宜大于 0.5（按管顶计算），以保证排水通畅。
> ⚠️ 注意：本计算器采用满流曼宁公式，充满度 $\beta$ 为近似估算值，实际设计应参照 GB 50015-2019 规定的水力计算图表。
> ⚠️ 注意：粗糙系数取值应符合管材标准：PVC/HDPE 管 $n=0.009$，铸铁管 $n=0.013$，钢筋混凝土管 $n=0.014$。