Водонапорные башни

                        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 м³;

высота до низа баков кратна 3 и 6 м для баков вместимостью соответственно до 50, 100 м³ и более.

Башни с баками вместимостью до 25 м³ включительно применяют в основном в сельскохозяйственном строительстве; 50...300 м³ — в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном; 500 и 800 м³ 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.

Конструктивные  решения

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 м³. 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 300м³.

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 50м³.

б – высота ствола 18 м; бак вместимостью 100м³.

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 300м³.

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

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Водонапорная башня:1 – вертикальный резервуар (бак), 2 –  покрытие бака, 3 – обшивка из профилированного листа, 4 – балочная диафрагма, 5 – связи между колоннами, 6 – колонна, 7 – сферическое днище бака, 8 – опорное кольцо, 9 – лестница

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - грязевая  труба 
2 - труба наполнения башни 
3 - закладные детали 
4 - фундамент 
5 - земляная насыпь 
6 - ствол 
7- наружная лестница 
8 - внутренняя лестница 
9 - световой люк 
10 - сапун 
11 - крыша бака 
12 – лёдоудержатели 
13 - бак 
 
 
    

Существует  две схемы заполнения водой ВБР. При подключении по первой схеме  – водонапорная башня заполнятся водой – сверху. С точки зрения потребления электроэнергии – это самый неэкономичный способ, НО в этой схеме, при включении глубинного насоса, исключаются гидроудары1¹ в магистрали. Вторая схема подключения, когда насос подает воду непосредственно в трубопровод, а башня Рожновского выступает в роли «потребителя-накопителя» - в этом случае вода поступает снизу. Такой способ подключения более экономичный, НО в этой схеме возникает наличие гидроударов в системе, что может привести к ее порывам.

¹ Гидравли́ческий уда́р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементовтрубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением. 

 

 

 

14 Уникальных водонапорных  башен со всего мира

Водонапорная башня является возвышенной  конструкцией, поддерживающей резервуар  для воды, установленный на достаточной  высоте, чтобы создавать давление на систему водоснабжения для  распределения питьевой воды. Многие водонапорные башни были построены  в ходе промышленной революции, а  некоторые в настоящее время  считаются архитектурными достопримечательностями  и памятниками, и не могут быть снесены. Некоторые из них преобразованы  в квартиры или эксклюзивные пентхаусы.  
 
1. «Дом в Облаках» (House in the Clouds), Великобритания  
 
Дом в Облаках является водонапорной башней в деревне Торпенесс (Thorpeness), в графстве Саффолк (Suffolk) в Великобритании. Она была построена в 1923 году для приема воды, перекачиваемой из мельницы Торпенесса, и была разработана для того, чтобы улучшить внешний вид водонапорной башни. Дизайн башни прячет резервуар для воды, маскируя его под наветренный борт здания, чтобы соответствовать зданиям Торпенесса, построенным в шутливом стиле эпохи Тюдоров и Якобинцев. Вся разница в том, что наветренный борт как бы бежит не по волнам, а по верхушкам деревьев. В 1977 году в деревне провели водопроводную систему, и башня утратила своё значение, поэтому её переделали в жилое пространство.  
 
В 1979-ом главный резервуар для воды сняли, чтобы полностью переделать башню в жилой дом. В этом здании на данный момент находится пять спален и три ванные комнаты, а количество ступеней насчитывает 68 штук. Высота самой лестницы достигает 21 метра.  
 
2. Водонапорная башня Мидранд (Midrand), Южная Африка  
 
Обладая вместимостью в 65000 кубических метров воды, эта водонапорная башня является самой большой во всём южном полушарии. Она построена вокруг столба, выполненного из железобетона диаметром 4 метра, основание которого сделано из 10 кубических метров бетона.  
 
Конус соединён с основанием на уровне запруда, что придаёт плавающий эффект огромной бетонной форме этой башни. Винтовая лестница установлена посреди конуса, как соломинка в стакане. В последнее время на вершине башни планируется построить вращающийся ресторан.  
 
3. Старая водонапорная башня в городе Ландскруна (Landskrona), Швеция 
 
Старая водонапорная башня расположена в самой высокой точке города и является местной достопримечательностью. Красивое здание из красного кирпича было спроектировано архитектором Фредриком Сундбэргом (Fredrik Sundbärg).  
 
Строительство этой водонапорной башни было завершено в 1903 году. А к 1904 году башня работала в полную силу, позволяя Ландскруне иметь собственную систему водоснабжения первый раз за всю его историю.  
 
4. Водонапорная башня города Цеханув (Ciechanow), Польша  
 
Водонапорная башня города Цеханув в Польше является строением в форме гиперболоида. Геометрия гиперболоида позволяет добиться максимальной структурной стабильности с применением минимального количества материалов. Цеханувская водонапорная башня была построена в 1972 году архитектором Ежи Михал Богуславским (Jerzy Michal Boguslawski). На данный момент обсуждаются планы об открытии ресторана и площадки для наблюдения наверху башни, однако по назначению она не используется.  
 
5. Водонапорная башня города Палик (Palić), Сербия  
 
Эта прекрасная водонапорная башня находится в городе Палик, вблизи одноимённого озера. Если говорить более точно, то башня находится в «Великом Парке», между озером и городом – в месте, представляющем собой гармоничное сочетание природных богатств и архитектурного наследия.  
 
На данный момент эта водонапорная башня является символом Палика, но она была построена в начале 20-го века как многофункциональное здание, включающее водонапорную башню, ворота курорта и трамвайную станцию.  
 
Это здание было спроектировано в венгерском стиле модерн. 
 
