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不锈钢水箱在高城建筑中的使用

不锈钢水箱在高城建筑中的使用
近年来在一些建筑成套化改造或者加层时，经常碰到砼水箱自重大，建筑结构无法承受，且施工周期长，影响正常供水等情况。我们在某幢12层高层住宅结合大修加层至14层时，就遇到了这一问题。在拆除2只屋顶砼水箱后续建时发现需再建的砼水箱自重30t，装满水后总重达90余t，墙体结构难以承受。为此，我们设计了两组圆柱型高强度薄壁不锈钢水箱组，每组3只并列安装，单只水箱容水量为12m3，但每只水箱重仅1.5t，有效地减轻了自重，解决了这个难题。

　　该屋顶水箱实际运行两年来，一切技术状况良好，体现出安装便捷，清洁卫生，管理方便，使用周期长等特点，运行中还可灵活切换投入水箱的个数，既增加了供水**可靠性，又避免了水质二次污染，且造价低，与同容积砼水箱造价相比，节约经费19.80万元。现将超薄型大吨位不锈钢屋顶水箱组设计应用有关问题归纳如下。

1　薄壁不锈钢屋顶水箱钢种选择与强度质量、理化稳定性的要求

　　以较大容量的薄壁不锈钢屋顶水箱组，取代传统的钢筋砼水箱，首先着眼点是自重轻，强度大。另一个关键则为确保一个储水容器自身不污染水质，钢种在长期运行中，必须具备对人体卫生、**、无害。

　　1.1　不锈钢水箱的强度质量

　　由于我们设计的不锈钢水箱组，选用的板厚为0.8mm～1.0mm，如此厚度，贮存大容量液体后能否达到强度上的要求，引起一些人的怀疑，有关技术资料和设计数据表明，用料厚度虽然较薄，但材料具有强度高，韧性大，延伸性好的特点，只要把握好生产制作中的关键，设计制作大容量不锈钢储水容器无可非议，可以获得成功。

　　1.2　不锈钢种的理化稳定性

　　高层建筑不锈钢屋顶水箱，作为几百家住户的一个储水容器，水质的污染与否直接影响到人民身体健康，应在长期的运行过程中，不氧化、不生化，免于锈蚀和重金属铬、镍离子的生成析出。为此，我们设计制作不锈钢种日本牌号为SUS304(相当于国产OCi18Ni9牌号)，从SUS304资料说明可以看出，该类钢种属奥氏体不锈耐酸钢，有良好的耐腐蚀性能和金属压延性能，对强氧化酸有耐腐蚀性。由此可见，以此作水箱体材料，完全可以抵御运行中低浓度氯酸(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质的前提条件。

2　不锈钢水箱组设计布置方式和水力计算依据

　　2.1　确定水箱组的布置方式

　　因建筑呈Z字状长条型，且住户多，平均每层23户，大楼改造前，采用同一泵组同时向两个砼屋顶水箱供水。虽然在离泵房供水管路较长的2号水箱内，安装了液位控制器，且两个水箱进水还辅以水位控制浮球阀，但由于水压差异，进水量不均，经常造成球阀杠杆断裂失控而溢水，有时两个屋顶水箱用水量悬殊，使其中一个水箱断水，影响住户的用水环境。对此，我们结合大楼加层大修以及适应大楼屋顶平面，对两组不锈钢屋顶水箱进行重新设计布置，采用并联式水箱组，且在两组水箱之间安装连通环流管(见图1)，使两组水箱蓄水互补，高程平衡，杜绝两水箱组因进、出水量差异产生的常见顽症，断、溢水事故。2.2　不锈钢水箱组贮水量的计算

　　2.2.1　计算本大楼给水总秒流量，确定屋顶水箱生活蓄水容积
　　大楼加层改造后按两个竖向分区供水，上区(3层～14层)屋顶水箱上行下给式供水，住户数n为286户，下区(地下室～2层)下行上给式市政管网直接供水。该高层住宅给排水、卫生盥洗设施较为完善，核算户用水当量Ng为6.0N。
　　上区用水总当量：N∑＝Ng×n
　　　　　　　　　　　＝6.0×286
　　　　　　　　　　　＝1716（N）
　　设计上区秒流总量：Qg＝α×0.2 ＋KN∑　(α取1.02,K取0.004 5)
　　根据建筑物类别性质定Qg＝1.02×0.2×1 716＋0.0045× ＝16.17（L／s）。
　　所以无调节贮水箱容积时，需求供水量为16.17L／s，即58.2m3／h。
　　计算水箱生活蓄水小容积Vt：
　　Qgh为设计秒流量，折算为高时需要量58.2m3／h；
　　Qb为水泵输出流量(在水泵Q～H特性曲线上查得中扬程时输出流量）23.8m3／h；
　　T为设计秒流量的持续时间，按0.5h计算；
Tb为水泵短运行时间，按0.25h计算。
　　Vt＝(Qgh-Qb）×T＋Qb×Tb
　　Vt＝（58.2-23.8）×0.5＋23.8×0.25
＝23.2m3
　　根据以上计算得屋顶水箱贮水容量Vt必须大于23.2m3。为**供水，确保生活蓄水高程和扩大液控调节范围，结合实践经验Vt定为48m3为宜。
　2.2.2　消防自救蓄水容量的计算
　　此建筑归于二类高层建筑，室内配备消火栓防火设施每股(50-19双头消火栓）系统设计流量8L／s～10L／s，现配备3股系统，则其消防给水总量Qgx为30L／s。屋顶不锈钢水箱组应同时满足储存T初=10min的自救消防水量。
　　则其贮水量：Vx＝Qgx×T初
　　　　　　　　　＝30×10×60／1000
　　　　　　　　　＝18(m3)
　　依据消防规范当室内消防用水量超过25L／s，经计算水箱消防贮水量超过18m3时，仍可采用18m3。在实际运作中，按两组6只水箱分布贮水，加之屋顶水箱与消防输出管距箱底应留有适当距离，为保证消防设施硬件可靠，我们将每只水箱贮水量增加1m3，则确定消防自救贮水量为24m3。
　　2.3　设计制作薄壁不锈钢水箱的形体要求
　　经计算该建筑屋顶贮水箱总容量为72m3(生活48m3、消防24m3)，6只水箱分别贮水，每只水箱有效容量应保证在12m3。鉴于水箱在外省市制作加工，水箱组总重仅3t，不难运输，但设计形体结构必须符合交通运输、安装和管理上需求，不然会带来麻烦，我们以4t普通载重货车为运输工具，为此设计单个水箱为圆柱形，直径2.6m，总高2.8m，箱底呈0.05m抛面，上口人孔为1.2m(见图2)。因考虑周全，虽然运输长途跋涉到现场安装，但以后运行管理，都没出现任何麻烦。
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