Глава 17. Водонапорные и регулирующие устройства § 72. Водонапорные башни

Глава 17. Водонапорные и регулирующие устройства § 72. Водонапорные башни

Полного соответствия водопотребления и подачи воды насосной станцией II подъема добиться невозможно. Для регулирования по­дачи и потребления служат водонапорные башни. Регулирующий объем бака водонапорной башни можно определять по совмещенным ступенчатым или интегральным графикам подачи и потребления воды. В первом случае он равен площади фигур, заключенных меж­ду линиями подачи воды и водопотребления. Например, на графике рис. II.39 регулирующий объем бака равен площади заштрихован­ных фигур. Во втором случае регулирующий объем бака равенсумме асболютных величин максимальной положительной и макси­мальной отрицательной разностей ординат кривых подачи и потреб­ления воды.

Рис. II.39. Ступенчатый график пода­чи и потребления воды

I — водопотребление; 2 — подача насосами

На интегральном графике рис. II.40 он равен 13,02 + + 6,14 = 19,16% среднесуточного расхода.

Рис. II.40. Интегральный график подачи и потребления воды

/ — водопотребление; 2 — подача насосами

В баке водонапорной башни должен храниться, кроме того, запас воды для тушения по­жара в первые минуты после его возникновения Таким образом, объем бака водонапорной башни должен равняться:

V=V_Р+V_П (II.30)

где V_Р — регулирующий объем бака; V_П — запас воды для тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин

Водонапорная башня состоит из следующих основных элементов: водонапорного бака, поддерживающей конструкции (ствола) и отеп­ляющего шатра вокруг бака (рис. II.41). В районах с мягким кли­матом шатры можно не устраивать, но в этом случае бак должен иметь перекрытие.

Рис. II.41. Схема оборудова­ния водонапорной башни тру­бопроводами

Вода в бак подается по трубе /, заканчивающейся на уровне наибольшего наполнения. Конец ее может быть обору­дован поплавковым клапаном 5, который автоматически закрывает подающую трубу при наполнении бака. Раздача воды из бака про­исходит по трубам / и 2. На трубе 2 устанавливают обратный клапан 3, препятствующий поступлению воды в бак по этой трубе. Конец трубы 2 располагают над дном бака и оборудуют сеткой 4 Трубу /, служащую для подачи воды в бак и разбора воды из него, называ­ют подающе-разводящей. Задвижка 10 служит для отключения водонапорной башни от сети. Для подачи воды в бак и разбора воды из него могут выполняться отдельные трубы.

Для слива воды в случае переполнения бака служит перелив­ная труба 9, заканчивающаяся в верхней части воронкой 6. К пе­реливной трубе присоединена грязевая труба 7 с задвижкой 8, пред­назначенная для периодического уда­ления скапливающегося на дне бака осадка, а также для отвода воды при промывке бака.

Водонапорный бак оборудуют уровнемером с сигнализацией на на­сосную станцию II подъема.

Для возможности осмотра бака снаружи и внутри его устанавливают лестницы.

Размеры ствола башни в плане определяются размерами опорной ча­сти бака. Расстояние между стенка­ми шатра и бака должно составлять около 0,7 м.

Водонапорные башни бывают железобетонные, кирпичные, метал­лические и деревянные.

Железобетонные водона­порные башни в конструктивном от­ношении выполняются двух типов: со стволом в виде сплошного желе­зобетонного цилиндрического стакана и со стволом из опор­ных колонн. На рис. II.42 показана водонапорная башня с ци­линдрическим стволом, а на рис. II.43 — с опорными колоннами из сборных элементов. Баки в железобетонных водонапорных баш­нях также железобетонные с вогнутым сферическим или конически-сферическим днищем (бак Интце).

Широкое распространение получили кирпичные водона­порные башни. Ствол башен выполняют из кирпича в виде цилинд­ра или многогранника, а баки с выпуклым сферическим или плос­ким днищем — из стали.

В сельских водопроводах получили распространение также м е-таллические водонапорные башни системы А. А. Рожнов-ского (рис. II.44).

Деревянные башни выполняют преимущественно на вре­менных водопроводах.

Роль водонапорных башен могут выполнять пневматические на-порно-регулирующие установки. Однако из-за больших эксплуа­тационных затрат их применяют редко.

