2.3. Опори водонапірних башт

Опорні конструкції водонапірних башт виконують найчастіше у збірному залізобетоні, проте при резервуарах малого об’єму (25...50 м³) залежно від місцевих умов  також металевими або цегляними. Зокрема, при відносно великій висоті металеві опори можуть бути дешевшими, оскільки на них у порівнянні з залізобетонними та цегляними йде менше матеріалу, що потрібний не за розрахунком, а за конструктивними вимогами.

Цегляні опори використовують при будівництві башт малої висоти (9...12 м) з резервуарами невеликої місткості (25...50 м³) в умовах, коли місцевий матеріал  цегла  використовувати вигідніше, ніж виготовляти залізобетонні конструкції.

Рис. 2.8. Водонапірна башта з монолітною суцільною залізобетонною опорою: 1  покрівля резервуара; 2  утеплені стіни резервуара; 3  резервуар (залізобетонний); 4  напівшатер (теплова галерея); 5  залізобетонна опора башти; 6  залізобетонний фундамент

Залізобетонні опори башт залежно від умов виконують у вигляді суцільної монолітної циліндричної оболонки (рис. 2.8) або ж у вигляді стержньових збірних залізобетонних просторових конструкцій рамної (рис. 2.9) або просторової сітчастої (рис. 2.10) системи. При однакових середніх параметрах башт найменшу вартість мають збірні залізобетонні опори просторового сітчастого типу. Вони дешевші за монолітні залізобетонні опори в 1,5...2 рази і значно дешевші за цегляні опори; вартість металевих опор приблизно така сама, як залізобетонних.

Рис. 2.9. Водонапірна башта з залізобетонною рамною опорою: 1  стояки рами; 2  ригель рами

Рис. 2.10. Водонапірна башта з опорою просторової сітчастої конструкції: а  загальний вигляд; б  монтажний елемент опори  ромбічна панель; в  те саме, поясний елемент; г  спряження монтажних елементів опори; 1  монтажне зварювання; 2  границя бетону замонолічування

На рис. 2.8 показана схема водонапірної башти з залізобетонною опорою у вигляді циліндричної монолітної оболонки, що зводиться найбільш прогресивним способом  в рухомій інвентарній опалубці. Товщину оболонки приймають 150 мм, як мінімально можливу за умовами її виготовлення без розривів у бетоні. Така оболонка нерідко утворюється внаслідок переміщення щитів опалубки. Ця товщина приблизно вдвічі більша за необхідну з розрахунку на міцність, тому реальна вартість усієї споруди значно зростає. Опори такого типу вигідні у баштах великої висоти (не менше 24 м) і при резервуарах великої місткості (не менше 800 м³), в яких різниця між товщиною оболонки, що необхідна за виробничими умовами і розрахунками, зменшується. Опора башти базується на монолітному залізобетонному фундаменті з кільцевим ребром по контуру опори. На рис. 2.8 показаний варіант залізобетонного резервуара, що має несуче днище, з напівшатром  опалюваною галереєю (площадка обслуговування) і з теплоізоляцією стінки резервуара вище галереї.

Водонапірні башти з залізобетонними рамними опорами (рис. 2.9) за витратою матеріалів в будівництві економічніші, ніж з монолітними суцільними залізобетонними опорами. В них на влаштування опор іде майже вдвічі менше залізобетону. Опори рамного типу роблять збірними залізобетонними. Проте вузлові з’єднання збірних елементів, які у даному випадку відрізняються особливою відповідальністю, утруднюють монтаж, вимагають підвищеної якості робіт та спеціального контролю, що призводить до подорожчання будівництва. Стояки опор резервуарів місткістю не більше 200 м³, як правило, розміщують тільки по периметру резервуара, а при більшій місткості, коли днище резервуара роблять ненесучим,  і під днищем. При такому вирішенні конструкції резервуара не залежать від конструкції опори.

Більш досконалі водонапірні башти із збірними залізобетонними просторовими сітчастими опорами (рис. 2.10, а). В таких опорах за монтажні одиниці приймають ромбовидні стержньові (рис. 2.10, б) і поясні (рис. 2.10, в) елементи.

Ромбовидний елемент утворюється з окремих збірних лінійних елементів прямокутного поперечного перерізу  нахилених стійок і поясів.

