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(shí)，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(zhǎng)，影響正常供水等情況。我們?cè)谀炒?2層高層住宅結(jié)合大修加層至14層時(shí)，就遇到了這一問題。在拆除2只屋頂砼水箱后續(xù)建時(shí)發(fā)現(xiàn)需再建的砼水箱自重30t，裝滿水后總重達(dá)90余t，墻體結(jié)構(gòu)難以承受。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩組圓柱型高強(qiáng)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(gè)難題。 該屋頂水箱實(shí)際運(yùn)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(zhǎng)等特點(diǎn)，運(yùn)行中還可靈活切換投入水箱的個(gè)數(shù)，既增加了供水**可靠性，又避免了水質(zhì)二次污染，且造價(jià)低，與同容積砼水箱造價(jià)相比，節(jié)約經(jīng)費(fèi)19.80萬元。現(xiàn)將超薄型大噸位不銹鋼屋頂水箱組設(shè)計(jì)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(qiáng)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(diǎn)是自重輕，強(qiáng)度大。另一個(gè)關(guān)鍵則為確保一個(gè)儲(chǔ)水容器自身不污染水質(zhì)，鋼種在長(zhǎng)期運(yùn)行中，必須具備對(duì)人體衛(wèi)生、**、無害。
1.1 不銹鋼水箱的強(qiáng)度質(zhì)量
由于我們?cè)O(shè)計(jì)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(dá)到強(qiáng)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(jì)數(shù)據(jù)表明，用料厚度雖然較薄，但材料具有強(qiáng)度高，韌性大，延伸性好的特點(diǎn)，只要把握好生產(chǎn)制作中的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)制作大容量不銹鋼儲(chǔ)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(gè)儲(chǔ)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(zhǎng)期的運(yùn)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?cè)O(shè)計(jì)制作不銹鋼種日本牌號(hào)為SUS304(相當(dāng)于國產(chǎn)OCi18Ni9牌號(hào))，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(duì)強(qiáng)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(yùn)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(jì)布置方式和水力計(jì)算依據(jù)
2.1 確定水箱組的布置方式
因建筑呈Z字狀長(zhǎng)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(shí)向兩個(gè)砼屋頂水箱供水。雖然在離泵房供水管路較長(zhǎng)的2號(hào)水箱內(nèi)，安裝了液位控制器，且兩個(gè)水箱進(jìn)水還輔以水位控制浮球閥，但由于水壓差異，進(jìn)水量不均，經(jīng)常造成球閥杠桿斷裂失控而溢水，有時(shí)兩個(gè)屋頂水箱用水量懸殊，使其中一個(gè)水箱斷水，影響住戶的用水環(huán)境。對(duì)此，我們結(jié)合大樓加層大修以及適應(yīng)大樓屋頂平面，對(duì)兩組不銹鋼屋頂水箱進(jìn)行重新設(shè)計(jì)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(bǔ)，高程平衡，杜絕兩水箱組因進(jìn)、出水量差異產(chǎn)生的常見頑癥，斷、溢水事故。2.2 不銹鋼水箱組貯水量的計(jì)算
2.2.1 計(jì)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(gè)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(dāng)量Ng為6.0N。
上區(qū)用水總當(dāng)量：N∑＝Ng×n
?。?.0×286
＝1716（N）
設(shè)計(jì)上區(qū)秒流總量：Qg＝α×0.2 ＋KN∑ (α取1.02,K取0.004 5)
根據(jù)建筑物類別性質(zhì)定Qg＝1.02×0.2×1 716＋0.0045× ＝16.17（L／s）。
所以無調(diào)節(jié)貯水箱容積時(shí)，需求供水量為16.17L／s，即58.2m3／h。
計(jì)算水箱生活蓄水小容積Vt：
Qgh為設(shè)計(jì)秒流量，折算為高時(shí)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(yáng)程時(shí)輸出流量）23.8m3／h；
T為設(shè)計(jì)秒流量的持續(xù)時(shí)間，按0.5h計(jì)算；
Tb為水泵短運(yùn)行時(shí)間，按0.25h計(jì)算。
Vt＝(Qgh-Qb）×T＋Qb×Tb
Vt＝（58.2-23.8）×0.5＋23.8×0.25
＝23.2m3
根據(jù)以上計(jì)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(kuò)大液控調(diào)節(jié)范圍，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)Vt定為48m3為宜。
2.2.2 消防自救蓄水容量的計(jì)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(jì)流量8L／s～10L／s，現(xiàn)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(yīng)同時(shí)滿足儲(chǔ)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(jù)消防規(guī)范當(dāng)室內(nèi)消防用水量超過25L／s，經(jīng)計(jì)算水箱消防貯水量超過18m3時(shí)，仍可采用18m3。在實(shí)際運(yùn)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(dāng)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(jì)制作薄壁不銹鋼水箱的形體要求
經(jīng)計(jì)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(yùn)輸，但設(shè)計(jì)形體結(jié)構(gòu)必須符合交通運(yùn)輸、安裝和管理上需求，不然會(huì)帶來麻煩，我們以4t普通載重貨車為運(yùn)輸工具，為此設(shè)計(jì)單個(gè)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(yùn)輸長(zhǎng)途跋涉到現(xiàn)場(chǎng)安裝，但以后運(yùn)行管理，都沒出現(xiàn)任何麻煩。
不銹鋼水箱在高城建筑中的使用