Водонапорные башни. Основные элементы и характеристики

Основные элементы водонапорной башни:
а) резервуар (бак) для воды,
б) несущая конструкция (ствол).

Характеристикой водонапорных башен служат высота Н напора и ёмкость бака W. Имеются типовые проекты башен с Н = 7, 8, 10, 12, 14, 16 и 18 м и с W = 80, 120, 160, 200, 250, 300 и 320 м³.

По ТУ проектирования однопутных железных дорог с паровой тягой 1946 г. общая ёмкость резервуаров в пунктах набора воды паровозами должна быть не менее 120 м³ на магистральных линиях с первоначальным грузооборотом более 2 млн. т в год и 80 м³ на остальных линиях.

При наличии двух и более резервуаров, расположенных в разных местах, ёмкость каждого резервуара принимается не менее 80 м³.

Общее число водонапорных баков на станции с основным водоснабжением принимается не менее двух. Допускается устройство одного бака, разделённого на два отделения, или в одной башне устраивают два рядом расположенных бака; для хозяйственно-питьевых водопроводов можно допустить устройство одного бака. Баки изготовляются из дерева, железобетона и стали.

Деревянные баки (из сосны, лиственницы, дуба) применяются при временном техническом водоснабжении со сроком службы не более 10 лет. Стенки баков делаются из вертикальных клёпок, стянутых обручами из круглой или полосовой стали. Для защиты от коррозии обручи асфальтируют. Днище бака—деревянное.

Железобетонные баки имеют цилиндрическую форму со сферическим вогнутым днищем. При плоском днище поддерживающая конструкция в баках ёмкостью более 60 м³ получается громоздкой и неэкономичной. Распор сферического купольного днища воспринимает железобетонное опорное кольцо, которое передаёт нагрузку от резервуара на ствол в вертикальном направлении.

В железобетонных баках, имеющих в сечении форму, указанную на фиг. 139, распоры конической и сферической частей взаимно уничтожатся. Поэтому опорное кольцо, а также ствол башни могут быть облегчены, но зато усложняется производство работ по устройству днища бака.

Фиг. 139. Кирпичная водонапорная башня (с железобетонным баком)

Стальные баки более легковесны, изготовляются на заводах и имеют различные формы—цилиндрические с плоским днищем, цилиндрические со сферическим выпуклым днищем и др.

Плоские днища вызывают большой расход металла на поддерживающие балки. Сферическое днище стальных баков делается выпуклостью вниз, что соответствует свойству стали хорошо воспринимать растягивающие усилия. Стальные баки делаются клёпаными и сварными и могут быть двойными, так же как железобетонные. Стальных баков на станции должно быть два или несколько для обеспечения бесперебойной работы в случае ремонта (периодической окраски).

Вокруг бака иногда делают шатёр для защиты от охлаждения и замерзания воды зимой. Материалом для шатра могут быть кирпич, теплобетонные камни, железобетон, дерево.

Железобетонные шатры являются наиболее теплопроводными. Толщина стенки железобетонного шатра 8—10 см.

Деревянные шатры делаются рубленые или каркасные. При расположении водонапорной башни ближе 40 м от оси главного пути сгораемый шатёр должен быть защищён от возгорания штукатуркой. Наименьшее расстояние между баком и стенкой шатра — 0,70 м. В шатре делаются окна.

Ствол является несущей конструкцией водонапорной башни.

Деревянный ствол применяется в системах временного водоснабжения с деревянными или стальными баками (фиг. 138).

Фиг. 138. Деревянная водонапорная башня

Кирпичный ствол устраивается для железобетонных, стальных и деревянных баков (фиг. 139); шатёр делается кирпичный или деревянный. Стены кирпичного ствола рассчитываются на вес сооружения, воды и ветровую нагрузку. Толщина стен допускается 38 см, но с пилястрами или контрфорсами. Для большей устойчивости ствол иногда делается уширенным к основанию. Ствол может быть выложен и из других искусственных или естественных камней.

Железобетонный ствол делается в виде железобетонного тонкого стакана или из стоек, связанных ригелями в жёсткую пространственную раму (фиг. 140). Рамная конструкция более экономична для башен небольшой высоты и малой ёмкости баков.

Фиг. 140. Железобетонная водонапорная башня рамной конструкции

При большой высоте является экономичным ствол в виде железобетонного стакана, при этом возможно применение сборных железобетонных колец или передвижной, опалубки и значительное ускорение работ. Железобетонные стволы поддерживают, как правило, железобетонные баки.

Башня конструкции инж. Изаксона запроектирована из сборных железобетонных ствола и бака из сводов-оболочек.

Стальной ствол имеет большие преимущества в отношении темпов и индустриализации строительства. В Советском Союзе применяют стальные башни конструкции акад. В. Г. Шухова (фиг. 141) и лауреата Сталинской премии А. А. Рожновского. В башнях В. Г. Шухова ствол представляет гиперболоид вращения, образованный системой прямолинейных стержней из равнобоких уголков, связанных горизонтальными кольцами.

Фиг. 141. Стальная водонапорная башня системы Шухова

В башнях А. А. Рожновского без шатра и отопления ствол представляет собой цилиндр диаметром 3 м.

Башни А. А. Рожновского запроектированы сборными цельнометаллическими из отдельных блоков, свариваемых на стройплощадке.

Для сообщения с шатром от уровня земли устраиваются лестницы, которые располагаются по внутренней поверхности ствола или вокруг оси водонапорной башни. Иногда лестница, заключённая в железобетонную или стальную трубу, проходит внутри бака.

В водонапорных башнях со стволом сквозного типа, например рамным железобетонным или стальным, лестницы, ведущие в шатёр, ограждаются стенками, образуя вертикальную железобетонную или другого материала шахту (d = 2—2,3 м). Внутри этой шахты прокладываются также трубопроводы.

Устраиваются также открытые лестницы. Тогда в неблагоприятных климатических условиях утепляется только центральный трубопровод. В нижней части ствола башни имеется служебное помещение для обслуживающего персонала. Здесь же располагается и отопительное устройство— ребристые печи или котлы парового или водяного отопления. Котлы могут быть расположены в подвале башни.

ЦОН и ЦТ МПС был рекомендован для опытного строительства проект сборной стальной бесшатровой водонапорной башни ёмкостью 120—160 и 200 м³ и высотой 10, 12 и 14 м.

Ускорители набора воды служат для сокращения времени набора воды паровозами из гидроколонн и представляют собой водонапорные сооружения башенного типа или гидро-пневматические с резервуарами небольшой ёмкости, располагаемые в непосредственной близости к гидроколоннам. Ускорители башенного типа бывают деревянной, кирпичной и стальной конструкции. Ёмкость баков — 40—60 м³.