 
6. Водонапорная башня города Хантингтон-Бич (Huntington Beach), США 
 
Эта калифорнийская водонапорная башня была построена в 19 веке для проведения воды к паровым двигателям. Она работала вплоть до 1974 года, а к 1980 году она была переделана в дом. Резервуар для воды был снят, переделан на первом этаже и поставлен на место. Временами эта башня служила домом для семей с тех пор, однако больше всего она использовалась в качестве роскошного дома, арендуемого в отпуск. Для того чтобы достичь жилой площади, располагающейся на трёх этажах, нужно проехаться вверх на четыре этажа на лифте.  
 
Из башни открывается беспрецедентный вид на несколько пляжей, горы Сан-Бернардино (San Bernadino) и окружающие города. Высота башни составляет 27 метров, диаметр 9 метров. Она стоит на 21-метровом деревянном столбе, укреплённом металлом в соединениях.  
 
7. Водонапорная башня города Хаукилахти (Haukilahti), Финляндия  
 
Водонапорная башня города Хаукилахти расположена в южной части Эспоо (Espoo), Финляндия. Башня была построена в 1968 году и была во владении водопроводной станции Эспоо. Диаметр башни - 45,3 м, а её объем составляет 4000 куб. метров. Высота башни составляет 45,3 м, а высота над уровнем моря - 76,3 м.  
 
В верхней части водонапорной башни находится ресторан под названием «Гнездо Аиста» (Haikaranpesä). Этот ресторан является одним из самых популярных в городе, и многие туристы и бизнесмены заходят туда, чтобы перекусить. 
 
8. Водонапорная башня «Северная Точка» (North Point), США  
 
Водонапорная башня «Северная Точка» находится в городе Милуоки (Milwaukee), штат Висконсин. Эта башня была зачислена в Национальный реестр исторических мест в 1973 году. Это 53-метровое здание, выполненное в стиле викторианской готики, было спроектировано Чарльзом Гомбертом (Charles A. Gombert) и построено из Ниагарского известняка, добытого в Вауватосе (Wauwatosa). В этой водонапорной башне находится круговой стояк из кованого железа, занимающий 37 метров в высоту и 1,2 метра в диаметре.  
 
9. Водонапорная башня города Росток (Rostock), Германия  
 
Эта водонапорная башня стоит тут с 1903 года. Она сделана из кирпичей, выложенных по шаблону, в ней также есть семиступенчатые фронтоны и узкие оконца. Башня покоится на мощном гранитном основании. Это 60-метровое здание диаметром 18 метров в основании. Башня не работает с 1959 года.  
 
После восстановительных работ башня считается историческим зданием. Она служит складом для городского музея, а на первом этаже тут также собираются дети и инвалиды.  
 
10. Водонапорная башня в парке Комптон Хил (Compton Hill), США 
 
Водонапорная башня парка Комптон Хил находится в городе Сент-Луис. 55-метровая башня была построена для того, чтобы спрятать внутри 40-метровую напорную трубу диаметром 1,8 метра. Иногда смотровая площадка на вершине водонапорной башни открыта для публики, что позволяет посетителям увидеть 360-градусный панорамный вид на город. Водонапорная башня в парке Комптон Хил была объявлена городской достопримечательностью в 1966 году и внесена в Национальный реестр исторических мест в 1972 году.  
 
11. Водонапорная башня города Гархинг (Garching), Германия  
 
Водонапорная башня, находящаяся в городе Гархинг, что около Мюнхена, обладает квадратичным основанием площадью в 5,4 метра, сделанным из железобетона. Высота здания составляет 26 метров. Архитектор неизвестен, однако известно, что проект башни был готов в 1909 году, а строительство закончилось в декабре 1911 года.  
 
Водонапорная башня не работает с 1961 года. Однако здание охраняется как промышленное наследие с 1961 года. Оно было реставрировано в 1988 году.  
 
12. Водонапорная башня города Сванеке (Svaneke), Дания  
 
Водонапорная башня маленького городка Сванеке на датском острове Борнхольм (Bornholm) была разработана заслуженным архитектором Йорн Утцоном (Jørn Utzon) и закончена в 1952 году. Это был первый успешный проект архитектора, который позже спроектировал Сиднейский оперный театр. Удивительная форма башни была навеяна старыми морскими знаками, которые использовались для помощи в навигации кораблей в море.  
 
Пирамидальный резервуар для воды опирается на три стройные железобетонные ноги, которые соединяются в верхней части башни. Бетонные ступени, расположенные в центре башни, элегантно вьются от земли. Эта водонапорная башня перестала использоваться в 1988 году, когда в системе водоснабжения появились новшества. С 1990 года это здание внесено в список Агентства по Наследию Дании.  
 
13. Водонапорная башня города Вроцлав (Wrocław), Польша  
 
Историческая водонапорная башня находится в районе Криков (Krzyki), на юге города Вроцлав, Польша. Башня была разработана Карлом Климом (Karl Klimm), известным местным архитектором. Её высота составляет 63 метра. С самого начала она была оборудована электрическим лифтом. 
 
С июня 1906 года лифт позволяет людям достичь смотровой площадки, расположенной на высоте 42 метров. Оттуда можно было полюбоваться видом на Вроцлав и его окрестности. В 1995 году башня была выкуплена у города инвестиционной компанией «Stephan Elektronik». Здание было отремонтировано и начало новую жизнь в качестве стильного ресторанного комплекса. 
 
14. Водонапорная башня Кизуминами (Kizuminami), Япония 
 
47-метровая водонапорная башня, построенная в 1999 году в Кизу, к югу от Киото, содержит достаточно воды, чтобы обеспечить ею 16.000 человек. Цилиндрический дизайн башни был навеян бамбуком, обильно произрастающим в этой области