Рис. II.42. Железобе­тонная водонапорная башня с цилиндриче­ским стволом

/ — защитная железобе­тонная оболочка; 2 —; кирпичный цоколь

Рис. II.43. Железобетонная водонапорная башня с опорой из сборных элементов

Рис. II.44. Бесшатровая сборно-металлическая водо­напорная башня (конструк­ция инж. А. А. Рожновского)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Водонапорные башни

Водонапорные башни — сооружения в системах водоснабжения, предназначенные для регулирования расхода и напора воды в водопроводной сети, создания ее запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Их используют в системах производственного, хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения промышленных объектов, сельскохозяйственных комплексов и населенных мест. Запас воды определяется вместимостью бака, интенсивность напора — высотой башни (расстоянием по вертикали от уровня поверхности земли до низа бака или его цилиндрической части). Указанные два параметра и положены в основу габаритных схем водонапорных башен; СНиП 2.09-03-85 предусмотрены следующие параметры водонапорных башен;

вместимость баков — 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300, 500 и 800 м 3 ;

высота до низа баков кратна 3 и 6 м для баков вместимостью соответственно до 50, 100 м 3 и более.

Башни с баками вместимостью до 25 м 3 включительно применяют в основном в сельскохозяйственном строительстве; 50. 300 м 3 — в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном; 500 и 800 м 3 в массовом строительстве не используют, так как типовые проекты их не разработаны.

При описании типовых проектов водонапорных башен приведена область применения башен в зависимости от климатических условий района строительства и характеристик источников водоснабжения.

Водонапорные башни оборудуют:

центральным подводяще-разводящим стояком диаметром 300. 400 мм, используемым для наполнения и опорожнения бака;

переливным стояком диаметром 150. 200 мм, предназначенным для предотвращения переполнения бака;

запорной арматурой (ручные или электрифицированные задвижки, тип которых определяется в зависимости от назначения башни и местных условий), устанавливаемой в утепленной подземной камере или в специальном колодце;

датчиками уровня воды в баке, передающими информацию на диспетчерский пункт. В качестве молниеприемника используют стальной бак, соответствующим образом заземленный.

Водонапорные башни, будучи высотными сооружениями, играют важную роль в создании архитектурного облика промышленного предприятия, промышленного узла или населенного пункта. При удачном решении башня может быть архитектурным акцентом, улучшающим облик всей окружающей застройки. Кроме того, иногда требуется возведение башни с двумя или тремя баками различной вместимости, располагаемыми на разных отметках по высоте, например, в текстильной промышленности, где наличие нескольких баков обусловлено технологией. Индивидуальные проекты разрабатывают также в тех случаях, когда параметры башни превосходят параметры башен по типовым проектам, и замена одной башни двумя или тремя экономически нецелесообразна или невозможна по требованиям технологии или решению генерального плана.

Основные конструктивные элементы водонапорных башен — бак, ствол и фундамент. До недавнего времени башни проектировали с шатрами — надстройкой, внутри которой размещали бак. Практика эксплуатации водонапорных башен показала, что устройство шатра необязательно: при наличии обмена воды в баке она не промерзает; если начинает замерзать, то на внутренней поверхности бака образуется слой льда, служащий теплоизоляцией и препятствующий дальнейшему замерзанию ее. В последние годы водонапорные башни проектируют бесшатровыми. При водоснабжении из открытых источников, а также в сложных климатических условиях (в северных районах) башни можно применять с утепленными с наружной стороны баками.

Наиболее опасные для промерзания места — центральный подводяще-разводящий стояк и узел его соединения с баком. Вследствие этого стояк проектируют утепленным, а в узле присоединения стояка к баку при сложных климатических условиях предусматривают электроподогрев.

Теплоизоляцию стояков выполняют из минераловатных плит.

Баки применяют стальные сварные, для башен массового строительства при малой вместимости баков — цилиндрические с плоским днищем, в остальных случаях — с коническим. Баки с плоским днищем устанавливают на сплошное основание с уклоном днища не менее 5 % к отводящей или сливной трубе. При необходимости создания улучшенного архитектурного решения баки могут быть сферические, конические, каплевидные и др.

В составе проекта баков предусматривают: наружную лестницу (с ограждением из дуг) для подъема на покрытие бака, люк и стремянку для спуска в бак, перильное ограждение по периметру покрытия бака; в баках — трубы для вентиляции.

Наружную и внутреннюю поверхность бака защищают от коррозии. В баках, предназначенных для хранения питьевой воды, внутреннюю поверхность покрывают противокоррозионными составами.

Баки изготовляют из стали марок ВСтЗпс2 по ГОСТ 380—71* и ВСтЗпсб-1 по ТУ 14-1-3023-80*, принимая для них листовую сталь толщиной 4. 10 мм (в зависимости от расчета).