В усіх збірних елементах передбачаються випуски арматури для спряження елементів в вузлах за допомогою зварювання зі сталевими фасонками. Ромбовидні елементи встановлюють вертикально вершинами один до одного і з’єднують між собою, а також з поясними елементами за допомогою монтажних кутиків і накладок, потім місця з’єднань замонолічують бетоном (рис. 2.10, г).

Фундамент башти залізобетонний, монолітний, стрічково-кільцевий; разом з фундаментом виконують стіни заглибленої частини башти, яка використовується як камера для переключення водопровідного обладнання.

Резервуар по периметру опирається в місцях вузлових з’єднань на залізобетонну опорну конструкцію.

Вище розглянуті конструкції водонапірних башт, що найчастіше використовуються у вітчизняній практиці будівництва промислових об'єктів, селищ і невеликих міст. У великих містах враховують специфічні умови: підвищені архітектурні вимоги, значні розміри резервуарів, технічні можливості при зведенні споруди тощо. У цих умовах водонапірні башти стають об’єктами індивідуального будівництва.

Залізобетонні опори водонапірних башт у вигляді оболонок можуть мати форму циліндра (рис. 2.11, а), зрізаного конуса з розширенням (рис. 2.11, б) або зі звуженням (рис. 2.11, в) до основи, гіперболічної поверхні (рис. 2.11, г). Ці опори роблять із монолітного залізобетону з бетонуванням в ковзкій або переставній опалубці; для циліндричних опор може бути використаний і збірний залізобетон (див. рис. 2.13).

Рис. 2.11. Різновидності опор водонапірних башт у вигляді оболонок: 1  опора; 2  резервуар; 3  драбина; 4  металева площадка; 5  залізобетонна площадка

На рис. 2.12 зображена схема типової безщатрової залізобетонної башти з металевим резервуаром об’ємом 800 м³. Опора висотою 24...36 м запроектована у вигляді циліндричної оболонки товщиною 150 мм з внутрішнім діаметром 5,7 м з бетону класу В20.

Рис. 2.12. Типова водонапірна башта з циліндричною опорою з монолітного залізобетону: 1  резервуар; 2  опора; 3  громовідвід; 4  драбина; 5  напірно-розвідна труба; 6  напірно-розвідний стояк; 7  фундамент

Приклад проекту шатрової водонапірної башти із збірних залізобетонних елементів з циліндричною опорою висотою 15...30 м, діаметром 2,9 м і резервуаром об’ємом 100 м³ показаний на рис. 2.13. Опора башти розрізана на окремі кільця висотою 5 м, які з’єднуються на монтажі болтами з подальшим зварюванням закладних деталей; кожне кільце, в свою чергу, збирають з чотирьох елементів товщиною 100 мм. Всі частини башти запроектовані із збірного залізобетону.

Вузол А

Вузол Б

Рис. 2.13. Водонапірна башта із збірного залізобетону: 1  конічний купол покриття із збірних елементів; 2  резервуар із збірних залізобетонних склепінчастих шкаралуп; 3  панелі шатра з ніздрюватого бетону; 4  збірні плоскі плити по радіальних балках; 5  опора із збірних циліндрів, складених з чотирьох шкаралуп; 6  кільцевий фундамент із збірних елементів; 7  бетон замонолічуванням; 8  тяжі; 9  збірні шкаралупи; 10  металева обойма; 11  зварювання випусків арматури; 12  торкретбетон

Розглянуті далі приклади монолітних залізобетонних водонапірних башт цікаві тим, що резервуари цих башт бетонували на нульовій відмітці, після чого піднімали на проектну висоту.

Рис. 2.14. Водонапірна башта з резервуаром об’ємом 100...300 м³:

1  опора; 2  резервуар; 3  фундамент; 4  днище резервуара; 5  металева рама (служить для обпирання резервуара після його підйому на проектну відмітку; 6  випуски арматури (відігнуті при підйомі резервуара)

Вузол А

На рис. 2.14 показано розріз башти з резервуаром об’ємом 100...300 м³, проект якої розроблено в Польщі. Висота циліндричної опори башти 26 м; до відмітки +6.00 товщина стінок опори 250 мм; зовнішній діаметр опори приймають залежно від об’єму резервуара: при V = 100...120 м³ він дорівнює 2200 мм, при V = 260...300 м³  3000 мм.

