Существуют следующие типы металлических водонапорных башен:
- решетчатые призматические башни;
- сетчатые гиперболопдальные башни;
- отдельно стоящие высокие водонапорные резервуары.
Решетчатые призматические башни
Этот тип башен преимущественно применяется в Западной Европе и особенно в Америке,
Конструкция решетчатой призматической башни состоит в зависимости от размеров и емкости поддерживаемого ею водяного резервуара из небольшого числа мощных по сечению стоек, связанных между собой через большие по высоте промежутка жесткими распорками и диагоналями (рис. 1).
На рис. 1 представлена башня с открыто стоящим резервуаром емкостью около 40 м3 со сферическим дном. Высота башни до начала цилиндрической поверхности резервуара составляет 33 м. Стойки в зависимости от конструкции резервуара ставятся или вертикально или с некоторым наклоном к центру башни. Резервуар приклепывается к стойкам посредством специальных лап, располагаемых в месте сопряжения сферического дна с вертикальными стенками резервуара.
На рис. 8 изображена башня с резервуаром емкостью 3 750 м3, конструкция которой представляет собой многогранную решетчатую призму. Стойки связаны между собой в пяти плоскостях жесткими распорками и диагоналями из круглого железа, расположенными в плоскостях боковых граней призмы. В горизонтальных плоскостях колец расположены связи в виде радиальных тяг, идущих от каждой стойки к центральной трубе.
В представленных на фиг. 1 и 8 водонапорных башнях установлены открытые резервуары. При устройстве водонапорных башен в местностях с суровым климатом необходимо устраивать вокруг резервуара изоляционный деревянный шатер с подогревом воздуха внутри последнего. Водяной резервуар находится при этом в зимнее время в теплом помещении, и находящаяся в нем вода предохраняется таким образом от замерзания.
Летом шатер защищает резервуар от влияния солнечной радиации. При деревянной конструкции шатра целесообразно применение резервуаров с плоским дном. В этом случае верхняя часть башни оканчивается площадкой, на которой устанавливается резервуар.
На рис. 4 приведен пример устройства башни с таким резервуаром, а на рис. 9 и 2 показаны детали отдельных узловых соединений. Высота башни 40 м, а емкость резервуара 500 м3.
Сетчатые гиперболоидальные башни Шухова
Сетчатые башни Шухова в качестве водонапорных сооружений получили преимущественное распространение в СССР, где эти сооружения установлены на целом ряде городских водопроводов, на многих промышленных предприятиях, а также на станциях железных дорог. Водонапорные башни Шухова бывают одноярусные и двухъярусные (рис. 5 и 6). Последние применяются в случаях расположения на башне двух резервуаров на различных высотах, а также в случаях больших высот башни, когда является целесообразным разбить башню на два яруса с целью уменьшения основания башни, который при одноярусном решении в этих случаях получается чрезмерно большим.
Конструкция
Сетчатые башни Шухова представляют собой гиперболоид вращения, образуемый из ряда стоек углового или швеллерного профилей, взаимно пересекающихся и направленных по прямым линиям. Т. о. в каждой сетчатой башне все составляющие ее стойки разделяются поровну на наружные и внутренние, наклоненные в противоположные друг к другу стороны. В нижнем и верхнем сечении все стойки остова башни обычно располагаются симметрично на равных друг от друга расстояниях.
В местах пересечения стойки остова башни склепаны между собой, и для достижения общей жесткости с внутренней стороны к стойка мостовая прикрепляются стальные горизонтальые кольца углового или швеллерного профилей.
Нижнее опорное кольцо остова сетчатой башни устанавливается на кольцевом фундаменте и скрепляется с последним болтами, располагаемыми у каждой из строек. Верхнее кольцо остова башни в случае установки на ней резервуаров со сферическим выпуклым дном или со сложными днищами (системы Интце) является вместе с тем и непосредственной опорой для резервуара (рис. 5 и 6).
В случае же установки на башне резервуара с плоским дном на верхнем кольце остова башни устраивается площадка под резервуар, состоящая из двутавровых или швеллерных балок, располагаемых радиально, поверх которых и устанавливается резервуар (рис. 7).
Резервуар с плоским дном применяют главным образом тогда, когда необходимо утеплить резервуар, для чего вокруг него устраивают деревянный шатер. Для утепления резервуара снизу по нижним полкам радиальных балок, образующих площадку для резервуара, делается подшивка из досок, на которой помещается утеплитель. Между стенками шатра и резервуаром оставляется свободное пространство шириной 700 мм.
Стенки шатра представляют собой деревянный каркас с двойной дощатой обшивкой, утепленной термоизолирующим материалом. Пространство между стенками шатра и резервуаром отапливается паровой трубой, располагаемой снаружи боковых стенок резервуара, или циркуляцией подогретого воздуха, вводимого в это пространство.
При расчете должен быть учтен наклон стоек. Определенные по предварительному приближенному расчету сечения стоек и колец должны быть проверены на устойчивость.
Отдельно стоящие высокие водонапорные резервуары
Отдельно стоящие высокие водонапорные резервуары, применяемые преимущественно в Америке, представляют собой высокие резервуары небольшого сравнительно с высотой диаметра, устанавливаемые непосредственно на уровне земли.