高層建筑薄壁大噸位不銹鋼屋頂水箱應(yīng)用研究.doc

高層建筑薄壁大噸位不銹鋼屋頂水箱應(yīng)用研究摘要： 結(jié)合工程實例，就薄壁大噸位不銹鋼屋頂水箱的鋼種選擇、布置方式及經(jīng)濟效果進行了討論，并提出了其應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。Application of Roof-installed Large Volume Sheet Stainless Steel Water Tank for High Rise BuildingWang GuangyuAbstract: The selection of materials, the location layout and the economical benefits in application of roof-installed large volume sheet stainless steel water tanks for high rise building are discussed and some attentions are given.近年來在一些建筑成套化改造或者加層時，經(jīng)常碰到砼水箱自重大，建筑結(jié)構(gòu)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(jié)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(xù)建時發(fā)現(xiàn)需再建的砼水箱自重30t，裝滿水后總重達90余t，墻體結(jié)構(gòu)難以承受。為此，我們設(shè)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(shù)狀況良好，體現(xiàn)出安裝便捷，清潔衛(wèi)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(shù)，既增加了供水安全可靠性，又避免了水質(zhì)二次污染，且造價低，與同容積砼水箱造價相比，節(jié)約經(jīng)費19.80萬元。現(xiàn)將超薄型大噸位不銹鋼屋頂水箱組設(shè)計應(yīng)用有關(guān)問題歸納如下。1薄壁不銹鋼屋頂水箱鋼種選擇與強度質(zhì)量、理化穩(wěn)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(tǒng)的鋼筋砼水箱，首先著眼點是自重輕，強度大。另一個關(guān)鍵則為確保一個儲水容器自身不污染水質(zhì)，鋼種在長期運行中，必須具備對人體衛(wèi)生、安全、無害。1.1不銹鋼水箱的強度質(zhì)量由于我們設(shè)計的不銹鋼水箱組，選用的板厚為0.8mm1.0mm，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(guān)技術(shù)資料和設(shè)計數(shù)據(jù)表明，用料厚度雖然較薄，但材料具有強度高，韌性大，延伸性好的特點，只要把握好生產(chǎn)制作中的關(guān)鍵，設(shè)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(wěn)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(zhì)的污染與否直接影響到人民身體健康，應(yīng)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(shè)計制作不銹鋼種日本牌號為SUS304(相當于國產(chǎn)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（H2CO3）等酸的作用，保障了水容器不污染水質(zhì)的前提條件。2不銹鋼水箱組設(shè)計布置方式和水力計算依據(jù)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(nèi)，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(jīng)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(huán)境。對此，我們結(jié)合大樓加層大修以及適應(yīng)大樓屋頂平面，對兩組不銹鋼屋頂水箱進行重新設(shè)計布置，采用并聯(lián)式水箱組，且在兩組水箱之間安裝連通環(huán)流管(見圖1)，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(chǎn)生的常見頑癥，斷、溢水事故。屋頂水箱組平面位置圖1并列不銹鋼水箱組布置及生活給水連通環(huán)流管圖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(qū)供水，上區(qū)(3層14層)屋頂水箱上行下給式供水，住戶數(shù)n為286戶，下區(qū)(地下室2層)下行上給式市政管網(wǎng)直接供水。該高層住宅給排水、衛(wèi)生盥洗設(shè)施較為完善，核算戶用水當量Ng為6.0N。上區(qū)用水總當量：NNgn6.02861716（N）設(shè)計上區(qū)秒流總量：Qg0.2KN(取1.02,K取0.004 5)根據(jù)建筑物類別性質(zhì)定Qg1.020.21 7160.004516.17（Ls）。所以無調(diào)節(jié)貯水箱容積時，需求供水量為16.17Ls，即58.2m3h。