Железобетон

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-А

Б-б

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

Пг я

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.

I5

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.

Опора в целом оказывается внецентренно сжатой от действия нагрузок F{ и F2 и изгибающего момента (от W7! и W2), достигающего наибольшего значения у фунда­мента. Если опора сплошная, то рассчитывают ее на проч­ность как единую конструкцию с большим кольцевым поперечным сечением. Рамные и сквозные сетчатые опо­ры рассчитывают как пространственные стержневые си­стемы.

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.

Коэффициент устойчивости против опрокидывания

K = Mh/M0 (XVI. 13)

.принимают не менее 1,5.