Стволы. Их выполняют из кирпича, стали, монолитного или сборного железобетона. Традиционная форма ствола — вертикальная цилиндрическая оболочка. Типовые проекты в основном предусматривают устройство кирпичных стволов, надежных в эксплуатации, не требующих для возведения специальных монтажных механизмов и относительно недорогих.

Вместе с тем они обладают существенными недостатками , основной из них — трудоемкость возведения — обусловливает удлинение сроков строительства. Кроме того, для кладки кирпичных стволов водонапорных башен требуются каменщики высокой квалификации. Большая масса кирпичных стволов предопределяет большие транспортные и энергетические расходы.

Стальные стволы водонапорных башен применяют для башен с баками небольшой вместимости. Они представляют собой сварную цилиндрическую оболочку, которая также заполняется водой и служит дополнительной емкостью (башни системы Рожновского). Основной недостаток — большая металлоемкость и дефицит листовой стали. Кроме того, при использовании ствола в качестве дополнительной емкости, напор в сети при опорожнении башни будет уменьшаться до нуля, вследствие чего необходима дополнительная насосная станция.

Башни с монолитным железобетонным стволом представляют собой вертикальную цилиндрическую оболочку, возводимую в подвижной или переставной опалубке. Из-за отсутствия необходимого оборудования и приспособлений их почти не применяют.

Наиболее прогрессивны и экономичны по всем показателям башни со стволами из сборного железобетона. Несмотря на широкое распространение водонапорных башен в целом по стране, количество водонапорных башен строящихся в каждом отдельном районе невелико. Поэтому создание номенклатуры сборных железобетонных элементов для водонапорных башен нецелесообразно и для сборных железобетонных стволов желательно использовать элементы, применяемые для других сооружений или зданий, либо соответствующие им по опалубочным размерам.

Фундаменты. Их выполняют из монолитного бетона или железобетона, состоят они из полой цилиндрической части, в объеме которой размещается камера для запорной арматуры и круглой или кольцевой (для малых башен) фундаментной плиты. Для башен с баками небольшой вместимости камеру для запорной арматуры в отдельных случаях располагают в специальном колодце рядом с башней.

Подземная камера не отапливается, но перекрытие над ней проектируют утепленным. В камере предусматривают две трубы для вентиляции — приточной и вытяжной, с заслонками, закрываемыми в зимнее время.

Расчет башен производится на следующие нагрузки:

постоянную, включающую в себя вес конструкции бака, ствола, фундамента и грунтовой засыпки над консольной частью фундаментной плиты;

длительную от воздействия воды, заполняющей бак;

кратковременные от воздействия ветра и снега.

Типовой проект башни с кирпичным стволом.

Высота 6 и 9м, бак вместимостью 15, 25 и 50 м 3 . 1 — стальной бак. 2 — переливная труба.

3 — стальные лестницы. 4 — напорно-разводящий стояк. 5 — кирпичный ствол. 6 — железобетонный фундамент. 7 — напорный трубопровод. 8 — сливная труба.

Типовой проект башни со стальным стволом системы Рожновского.

1 — опора. 2 — бак. 3 — лестница. 4 — колодец диаметром 1500мм. 5 — переливная труба. 6 — фундамент. 7 — сливная труба. 8 — напорная труба. 9 — воздушная труба.

Общий вид башни с монолитным железобетонным стволом высотой 21, 24, 30, 36 и 42м с баком вместимостью 300м 3 .

1 — напорно-разводящий стояк. 2 — железобетонный ствол. 3 — стальной бак. 4 — стальные лестницы. 5 — переливная труба. 6 — фундамент. 7 — напорный трубопровод. 8, 9 — переливная и сливная труба соответственно.

Башня со стволом из сборных железобетонных колец и стальным баком.

1 — ствол из сборных железобетонных колец. 2 — стальной бак. 3 — переливной трубопровод. 4 — напорно-разводящий стояк. 5 — монолитный фундамент. 6- переливная спускная труба. 7 — сливная труба. 8 — наопрно-разводящий трубопровод.

Башни с рамным стволом.

а — высота ствола 12м; бак вместимостью 50м 3 .

б — высота ствола 18 м; бак вместимостью 100м 3 .

1 — подающе-отводящий трубопровод. 2 — переливной трубопровод. 3 , 4 — параллельная задвижка соответственно с электроприводом и ручная.

Общий вид экспериментальной башни с баком шаровой формы вместимостью 300м 3 .

1 — стойка рамного ствола. 2 — лестница на площадки. 3 — лестница на бак. 4 — бак шаровой формы. 5- перильное ограждение площадок — ригели пространственной рамы ствола.

