不锈钢水箱在高层建筑屋顶的应用研究

1、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

2、还可灵活切换投入水箱的个数, 既增加了供水安全可靠性, 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。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、安全、无害。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 0.8mmmm,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

3、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 , 免于锈蚀和重金属铭、锲离子的生成析出。为此，我们设计制作不锈钢种日本牌号为SUS304（目当于国产OCi18Ni9牌号），从SUS30卷料说明可以看出，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 ,

4、 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痔酸的作用，保障了水容器不污染水质的前提条件。不锈钢水箱组设计布置方式和水力计算依据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

5、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。不锈钢水箱组贮水量的计算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

6、E=NgX n=6.0X286=1716(N)设计上区秒流总量：Qg=a X0.2+KNE (a 取1.02,K取0.0045)根据建筑物类别性质定 Qg=1.02X 0.2 X 1716+0.0045 X= 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 。计算水箱生活蓄水最小容积Vt:Qgh为设计秒流量，折算为最高时需要量58.2m3/h;Qb为水泵输出流量(在水泵QHW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 为水泵最短运行时间 , 按 0.25h 计算。Vt=(Q

7、gh-Qb)X T+QbK TbVt=(58.2- 23.8) X 0.5+23.8 X 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。为安全供水,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。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/s10L/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=QgxXT初=30X 10X60/1000=18（m3）依据消防规范当室

8、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?S 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。3 薄壁不锈钢屋顶水箱组的实效经济指标比较薄壁不锈钢水箱与砼结构水箱及其他种类水箱相比较, 目前大容积水箱单价:不锈钢水箱0.2万元/m30.25万元/m3,奥金水箱0.25万元/m30.30万元/m3。若 采用单个水箱贮水量36m斑结构水箱20万元/只（建筑结构部分计入），有关主管部 门指定选用的普通玻璃钢水箱17万元 /只, 而我们选用水箱组两套造价仅为 19.6