不銹鋼水箱在高城建筑中的使用
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(xù)建時發(fā)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(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,既增加了供水**可靠性,又避免了水質二次污染,且造價低,與同容積砼水箱造價相比,節(jié)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(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(wèi)生、**、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(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(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(huán)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(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(qū)供水,上區(qū)(3層~14層)屋頂水箱上行下給式供水,住戶數n為286戶,下區(qū)(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(wèi)生盥洗設施較為完善,核算戶用水當量Ng為6.0N。
上區(qū)用水總當量:N∑=Ng×n
?。?.0×286
?。?716(N)
設計上區(qū)秒流總量:Qg=α×0.2 +KN∑ (α取1.02,K取0.004 5)
根據建筑物類別性質定Qg=1.02×0.2×1 716+0.0045× =16.17(L/s)。
所以無調節(jié)貯水箱容積時,需求供水量為16.17L/s,即58.2m3/h。
計算水箱生活蓄水小容積Vt:
Qgh為設計秒流量,折算為高時需要量58.2m3/h;
Qb為水泵輸出流量(在水泵Q~H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(xù)時間,按0.5h計算;
Tb為水泵短運行時間,按0.25h計算。
Vt=(Qgh-Qb)×T+Qb×Tb
Vt=(58.2-23.8)×0.5+23.8×0.25
=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**供水,確保生活蓄水高程和擴大液控調節(jié)范圍,結合實踐經驗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,室內配備消火栓防火設施每股(50-19雙頭消火栓)系統(tǒng)設計流量8L/s~10L/s,現配備3股系統(tǒng),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=Qgx×T初
?。?0×10×60/1000
?。?8(m3)
依據消防規(guī)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。
不銹鋼水箱在高城建筑中的使用