Дом в водонапорной башне

Наш автор имел огромное удовольствие побеседовать с Александром Луневым – гражданином Томска, купившим старинную водонапорную башню, чтобы навеки в ней поселиться. Более двух лет Александр активно ремонтирует этот местный памятник архитектуры. Про все тонкости этого нелегкого процесса он и поведал в своем увлекательном интервью.

Александр Лунев – молодой человек из Томска, давно известный в своем городе и за его пределами своими романтическими и решительными поступками. Многие жители Томска заметили его, когда он доставлял через весь город на день рождения любимой девушке огромные связки шаров с гелием, а многим он известен благодаря своей профессиональной деятельности.

Имея экономическое образование, Александр решил, что хочет работать на радио и очень быстро овладел этой профессией. Поработав на томской станции «Радио Сибирь», он с друзьями открыл свою интернет-радиостанцию. Ютилась она в обитом ковролином подвальчике, но ведь неудобства не так заметны, когда ты одержим идеей. Сейчас работа этого проекта полностью переведена в автономный режим, а Александр поработал заместителем директора в местном интернет-провайдере, а затем перешел на работу директором в компанию по разработке ПО.

Именно поиски офиса для интернет-провайдера и привели Александра в башню! Благодаря истории с башней неутомимый романтик Лунев и известен сейчас всему интернет-сообществу. Если вы еще не знаете этой истории, рассказываем ее по порядку и надеемся, что вас она поразит и воодушевит на подвиги так же, как и нас.

В апреле 2012 года в разгаре поисков новой площади его коллега Виктор Сафронов скинул ему ссылку на сайт томской мэрии с информацией о сдаче в аренду водонапорной башни в пяти минутах от площади Южная, прямо за стадионом «Буревестник».

Расположение шикарное: с одной стороны важный транспортный узел, с другой – живописная река Томь; да и сама башня – просто детская мечта кого угодно! Однако, взвесив примерные объемы трудов и средств, которые нужно вложить в ее ремонт, ребята сделали вывод, что брать ее в аренду (за которую просили всего 20-30 тысяч рублей) совершенно нерационально.

Башню было решено выкупать! И тут началось самое интересное. Просто так выкупить башню у мэрии не получилось, Александру пришлось устраивать аукцион практически с самим собой. Аукцион – необходимая ступень при продаже памятников архитектуры, объявление о нем размещается на сайте организации продавца (в данном случае – мэрии) и в какой-нибудь местной газете. Желающих поучаствовать не нашлось, тогда Александр сам нашел второго участника, сделавшего вид, что он всегда мечтал взвалить на себя реставрацию памятника и все сопутствующие хлопоты. Перебив его ставку своей – заранее обговоренной с властями и равняющейся почти полутора миллионам рублей, счастливый обладатель томской достопримечательности попал в следующий оборот колеса бюрократической машины.

Так как в руки Александру попало архитектурное наследие, пусть и то, которому раньше особой заботы не выказывалось, новому хозяину пришлось подписать документ «Охранное обязательство по сохранению памятника культуры». Этот документ диктует владельцу определенный план действий: сначала он должен провести работу по исследованию состояния башни, потом при привлечении лицензированной экспертно-строительной компании составить «Проект реставрации и приспособления», который обошелся Александру в 300 тысяч рублей и впоследствии был одобрен и заверен департаментом культуры Томской области. Теперь бывший хозяин был спокоен за судьбу башни и передал ее на поруки Александру с чистой совестью. В случае Александра это, как уже говорилось, мэрия, но собственником памятника могли оказаться и частное лицо, и другая государственная или коммерческая структура. Например, «РЖД» или «Томскводоканал», ведь когда-то в начале XX века (постройка башни датируется 1895-ым годом) она служила для насыщения водой города и паровозов, следовавших по проходившей здесь в то время железной дороге. Но башня прослужила людям недолго, потому что спустя небольшой промежуток времени в Томске появился водопровод. После своей продолжительной безработицы, находящаяся уже в собственности мэрии, в 90-ые башня была сдана в аренду гражданам Узбекистана и, благодаря их кулинарной деятельности, приобрела новое звание – чебуречная.