計算水箱生活蓄水最小容積Vt：Qgh為設(shè)計秒流量，折算為最高時需要量58.2m3h；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）23.8m3h；T為設(shè)計秒流量的持續(xù)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）TQbTbVt（58.2-23.8）0.523.80.2523.2m3根據(jù)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(diào)節(jié)范圍，結(jié)合實踐經(jīng)驗Vt定為48m3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(nèi)配備消火栓防火設(shè)施每股(50-19雙頭消火栓）系統(tǒng)設(shè)計流量8Ls10Ls，現(xiàn)配備3股系統(tǒng)，則其消防給水總量Qgx為30Ls。屋頂不銹鋼水箱組應(yīng)同時滿足儲存T初=10min的自救消防水量。 則其貯水量：VxQgxT初301060100018(m3)依據(jù)消防規(guī)范當室內(nèi)消防用水量超過25Ls，經(jīng)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(yīng)留有適當距離，為保證消防設(shè)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24m3。2.3設(shè)計制作薄壁不銹鋼水箱的形體要求經(jīng)計算該建筑屋頂貯水箱總?cè)萘繛?2m3(生活48m3、消防24m3)，6只水箱分別貯水，每只水箱有效容量應(yīng)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(shè)計形體結(jié)構(gòu)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(shè)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(xiàn)場安裝，但以后運行管理，都沒出現(xiàn)任何麻煩。圖2不銹鋼水箱1 箱體2 進水管3 液控引入孔4 消防管5 生活水管6 排污管7 人孔蓋8 起吊環(huán)9 溢水管10 壓水加強筋3薄壁不銹鋼屋頂水箱組的實效3.1經(jīng)濟指標比較薄壁不銹鋼水箱與砼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)水箱20萬元/只(建筑結(jié)構(gòu)部分計入)，有關(guān)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(yōu)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(shè)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(nèi)，用水泥砂漿或者細石砼鋪墊，可保證板與支承面接觸緊密。由于采用水箱組并聯(lián)供水，生活和消防蓄水兼容一水箱組，其中任一只水箱一旦需搶修、清洗時，另兩只水箱照樣維持供水，當消防需要時，生活水也可補充消防用水，增加了供用水的安全可靠性。3.3減少水質(zhì)二次污染機會在給水系統(tǒng)設(shè)計時，我們特別注意到對消防蓄水的“死水”現(xiàn)象和水箱進出水分層流動“停滯區(qū)”的防治。屋頂水箱內(nèi)分區(qū)給水管制成虹吸裝置，進出水管安裝平面位置有意參差分布，同時還將進入箱體內(nèi)的管材改成UPVC管，防止銹蝕污染。水箱組又是圓柱并且立式安放，即便產(chǎn)生沉污，排污閥一開即可解決。實踐證明，這些措施到位，“死水”和“停滯區(qū)”現(xiàn)象消除，促進了箱內(nèi)水體全方位流動，加之不銹鋼水箱內(nèi)壁光滑，污垢、藻類等無法附著，又一污染環(huán)節(jié)被杜絕。兩年的運行表明，箱底結(jié)垢(砂粒、粘土、有機質(zhì)等)比砼水箱顯著減少，水質(zhì)清純，住戶反映良好，改善了用水環(huán)境，為維護廣大百姓身體健康起到積極作用。4應(yīng)該注意的幾個問題4.1大噸位薄壁不銹鋼水箱運輸、安裝過程必須謹慎細致大噸位水箱由于是“泡貨”，在運輸?shù)跹b時更要注意不得碰撞，以防變形，使焊縫開裂，嚴禁重力敲打，萬一出現(xiàn)差錯，現(xiàn)場很難修復(fù)；箱體管道連接時應(yīng)順螺紋緩緩旋緊；鑒于箱壁相對較薄，施工時管子鉗切勿用力過猛；管道連接處水箱內(nèi)應(yīng)襯以加強板保護，提高接頭強度。箱體寬度、高度設(shè)計，應(yīng)考慮公路、隧道、橋涵等汽車運輸所允許的技術(shù)規(guī)范。4.2避雷設(shè)計方式和計算因不銹鋼水箱組在高層建筑的最高、最突出位置，對其避雷設(shè)施，以預(yù)防直接雷為主，采用避雷針和避雷網(wǎng)帶相結(jié)合的防雷保護裝置，避雷帶可沿水箱組上口邊緣敷設(shè)，與建筑物避雷帶相連接。有效的避雷針裝置對直接雷放電靈敏，可安全地將雷電符導(dǎo)入大地，避雷針可安裝在不銹鋼水箱組居中位置，引下線沿建筑物的屋頂和墻壁敷設(shè)，直接與避雷接地裝置可靠連接，避雷針設(shè)計技術(shù)條件高度，保護范圍，制作要求如圖3所示。圖3屋頂不銹鋼水箱組避雷針設(shè)計計算圖4.3水箱組防凍保溫措施高層住宅建筑用水狀況區(qū)別于一般多層住宅，住戶多，人口集中，日用水周期長，因此水箱內(nèi)水體全日保持流動狀態(tài)。即使處于隆冬臘月，也未曾有結(jié)冰現(xiàn)象。1990年底上海突遇百年未遇的寒流襲擊，我們管理的40余幢高層建筑發(fā)生90余處管道嚴重凍裂事故均發(fā)生在消防管道系統(tǒng)，問題是出在“死水”。但這次不銹鋼水箱組未采取保溫措施，使用兩年來，也經(jīng)歷了最低氣溫-8考驗，安然無恙?？紤]到留有余地，我們安裝時兩水箱間空出20cm間距，便于物業(yè)管理部門再做防凍保溫措施。4.4管理、檢