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1、近年來在一些建筑成套化改造或者加層時,經常碰到砼水箱自重大,建筑結構無法承受,且施工周期長,影響正常供水等情況。我們在某幢12層高層住宅結合大修加層至14層時,就遇到了這一問題。在拆除2只屋頂砼水箱后續建時發現需再建的砼水箱自重30t,裝滿水后總重達90余t,墻體結構難以承受。為此,我們設計了兩組圓柱型高強度薄壁不銹鋼水箱組,每組3只并列安裝,單只水箱容水量為12m3,但每只水箱重僅1.5t,有效地減輕了自重,解決了這個難題。 該屋頂水箱實際運行兩年來,一切技術狀況良好,體現出安裝便捷,清潔衛生,管理方便,使用周期長等特點,運行中還可靈活切換投入水箱的個數,既增加了供水安全可靠性,又避免了水質2、二次污染,且造價低,與同容積砼水箱造價相比,節約經費19.80萬元。現將超薄型大噸位不銹鋼屋頂水箱組設計應用有關問題歸納如下。 1 薄壁不銹鋼屋頂水箱鋼種選擇與強度質量、理化穩定性的要求 以較大容量的薄壁不銹鋼屋頂水箱組,取代傳統的鋼筋砼水箱,首先著眼點是自重輕,強度大。另一個關鍵則為確保一個儲水容器自身不污染水質,鋼種在長期運行中,必須具備對人體衛生、安全、無害。 1.1 不銹鋼水箱的強度質量 由于我們設計的不銹鋼水箱組,選用的板厚為0.8mm 1.0mm,如此厚度,貯存大容量液體后能否達到強度上的要求,引起 一些人的懷疑,有關技術資料和設計數據表明,用料厚度雖然較薄,但材料具有強度高,韌性3、大,延伸性好的特點,只要把握好生產制作中的關鍵,設計制作大容量不銹鋼儲水容器無可非議,可以獲得成功。 1.2 不銹鋼種的理化穩定性 高層建筑不銹鋼屋頂水箱,作為幾百家住戶的一個儲水容器,水質的污染與否直接影響到人民身體健康,應在長期的運行過程中,不氧化、不生化,免于銹蝕和重金屬鉻、鎳離子的生成析出。為此,我們設計制作不銹鋼種日本牌號為SUS304(相當于國產OCi18Ni9牌號),從SUS304資料說明可以看出,該類鋼種屬奧氏體不銹耐酸鋼,有良好的耐腐蝕性能和金屬壓延性能,對強氧化酸有耐腐蝕性。由此可見,以此作水箱體材料,完全可以抵御運行中低濃度氯酸(HCl),次氯酸(HClO),弱氧化性碳酸4、(H2CO3)等酸的作用,保障了水容器不污染水質的前提條件。 2 不銹鋼水箱組設計布置方式和水力計算依據 2.1 確定水箱組的布置方式 因建筑呈Z字狀長條型,且住戶多,平均每層23戶,大樓改造前,采用同一泵組同時向兩個砼屋頂水箱供水。雖然在離泵房供水管路較長的2號水箱內,安裝了液位控制器,且兩個水箱進水還輔以水位控制浮球閥,但由于水壓差異,進水量不均,經常造成球閥杠桿斷裂失控而溢水,有時兩個屋頂水箱用水量懸殊,使其中一個水箱斷水,影響住戶的用水環境。對此,我們結合大樓加層大修以及適應大樓屋頂平面,對兩組不銹鋼屋頂水箱進行重新設計布置,采用并聯 式水箱組,且在兩組水箱之間安裝連通環流管(見圖1)5、,使兩組水箱蓄水互補,高程平衡,杜絕兩水箱組因進、出水量差異產生的常見頑癥,斷、溢水事故。 2.2 不銹鋼水箱組貯水量的計算 2.2.1 計算本大樓給水總秒流量,確定屋頂水箱生活蓄水容積 大樓加層改造后按兩個豎向分區供水,上區(3層14層)屋頂水箱上行下給式供水,住戶數n為286戶,下區(地下室2層)下行上給式市政管網直接供水。