Восемь месяцев Александр боролся с бюрократическими препятствиями, прежде чем башня стала его целиком и полностью. Часто приходилось сталкиваться с абсолютным нежеланием чиновников содействовать чему-то благому. Один раз услышал даже, что создает головную боль и лишнюю мороку мэрии, ведь если б башня развалилась сама, это были бы уже не их проблемы, а теперь вон сколько работы он им подкинул. Однако находились среди чиновников и такие же влюбляющиеся в красивые идеи и добрые дела энтузиасты, как сам Александр. Во многих своих интервью он выражает благодарность Михаилу Ратнеру, заместителю начальника департамента экономразвития Томска. Не стали исключением и мы, Александр рассказал, как Михаил проникся его историей и продвигал его вопрос на заседаниях томской думы и финансового департамента. А что больше всего отрадно было нам слышать от Александра, да и ему самому нам рассказывать, так это то, что ни разу за все время он не столкнулся со взяточничеством и каким-нибудь вымогательством!

Когда башня, наконец, попала к Александру, вокруг нее прежними хозяевами было понастроено шатких непрезентабельных лачужек. Не оценив такой бонус, Александр робко попросил мэрию убрать их. Предусмотрительная мэрия подстраховалась на этот случай и приписала сии архитектурные чудеса к капитальным постройкам, не подлежащим сносу. За год кипучего ремонта башни и ее окрестностей Александр на свой страх и риск разломал эти сараи, а после из своих панорамных окон довольно наблюдал, как соседи растаскивают оставшиеся доски и палки на растопку.

Александр показал нам три ролика на своем youtube-канале, снятых на разных этапах ремонта. На них видно, как быстро преображается башня и выходит на финишную прямую в становлении уютным домом. Да, в процессе ремонта он так сроднился с башней, что решил сделать из нее не офис, а свой собственный дом, в котором, надеется, согласится жить с ним его девушка. А для офиса он мечтает построить деревянную пристройку рядом с башней-домом.

Какая будет планировка у Вашего сказочного жилья?

Уже башню поделили на этажи. Всего шесть этажей плюс маленький чердачок под стыком восьмигранной крыши.

Первый этаж будет прихожей с кладовкой, второй и третий – техническими помещениями, где я буду хранить свой инструмент. Его за время нашей ремонтной деятельности накопилась уйма, от отбойного молотка до элементарного сварочного аппарата.

Четвертый этаж – последний в кирпичной части, здесь будет ванная комната с маленьким окошком, через которое как раз раньше и протягивалась труба для заправки паровозов.

Площадь на каждом этаже кирпичной части – 19 квадратных метров. А вот пол в деревянной части в два с лишним раза больше – 42 квадрата. Именно здесь располагался огромный бак с водой, которого я уже не застал. Если смотреть на башню со стороны, не заметно, что верхняя часть настолько просторнее, за счет ее восьмиугольной формы. Но в то же время и, когда находишься внутри такой комнаты, из-за этой формы особенно большой она тоже не кажется. Пятый этаж будет основной жилой комнатой, а на шестом будут спальня и еще один маленький санузел, чтобы ночами не ломать ноги по лестницам. Лестницы уже все готовы, они обычные – маршевые, а между пятым и шестым – винтовая. А вот исконную шикарную лестницу на кованых клепках на ее 119-ом году жизни пришлось распилить: метровый кусочек оставил себе на память, а остальное отдал соседям, чтобы сдали ее на металл.

О лифте не думали?

По закону в доме не может быть лифта без лестницы, так что вместо лестницы я его поставить не мог. Подумывал о внешнем лифте, но, во-первых, это не дешево, во-вторых, в нашем маленьком городке согласовать такую диковину будет очень проблематично.

А как же вы планируете утеплять башню, чтобы в ней комфортно жилось холодными томскими зимами? Теплее, наверное, нижняя – кирпичная часть?

Нет, наоборот, сейчас теплее верхняя – деревянная. Изначально в ее основе был искусно обструганный восьмигранный сруб. Вообще, удивляюсь, насколько раньше все делали добросовестно и с душой. Например, зачем водонапорной башне столько больших окон и деревянный декор по кругу? Для красоты! А мне теперь зато будет светло житься в комнате, освещенной со всех сторон! Так вот, толщина этого бруса примерно 20 см., поверх него проложил еще 10 см. современного утеплителя с мембраной и вентилируемым зазором под обшивкой вагонкой.

Уже начали работать с внешним обликом башни, обшили вагонкой два фасада. Еще надо восстанавливать окна и тот самый резной декор, красить все под цвет «старая древесина».

Но вопрос с обогревом все равно пока остается нерешенным и животрепещущим. В самом начале работы проложил в полу первого этажа греющий электрический кабель. Нагреть такую площадь электричеством будет неимоверно дорого, а другого способа еще не выбрал, так как любой из них требует больших затрат.