Вузол А

Рис. 2.15. Водонапірна башта з резервуаром об’ємом 1850 м³: 1  стінка опори; 2  стінка резервуара з бетону класу В30; 3  конічне днище резервуара з бетону класу В25

На рис. 2.15 показана водонапірна башта, що побудована в Румунії. Місткість резервуара башти 1850 м³, товщина монолітної залізобетонної циліндричної оболонки опори 250 мм, внутрішній діаметр 6500 мм. На рис. 2.16 показана послідовність зведення цієї башти.

Рис. 2.16. Послідовність зведення водонапірної башти з залізобетонним резервуаром, що робиться внизу

Рис. 2.17. Водонапірна башта конічної форми: 1  опора; 2  резервуар; 3  конічне днище резервуара; 4  фундамент

Прикладом водонапірної башти з конічною опорою, що розширюється догори, може бути башта, що побудована у м. Дьюла (Угорщина), з монолітного залізобетону в ковзкій опалубці (рис. 2.17). Висота опори башти 35 м; до відмітки 33 м товщина стінок опори 150 мм, а в верхній частині стінка опори безпосередньо переходить в стінку резервуара місткістю 600 м³.

Рис. 2.18. Водонапірна башта з опорою комбінованої конструкції: а  загальний вигляд; б  вертикальний розріз; в  монтажна схема решітчастої частини опори; г  стик збірних елементів нахилених ніг; 1  покриття резервуара; 2  стінка резервуара; 3  днище резервуара; 4  центральна циліндрична частина опори; 5  решітчаста частина опори; 6  фундамент; 7  ноги; 8  отвори для нагнітання розчину; 9  гніздо; 10  сталевий штир; 11  двохсторонні виступи ніг

Опори башт у вигляді стержньових систем можуть бути типу просторових рам (рис. 2.9) або просторової сітчастої конструкції (рис. 2.10). До складу рамної конструкції входять вертикальні (рідше, нахилені) стояки. Мінімальне число стояків у рамі 3. Ригелі розташовують по висоті опори на відстані приблизно 5 м і жорстко з’єднують з стояками.

Опори у вигляді просторових сітчастих конструкцій є стержньовими системами, в яких вузли спряження лінійних елементів вписані в циліндричну, конічну або гіперболічну поверхню обертання. Опори цього типу, як і рамні, доцільно робити із збірного залізобетону.

На рис. 2.10 показана водонапірна башта сітчастої конструкції з трикутною решіткою, вузли якої вписані у циліндричну поверхню обертання. Місткість металевого резервуара 800 м³. Опора башти  із збірного залізобетону при двох типорозмірах монтажних елементів: ромбічні панелі довжиною 9780 мм, масою 3,5 т і поясний елемент. Монтажні елементи ромбовидного обрису збирають з окремих прямолінійних стержнів. Проектний клас бетону усіх елементів башти і бетону замонолічуванням В30. Опори башти можуть мати висоту 10, 20, 30 м. Опору висотою 30 м збирають з 33 поясних елементів, котрі встановлюють у три яруси. Елементи 11 ромбічних панелей нижнього яруса при висоті опори 30 м запроектовані з підсиленим армуванням у порівнянні з елементами двох верхніх ярусів.

Як приклад опори комбінованої системи, до складу якої входить просторова сітчаста конструкція з вузлами і лінійними елементами, вписаними в поверхню гіперболоїда обертання, є водонапірна башта з резервуаром 1135 м³ (рис. 2.18). Резервуар діаметром 19,8 м і висотою 6 м виконаний із монолітного залізобетону і встановлений на башті комбінованої системи висотою 18,3 м. До складу башти входить монолітна залізобетонна циліндрична оболонка діаметром 2,6 м, яка служить центральною опорою резервуара, і просторова сітчаста конструкція, на яку обпирається резервуар по периметру. Решітчаста частина опори зроблена із збірного залізобетону, складається з 24 прямолінійних ніг 30,530,5 см, що перетинаються. Напрямок ніг співпадає з напрямком лінійних твірних гіперболоїда обертання. Опору збирають з дев’яти монтажних елементів різної довжини (рис. 2.18, в). Кожний наступний монтажний елемент ноги повернутий навколо своєї осі по відношенню до попереднього на 15⁰. Монтажні елементи з’єднуються за допомогою металевих штирів діаметром 30 мм, довжиною біля 2,8 м (рис. 2.18, г), які закладають у спеціальні гнізда діаметром 50 мм. Гнізда після спряження залізобетонних елементів заповнюють розчином.