65

2. Водонапірні башти

2.1. Загальні відомості

Для водопостачання міст, населених пунктів та підприємств дуже часто використовують водонапірні башти. Їх призначення  регулювати напір води в водопровідній мережі та забезпечувати безперебійне постачання води.

Головна складована частина кожної башти  резервуар. Його місткість встановлюють відповідно до режиму водопостачання в мережі і режиму експлуатації насосної станції. Висота підйому резервуара над поверхнею землі залежить від розрахункового значення напору.

Режим водопостачання об’єктів водопостачання надзвичайно різноманітний, як і умови рельєфу місцевості, що впливають на оптимальне розташування водонапірної вежі та її висоту.

Водонапірні башти дуже різноманітні за місткістю резервуарів (від 15 до 3000 м³) і за висотою опорної частини (від 6 до 50 м).

Розрізняють водонапірні башти шатрові (рис. 2.1, а), в яких резервуар знаходиться в середині особливої будови (шатра) для підтримки теплостійкості роботи резервуара в умовах мінусових температур і повільного водообміну, а в жаркому кліматі  для запобігання нагрівання питної води, і безшатрові (рис. 2.1, б), в яких при необхідності теплостійка робота резервуара забезпечується теплоізоляцією, що наноситься безпосередньо на його стінки.

Рис. 2.1. Типи водонапірних башт: а  шатрові; б  безшатрові; в  з декількома резервуарами; 1  резервуар; 2  опорні конструкції; 3  шатер

Споруджують башти з одним резервуаром (див. рис. 2.1, а,б), а також з декількома (рис. 2.1, в), якщо на об’єкті водопостачання треба мати воду різної якості за чистотою або за температурою.

Техніко-економічні дослідження показують, що при однаковій висоті і конструктивному рішенні вартість башт змінюється не значно у залежності від місткості резервуара. Так, при збільшенні корисного об’єму резервуара на 30...40% вартість башти зростає лише на 3...6%. Подібного до цього при однаковій місткості і конструкції резервуара вартість башт змінюється довільно плавно залежно від зміни висоти башти.

Це полегшує типізацію водонапірних башт, дозволяє обмежитися невеликим набором типорозмірів резервуарів і висот опорних конструкцій. В результаті техніко-економічного аналізу встановлені наступні головні параметри типових башт: з резервуарами місткістю 25, 50, 150, 250, 500, 1000 м³, а також з опорними конструкціями висотою 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 м при резервуарах місткістю 25 і 50 м³ і висотою 12, 18, 24, 30, 36, 42 м при резервуарах місткістю 150...1000 м³.

Перевага віддається баштам безшатрового, в крайньому випадку  напівшатрового типу. Це спрощує будівництво, полегшує опорні конструкції, здешевлює вартість споруди.

2.2. Резервуари водонапірних башт

Резервуари водонапірних башт роблять залізобетонними або сталевими (див. п.1). Із залізобетонних резервуарів найбільшою простотою відрізняються конструкції з циліндричною стінкою та плоским несучим днищем, яке лежить на суцільному залізобетонному перекритті опорної конструкції (рис. 2.2, а).

Більш економічними за вартістю (на 30...40%) і за витратою матеріалів є резервуари з циліндричною стінкою, яка внизу переходить в конічну з несучим днищем (рис. 2.2, б).

Стінки залізобетонних резервуарів значних розмірів для забезпечення необхідної тріщиностійкості роблять попередньо напруженими. Організація робіт з натягання попередньо напруженої арматури на значній висоті не завжди виправдовує себе. Тому найчастіше резервуари роблять не залізобетонними, а металевими.

Рис. 2.2. Типи резервуарів водонапірних башт: а  з циліндричною стінкою і ненесучим днищем; б  зі стінкою циліндричною вгорі, конічною внизу і з несучим днищем

При змішаному конструктивному рішенні водонапірних башт металевий резервуар виготовляють у вигляді бака з циліндричною вертикальною стінкою і днищем різноманітної форми: конічним, сферичним, плоским або складнішої конфігурації. Металеві резервуари з плоским днищем вільно встановлюються на верхню достатньо жорстку площадку залізобетонної башти  опору у вигляді плити великої товщини або плити, підсиленої ребрами. Поряд з циліндричними використовують металеві резервуари і інших типів: конічні, сферичні тощо.