Внизу тут есть еще и большой подвал с тоннелями по краям, через которые раньше в башню поступала вода из Томи. Есть мысль сделать в нем и снаружи всякие технические объекты: бойлеры, очистные сооружения и тому подобное – и связать их друг с другом как раз через эти тоннели.

В своем жж Александр подробно описывает весь ход работ. В том числе есть там и интересные рассуждения о способах обогрева башни. Кстати, такие же начинающие строители могут почерпнуть у Александра много полезного опыта. Например, что подвесные балконы, при помощи которых он обшивал башню снаружи, показались ему очень надежными и удобными, ничуть не хуже строительных лесов.

Еще в жж, на своей страничке Вконтакте и на сайте, посвященном башне, Александр рассказывает, как помогают ему добрые люди со всей России. Кто-то приходит помогать в строительстве, кто-то помогает материально.

Дмитрий и Борис – альтруистичные помощники Александра.

Когда Александр стал понимать, что самому ему эту грандиозную реставрацию не осилить (уже на ремонт башни потрачено больше 2-ух миллионов), а его затея была уже широко распространена в интернете, он опубликовал данные своего киви-кошелька и был приятно удивлен, как быстро посыпались в него деньги со всей страны. За год люди прислали порядка 150 тысяч рублей, за которые хозяин башни благодарит всех бескорыстных граждан.

«Простите за селфи! За последние два дня мне на карточку добрые люди накидали денег, чтобы я утеплился. Потратил почти 10 тысяч, но купил самое клевое термобелье и самый теплый рабочий костюм. Осталось купить теплые рабочие ботинки, и я буду на 100% готов работать зимой на фасадах!»

Александр говорит, что ему было неудобно брать деньги у людей просто так, ведь он не больной, не сирота. Он предлагал давать ему их хотя бы в долгосрочный кредит, но все так же были очарованы его идеей и не думали о выгоде этого предприятия. Тогда Александр организовал на сайте башни магазин, где теперь продает всякие сувениры, футболки с башенным принтом, билеты на экскурсию по башне и даже посуточную ее аренду. Эта идея призвана рассеять комплексы Александра, связанные с перечислениями на его счет. Однако не меньшие страхи порождает мысль, что когда закончатся деньги, встанет и строительство. Мы желаем Александру, чтобы ему помогало много отзывчивых людей и чтобы сил и рвения ему хватило до того самого момента, когда башня станет семейным гнездышком мечты любого романтика. А нашим читателям – мечтать и претворять мечты в жизнь так же решительно, как Александр.

В статье использованы фотографии Александра Лунева, Дмитрия Кандинского, Олега Асратяна, Игоря Бычкова, Евгения Мыцика, Елены Лесных и Веры Сальницкой.

ВОДОНАПОРНЫЕ БАШНИ

В практике водоснабжения городов, поселков и про­изводственных предприятий очень часто прибегают ъ строительству водонапорных башен. Их назначение — ре гулировать напор воды в водопроводной сети и обеспе чивать бесперебойное снабжение водой.

Главная составная часть каждой башни — резервуар Его вместимость устанавливают в соответствии с режи мом водопотребления в сети и эксплуатации насосной станции. Высота подъема резервуара над поверхностью земли зависит от расчетного значения напора.

Режим водопотребления объектов водоснабжения чрезвычайно разнообразен, так же как и условия релье­фа местности, влияющие на оптимальное местоположе­ние напорной башни и ее высоту. Водонапорные башни весьма разнообразны по вместимости резервуаров (от 15 до 3000 м3) и по высоте опорной части (от 6 до 50 м). Различают водонапорные башни шатровые (рис. XVI.16, а), в которых резервуар заключен внутри особого строения (шатра) для поддержания теплоустойчивости работы резрвуара в условиях отрицательных температур и медленного водообмена, а в жарком климате—для предохранения питьевой воды от нагрева, и бесшатровые (рис. XVI.16, б), в которых при необходимости теплоус­тойчивая работа резервуара обеспечивается теплоизоля­цией, наносимой непосредственно на его стенки.

Сооружают башни с одним резервуаром (см. рис. XVI. 16,а, б), а также с несколькими (рис. XVI.16,в), если на объекте водоснабжения требуется вода различ­ного качества по чистоте и температуре.

Технико-экономические исследования показывают, что при одинаковой высоте и конструкции стоимость ба­шен изменяется не столь существенно с изменением вме­стимости резервуара. Так, при увеличении полезного объ­ема резервуара на 30—40 % стоимость башни возраста­ет лишь на 3—6%. Подобно этому при одинаковой вме­стимости и конструкции резервуара стоимость башен изменяется довольно плавно с изменением высоты башни.