該高層住宅給排水、衛生盥洗設施較為完善,核算戶用水當量Ng為6.0N。 上區用水總當量:N=Ngn =6.0286 =1716(N) 設計上區秒流總量:Qg=0.2+KN(取1.02,K取0.0045) 根據建筑物類別性質定Qg=1.020.21716+0.0045= 6、16.17(L/s)。 所以無調節貯水箱容積時,需求供水量為16.17L/s,即58.2m3/h。 計算水箱生活蓄水最小容積Vt: Qgh為設計秒流量,折算為最高時需要量58.2m3/h; Qb為水泵輸出流量(在水泵QH特性曲線上查得中揚程時 輸出流量)23.8m3/h; T為設計秒流量的持續時間,按0.5h計算; Tb為水泵最短運行時間,按0.25h計算。 Vt=(Qgh-Qb)T+QbTb Vt=(58.2-23.8)0.5+23.80.25 =23.2m3 根據以上計算得屋頂水箱貯水容量Vt必須大于23.2m3。為安全供水,確保生活蓄水高程和擴大液控調節范圍,結合實踐經驗 Vt定為48m7、3為宜。 2.2.2 消防自救蓄水容量的計算 此建筑歸于二類高層建筑,室內配備消火栓防火設施每股(50-19雙頭消火栓)系統設計流量8L/s10L/s,現配備3股系統,則其消防給水總量Qgx為30L/s。屋頂不銹鋼水箱組應同時滿足儲存T初=10min的自救消防水量。 則其貯水量:Vx=QgxT初 =301060/1000 =18(m3) 依據消防規范當室內消防用水量超過25L/s,經計算水箱消防貯水量超過18m3時,仍可采用18m3。在實際運作中,按兩組6只水箱分布貯水,加之屋頂水箱與消防輸出管距箱底應留有適當距離,為保證消防設施硬件可靠,我們將每只水箱貯水量增加1m3,則確定消防自救貯水量為8、24m3。 2.3 設計制作薄壁不銹鋼水箱的形體要求 經計算該建筑屋頂貯水箱總容量為72m3(生活48m3、消防24m3),6只水箱分別貯水,每只水箱有效容量應保證在12m3。鑒于水箱在外省市制作加工,水箱組總重僅3t,不難運輸,但設計形體結構必須符合交通運輸、安裝和管理上需求,不然會帶來麻煩,我們以4t普通載重貨車為運輸工具,為此設計單個水箱為圓柱形,直徑2.6m,總高2.8m,箱底呈0.05m拋面,上口人孔為1.2m(見圖2)。因考慮周全,雖然運輸長途跋涉到現場安裝,但以后運行管理,都沒出現任何麻煩。 3 薄壁不銹鋼屋頂水箱組的實效 3.1 經濟指標比較 薄壁不銹鋼水箱與砼結構水箱及其他種類水箱相比較,目前大容積水箱單價:不銹鋼水箱0.2萬元/m30.25萬元/m3,奧金水箱0.25萬元/m30.30萬元/m3。若采用單個水箱貯水量36m3砼結構水箱20萬元/只(建筑結構部分計入),有關主管部門指定選用的普通玻璃鋼水箱17萬元/只,而我們選用水箱組兩套造價僅為19.6萬元,顯而可見不銹鋼水箱的價格優勢。 3.2 安裝便捷,切換方便,保障供用水安全可靠 不銹鋼水箱制作工廠化,自重輕,安裝便捷。這次設計容量為12m3,底部呈0.05m拋面,意在底板能夠獲得足夠的支承面,安裝時底部周邊范圍內,用水泥砂漿或者細石砼鋪墊,可保證板與支承面接觸緊密。