Водонапорные башни

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. КОНСТРУКЦИИ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН                                        3

2. РАСЧЁТ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН                                                     10

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                                               12

 

 

1. КОНСТРУКЦИИ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН

 

В практике водоснабжения городов, поселков и производственных предприятий очень часто прибегают к строительству водонапорных башен. Их назначение – регулировать напор воды в водопроводной сети и обеспечивать бесперебойное снабжение водой.

Главная составная часть каждой башни – резервуар. Его вместимость устанавливают в соответствии с режимом водопотребления в сети и эксплуатации насосной станции. Высота подъёма резервуара над поверхностью земли зависит от расчётного значения напора.

Режим водопотребления объектов водоснабжения  чрезвычайно разнообразен, так же как и условия рельефа местности, влияющие на оптимальное местоположение напорной башни и её высоту. Водонапорные башни весьма разнообразны по вместимости резервуаров () и по высоте опорной части (). Различают водонапорные башни шатровые (рис. 1, а), в которых резервуар заключён внутри особого строения (шатра) для поддержания теплоустойчивости работы резервуара в условиях отрицательных температур и медленного водообмена, а в жарком климате — для предохранения питьевой воды от нагрева, и бесшатровые (рис 1, б), в которых при необходимости теплоустойчивая работа резервуара обеспечивается теплоизоляцией, наносимой непосредственно на его стенки.

Рис. 1 –  Разновидности водонапорных башен:

а – шатровые; б – бесшатровые; в – с несколькими резервуарами;

1 – резервуар; 2 – опорные конструкции; 3 - шатёр

Сооружают башни с одним резервуаром (рис. 1, а, б), а также с несколькими (рис. 1, 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 стоимость башни возрастает лишь на . 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 , а также с опорными конструкциями высотой при резервуарах вместимостью и высотой

  при резервуарах вместимостью  .

Резервуары водонапорных башен  делают железобетонными или стальными. Для железобетонных резервуаров наибольшей простотой отличается конструкция с цилиндрической стеной и плоским ненесущим днищем, лежащим на сплошном железобетонном перекрытии опорной конструкции (рис. 2, а).

Рис. 2 –  Разновидности резервуаров водонапорных башен:

а – с  цилиндрической стеной и несущим  днищем; б – со стеной цилиндрической вверху, конической внизу и с несущим днищем

Более экономичны по стоимости и по расходу материалов резервуары с цилиндрической стеной, переходящей внизу в коническую с несущим днищем (рис. 2, 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 () в зависимости от местных условий – также металлическими или кирпичными.

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

Железобетонные опоры башен  выполняют в виде сплошной монолитной цилиндрической оболочки (рис. 3) или же в виде стержневых сборных железобетонных пространственных конструкций рамной (рис. 4) либо сквозной сетчатой (рис. 5) системы. При одинаковых средних параметрах башен наименьшую стоимость имеют сборные железобетонные опоры сквозного сетчатого типа.

Рис. 3 –  Водонапорная башня с монолитной сплошной ж/б опорой:

1 – крыша  резервуара; 2 – утепление стены резервуара; 3 – резервуар (железобетонный); 4 – полушатёр (тепловая галерея), 5 – железобетонная опора башни; 6 – железобетонный фундамент

Рис. 4 –  Водонапорная башня с ж/б рамной опорой

Рис. 5 –  Водонапорная башня со сборной ж/б сквозной сетчатой опорой:

а – общий вид; б – монтажный элемент опоры – ромбическая панель;

в – сопряжение монтажных элементов опоры; 1 – монтажная сварка; 2 – граница бетона замоноличивания

 

На рис. 3 приведена схема водонапорной башни с железобетонной опорой, представляющей монолитную оболочку, возводимую наиболее прогрессивным способом — в подвижной инвентарной опалубке. Она выполнена с несущим днищем, с полушатром – отапливаемой галереей (площадкой обслуживания) и с теплоизоляцией стенки резервуара выше галереи. Толщину оболочки принимают – минимально возможной по условию её изготовления без разрывов в бетоне, нередко 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 ) и резервуарах большой вместимости (не менее ), в которых разница между толщиной оболочки, необходимой по производственным условиям и требуемой по расчёту, сокращается. Ствол башни базируется на монолитном железобетонном фундаменте с кольцевым ребром по контуру ствола.

Водонапорные башни с железобетонными  рамными опорами (рис. 4) 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 можно выполнять из сборного железобетона. Однако узловые соединения сборных элементов, в данном случае отличающиеся особой ответственностью, затрудняют монтаж, требуют повышенного качества работ и специального контроля, что ведёт к удорожанию строительства. Стойки опоры резервуаров вместимостью не более , как правило, размещают только по периметру резервуара, а при большей вместимости, если днище резервуара делается ненесущим – и под днищем. При таком решении конструкция резервуара не зависит от конструкции опоры.

Более совершенны водонапорные башни  со сборными железобетонными сквозными сетчатыми опорами (рис. 5). Для этих опор в качестве монтажных единиц принимают ромбические элементы, которые образуют 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 устанавливают вертикально вершинами друг к другу и соединяют между собой, а также с поясными элементами с помощью монтажных уголков и накладок, после чего места соединений замоноличивают бетоном.

Фундамент башни — железобетонный, монолитный, ленточно-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.

2. РАСЧЁТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПОДПОРНЫХ  СТЕН

 

В водонапорных башнях расчёту подлежат конструкции резервуара, опор, фундамента и шатра. При расчёте конструкций опоры и фундамента основными нагрузками служат (рис. 6): давление наполненного резервуара , вес опоры и фундамента с засыпкой грунта на нём , горизонтальное давление ветра на шатёр (резервуар) и опору .

Рис. 6 –  К расчёту водонапорной башни

 

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

Размеры подошвы фундамента устанавливают из расчёта несущей способности основания при совместном действии продольной силы и момента по указаниям норм проектирования основания зданий и сооружений. Предварительно их можно принять на основании условного расчёта башни в целом по воображаемому её опрокидыванию относительно внешней грани фундамента с подветренной стороны (точка на рис. 6). Опрокидывающий момент от ветра и удерживающий момент от давления составных частей сооружения вычисляют по формулам:

 

 

В этих формулах правые части представляют суммы моментов указанных усилий с соответствующими плечами относительно моментной точки . Ветровую нагрузку учитывают с коэффициентом перегрузки, равным , а собственный вес конструкций (резервуар считается пустым) — с понижающим коэффициентом, равным . Коэффициент устойчивости против опрокидывания равен:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные  конструкции. Общий курс. – М.: Стройиздат, 1991. – 767с.

2. СНиП 2.03.01-84^* Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1996. – 76 с.

3. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия  / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1996. – 44 с.