Это облегчает типизацию водонапорных башен, поз­воляет ограничиться малым набором типоразмеров ре­зервуаров и "высот опорных конструкций. В результате технико-экономического анализа установлены следующие главные параметры типовых башен: с резервуарами вме­стимостью 25, 50, 150, 250, 500, 1000 м3, а также с опор­ными конструкциями высотой 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 м при резервуарах вместимостью 25 и 50 м3 и высотой 12, 18, 24, 30, 36, 42 м при резервуарах вместимостью 150— 1000 м3.

В настоящее время предпочитают строить башни бес — Шатрового, в крайнем случае — полушатрового типа. Это упрощает строительство, облегчает опорные конструкции, удешевляет стоимость сооружений.

Рис. XVI. 16. Разновидности во­донапорных башен

А — шатровые; б — бесшатро­вые; в — с несколькими резер­вуарами; / — резервуар; 2 — опорные конструкции; 3 — шатер

Рис. XVI.17. Разновидности ре­зервуаров водонапорных башен

А — с цилиндрической стеной н ненесущим днищем; б — со сте­ной цилиндрической вверху, конической внизу и с несущим днищем

Рис. XVI.18. Водонапорная башня с монолитной сплошной железобетонной опорой

I — крыша резервуара; 2 — утепление стены резервуа­ра; 3 — резервуар (железобе­тонный); 4—полушатер (теп­ловая галерея); 6 — железобе­тонная опора башнн; 6 — же­лезобетонный фундамент

Резервуары водонапорных башен делают железобе­тонными или стальными. Для железобетонных резервуа — •> ров наибольшей простотой отличается конструкция с ци — линдрической стеной и плоским ненесущим днищем, л< жащим на сплошном железобетонном перекрытии опорной конструкции (рис. XVI. 17,а).

Более экономичны по стоимости (на 30—40 %) и по расходу материалов резервуары с цилиндрической сте­ной, переходящей внизу в коническую с несущим днищем (рис. XVI.17,б).

Стены железобетонных резервуаров значительных размеров для обеспечения требуемой трещиностойкости должны быть предварительно напряжены. Организация работ по натяжению напрягаемой арматуры в одиноч­ных объектах на значительной высоте в неудобных ус­ловиях не всегда оправдывает себя. Этим объясняется, что нередко резервуары делают не железобетонными, а металлическими.

Опорные конструкции водонапорных башен выполня­ют преимущественно железобетонными, но при резерву­арах малого объема (25—50 м3) в зависимости от мест­ных условий — также металлическими или кирпичными. В частности, при относительно большой высоте металли­ческие опоры могут оказаться дешевле, поскольку на них по сравнению с железобетонными и кирпичными идет меньше материала, требующегося не по расчетным, а по конструктивным соображениям.

Кирпичные опоры применяют при строительстве ба­шен малой высоты (9—12 м) с резервуарами небольшой вместимости (25—50 м3) в условиях, когда местный ма­териал— кирпич — применять выгоднее, чем изготовлять железобетонные конструкции.

Железобетонные опоры башен в зависимости от усло­вий выполняют в виде сплошной монолитной цилиндри­ческой оболочки (рис. XVI. 18) или же в виде стержне­вых сборных железобетонных пространственных конст­рукций рамной (рис. XVI. 19) или сквозной сетчатой (рис. XVI.20) системы. При одинаковых средних пара­метрах башен наименьшую стоимость имеют сборные железобетонные опоры сквозного сетчатого типа. Они дешевле сплошных монолитных железобетонных опор в 1,5—2 раза и значительно дешевле кирпичных опор; сто­имость металлических опор примерно такая же, как же­лезобетонных.

На рис. XVI.18 приведена схема водонапорной башни с железобетонной опорой, представляющей монолитную оболочку, возводимую наиболее прогрессивным спосо­бом — в подвижной инвентарной опалубке. Толщину обо­лочки принимают 150 мм—минимально возможной по условию ее изготовления без разрывов в бетоне, неред-

Рис. XVI.20. Водонапорная башня со сборной железобетонной сквозной сетча­той опорой

А — общий вид; б — монтажный элемент опоры — ромбическая панель; в — то же, поясной элемент; г — сопряжение мон­тажных элементов опоры; / — монтаж­ная сварка; 2— граница бетона замоно­лнчивання

Ко образующихся в процессе перемещения щитов опа­лубки. Эта толщина примерно вдвое больше требуемой по расчету на прочность, поэтому стоимость всего соору­жения значительно возрастает. Опоры данного типа це­лесообразны при башнях большой высоты (не менее 24) и резервуарах большой вместимости (не менее 800 м3), в которых разница между толщиной оболочки, необходи­мой по производственным условиям и требуемой по рас — чету, сокращается. Ствол башни базируется на монолит­ном железобетонном фундаменте с кольцевым ребром по контуру ствола. На рис. XVI.18 показан вариант же­лезобетонного резервуара, имеющего ненесущее днище, с полушатром — отапливаемой галереей (площадкой об­служивания) и с теплоизоляцией стенки резервуара вы­ше галереи.

