§ XVI.4. Водонапорные башни

В практике водоснабжения городов, поселков и

производственных предприятий очень часто прибегают \

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

586

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.

687

A-A

Рис. XVI.16. Разновидности

водонапорных башен

а — шатровые; б —

бесшатровые; в — с несколькими

резервуарами; / — резервуар;

2 — опорные конструкции;

3 — шатер

а)

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

/ — крыша резервуара;

2 — утепление стены резервуа»

ра; 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, ле- i

жащим на сплошном железобетонном перекрытии !

опорной конструкции (рис. XVI.17,а).

588

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 B5—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 B5—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-

589

Рис. XVI. 19.

Водонапорная башня с

железобетонной рамной

опорой

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 замоно-

личивания

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

расчету, 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.

Водонапорные башни с железобетонными рамными

690

опорами (см. рис. XVI.19) по расходу материалов и

стоимости экономичнее, чем с монолитными сплошными же-

.лезобетонными 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,a). 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

устанавливают 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.

ХУ1.20,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

: случае на основании сметно-финансовых расчетов, в

которых принимают во внимание стоимость и технические

¦ решения не только одной башни, но и всего комплекса

сооружений строительного объекта.

; 591

Рис. XVI.21. К расчету

водонапорной башнв

Здесь рассмотрены конструкции водонапорных ба-§

шен, наиболее часто применяемые в отечественной прак-.

тике строительства промышленных объектов, поселков и

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) Wt и

опору W2.

Опора в целом оказывается внецентренно сжатой от

действия нагрузок f\ и F2 и изгибающего момента (от

Wi 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.

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 oi

давления составных частей сооружения вычисляют по

формулам:

592

j Mh = 2Wthi\ Afe«=2F,a. (XVI. 12)

-'в которых правые части представляют суммы моментов

указанных усилий с соответствующими плечами

относительно моментной точки А. Ветровую нагрузку

учитывают с коэффициентом перегрузки, равным 1,3, а

собственный вес конструкций (резервуар считается пустым) —

с пониженным коэффициентом, равным 0,9.

Коэффициент устойчивости против опрокидывания

k = MhIMv (XVI. 13)

принимают не менее 1,5.