Серед різних типів залізобетонних р6езервуарів найбільше використовуються круглі в плані вертикальні циліндричні резервуари  найчастіше з плоским днищем (рис. 2.3 а,б), рідше з днищами більш складних конструктивних форм (рис. 2.3, в,г). Товщина стінок таких резервуарів становить 120...150 мм, товщина плоского днища 100 мм, якщо резервуар встановлено на жорсткій площадці опорної башти.

В зарубіжній практиці будівництва водонапірних башт використовують круглі у плані залізобетонні резервуари з конічними стінками товщиною 150...200 мм і більше (рис. 2.3, д), а також зі стінками, що окреслені як поверхня від’ємної гаусової кривини (рис. 2.3, е). Днища таких резервуарів роблять сферичними, конічними або плоскими.

Рис. 2.3. Різновидності резервуарів водонапірних башт

Залізобетонні резервуари водонапірних башт можуть бути відкритими (рис. 2.4, б), якщо над ними влаштовано шатер, або закритими, тобто мати власне покриття  плоске (рис. 2.4, а) або просторове. Просторові покриття круглих у плані циліндричних резервуарів виконують найчастіше у вигляді купола  конічного (рис. 2.3, б) і сферичного (рис. 2.3, в,г), або у вигляді висячих конструкцій (див. рис. 2.3, д,е).

Рис. 2.4. Огородження резервуарів водонапірних башт: а  з утеплювачем; б  у вигляді шатра; г  з галереєю; 1  резервуар; 2  опора; 3  покриття резервуара; 4  утеплювач; 5  стінка шатра; 6  покриття шатра; 7  стінка галереї

Вузол А

Вузол Б

Рис. 2.5. Водонапірна башта з резервуаром конічної форми із збірного залізобетону: 1  опора з монолітного залізобетону; 2  збірні панелі стінки резервуара; 3  панелі покриття резервуара; 4  випуски арматури із панелі 2; 5  арматура, що встановлюється у вікнах в стінці опори; 6  частина опори, яку бетонують після підйому резервуара; 7  вікна в стінці опори; 8  петлеві випуски арматури, крок 200 мм; 9  бетон класу В20

Днища та стінки залізобетонних резервуарів роблять з монолітного залізобетону. Проте не виключається принципова можливість конструювання резервуара із збірно-монолітного або збірного залізобетону. Наприклад, плоске днище циліндричного резервуара може бути монолітним, а стінки можуть бути із збірних залізобетонних елементів з подальшим напружуванням кільцевої арматури.

На рис. 2.5 зображена схема водонапірної залізобетонної башти з залізобетонним конічним резервуаром місткістю 100 м³, стінки і покриття якого виконані із збірних елементів. Конічна стінка резервуара зібрана із 12 однакових, трапецієподібних у плані, викривлених в одному напрямку панелей довжиною 6,45 м. Товщина плити панелі 100 мм, висота поздовжніх ребер 200 мм, перерізи торцевих ребер мають складні обриси і після збирання утворюють опорні кільця резервуара. Панелі виготовляють з бетону класу В20 і з’єднують між собою петлевими випусками з подальшим замонолічуванням зазору (200 мм) між елементами бетоном класу В20. Цікавим є спосіб зведення такого резервуару: його збирають внизу, а потім піднімають на проектну відмітку за допомогою лебідок (рис. 2.6).

Напрямок

руху

Рис. 2.6. Схема зведення резервуара водонапірної башти методом підйому: а,в  резервуар перед підйомом; б,г  резервуар на проектній відмітці; 1  резервуар; 2  опора; 3  тяжі; 4  домкрати; 5  пілястри

Рис. 2.7. Схеми розташування напружуваної арматури в резервуарах водонапірних башт: 1  кільцевої; 2  не кільцевої в конічній стінці; 3  лінійної в стінці гіперболічної форми

Для підвищення тріщиностійкості залізобетонних резервуарів водонапірних башт може бути використано попереднє напруження з натягом арматури на бетон. Можливі схеми розташування напружуваної арматури в резервуарах різної форми покаже на рис.2.7.