Рис. XVI. 19. Водона­порная башня с желе­зобетонной рамной опорой

Водонапорные башни с железобетонными рамными

Опорами (см. рис. XVI.19) по расходу материалов и стои­мости экономичнее, чем с монолитными сплошными же­лезобетонными опорами. В них на устройство опоры тре­буется почти вдвое меньше железобетона. Опоры рамно­го типа могут выполняться из сборного железобетона. Однако узловые соединения сборных элементов, в дан­ном случае отличающиеся особой ответственностью, за­трудняют монтаж, требуют повышенного качества работ н специального контроля, что ведет к удорожанию стро­ительства. Стойки споры резервуаров вместимостью не более 200 м3, как правило, размещают только по пери­метру резервуара, а при большей вместимости, если дни­ще резервуара делается ненесущим,— и под днищем. В таком решении конструкция резервуара не зависит от конструкции опоры.

Более совершенны водонапорные башни со сборными, железобетонными сквозными сетчатыми опорами (рис. XVI.20,а). Для этих опор в качестве монтажных единиц принимают ромбические стержневые (рис. XVI.20, б) и поясные (рис. XVI.20, в) элементы.

Ромбический элемент образуется из отдельных сбор­ных линейных элементов прямоугольного поперечного сечения — наклонных стоек и поясов — укрупнительной сборкой.

Во всех сборных элементах предусматривают выпус­ки арматуры для сопряжения элементов в узлах привар­кой их к стальным фасонкам. Ромбические элементы ус — танавл? івают вертикально вершинами друг к другу и сое­диняют между собой, а также с поясными элементами при помощи монтажных уголков и накладок, после чего места соединений замоноличивают бетоном (рис. XVI.20, г).

Фундамент башни железобетонный, монолитный, лен- точно-кольцевой; вместе с фундаментом выполняют сте­ны заглубленной части башни, используемой для каме­ры переключения водопроводного оборудования.

Резервуар по периметру опирается в местах узловых соединений на железобетонную опорную конструкцию.

Компоновку и вид конструкций водонапорной башни ; определяют при проектировании в каждом конкретном f случае на основании сметно-финансовых расчетов, в ко­торых принимают во внимание стоимость и технические решения не только одной башни, но и всего комплекса н сооружений строительного объекта.

Здесь рассмотрены конструкции водонапорных ба-| шен, наиболее часто применяемые в отечественной прак-5 тике строительства промышленных объектов, поселков и1 небольших городов. В крупных городах учитывают спе­цифические условия: повышенные архитектурные требо­вания, значительные размеры резервуаров, большие тех­нические возможности при возве­дении сооружения. В этих усло­виях водонапорные башни стано­вятся объектами индивидуально­го строительства.

В водонапорных башнях рас­чету подлежат конструкции ре­зервуара, опор, фундамента и шатра. Их элементы рассчитыва­ют по указаниям, приведнным в соответствующих главах книги. При расчете конструкции опоры и фундамента основными нагруз­ками служат (рис. XVI.21) давле­ние наполненного резервуара Fu вес опоры F2 и фундамента с за­сыпкой грунта на нем F3, гори­зонтальное давление ветра на шатер (резервуар) W и опору W2.

Рис. XVI.21. к расчету водонапорной башнв

Размеры подошвы фундамента устанавливают из рас­чета несущей способности основания при совместном дей­ствии продольной силы и момента, по указаниям норм проектирования оснований зданий и сооружений. Пред­варительно их можно принять на основании условного расчета башни в целом по воображаемому ее опрокиды­ванию относительно внешней грани фундамента с под­ветренной стороны (точка А на рис. XVI.21). Опрокиды­вающий момент от ветра и удерживающий момент от давления составных частей сооружения вычисляют по формулам:
і = Mv = a, (XVI. 12)

В которых правые части представляют суммы моментов [указанных усилий с соответствующими плечами относи­тельно моментной точки А. Ветровую нагрузку учитыва­ет с коэффициентом перегрузки, равным 1,3, а собствен­ный вес конструкций (резервуар считается пустым) — с пониженным коэффициентом, равным 0,9.