АМЕРИКАНСКОЕ ОБЩЕСТВО ГРАЖДАНСКИХ ИНЖЕНЕРОВ

ОСНОВАНО В 1852 ГОДУ

ТРУДЫ

Доклад № 1174

БЕТОННАЯ ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ. [A]

Автор: А. Кемпки-мл., младший член Американского общества гражданских инженеров [B]

С обсуждением, представленным Морисом К. Кушо, Л. Й. Меншем, А. Х. Марквартом и А. Кемпки-мл.

Город Виктория расположен на южной оконечности острова Ванкувер в провинции Британская Колумбия, Канада, и является столицей этой провинции.

Как и во всех городах крайнего Запада, его рост за последние несколько лет был очень быстрым. Население города как такового вместе с населением непосредственно прилегающего муниципалитета Оук-Бей в настоящее время составляет около 35 000 человек.

Водопроводные сооружения Виктории принадлежат городу и эксплуатируются под руководством уполномоченного по водоснабжению, назначаемого городским советом. По специальному соглашению вода поставляется в Оук-Бей оптом, поскольку этот муниципалитет имеет собственную распределительную систему.

Быстрый рост населения, а также тот факт, что в последние годы было сделано очень мало для увеличения водоснабжения, привели к необходимости реконструкции всей системы, и существует очень мало городов, где это потребовало бы решения стольких сложных задач или выполнения столь разнообразных работ.

Вода забирается из озера Элк-Лейк, расположенного примерно в пяти милях к северу от города; оттуда она самотеком поступает на насосную станцию, находящуюся на расстоянии около четырех миль, а затем перекачивается непосредственно потребителям.

Недавно завершенная реконструкция системы предусматривала:

1. Увеличение емкости озера Элк-Лейк с помощью системы дамб.

2. Увеличение пропускной способности магистрали до насосной станции путем замены около двух миль старого 16-дюймового клепаного трубопровода из ковкого железа на 24-дюймовый клепаный стальной трубопровод.

3. Увеличение мощности насосной станции путем установки насосного агрегата производительностью 4 500 000 галлонов типа «кросс-компаунд» системы Корлисса с кривошипно-шатунным механизмом и маховиком.

4. Строительство в городе распределительного резервуара с бетонной облицовкой емкостью 20 000 000 галлонов.

5. Полную реконструкцию распределительной системы, потребовавшую прокладки около 1/2 мили 18-дюймовых и 27-дюймовых труб, а также около 1 мили 24-дюймовых клепаных стальных труб; кроме того, около 3000 тонн чугунных труб диаметром от 4 до 12 дюймов.

6. Обеспечение обслуживания высокого уровня с помощью возвышенного резервуара емкостью около 100 000 галлонов; вода подается в резервуар двумя насосами тройного действия с электроприводом, каждый из которых имеет производительность 100 000 галлонов в сутки при динамическом напоре 150 футов и настроен на автоматический пуск и остановку при изменении уровня воды в резервуаре на 3 фута. Эти насосы расположены примерно в одной миле от башни и управляются автоматическим пусковым устройством с поплавковым приводом, установленным в основании башни.

Описание возвышенного резервуара, имеющего оригинальную конструкцию, с обоснованием выбора типа используемого сооружения, метода строительства и подробной сметы расходов составляет основу данного доклада.

Башня находится на вершине самого высокого холма в городе, в центре самого престижного жилого района, где у ее подножия расположены красивые дома. Таким образом, необходимость архитектурной проработки сооружения представляется первостепенной. Фактически, противодействие местных жителей обычному типу возвышенного резервуара, то есть решетчатым колоннам, поддерживающим резервуар с полусферическим дном и конической крышей, сделало его использование невозможным, хотя тендеры на такое сооружение были объявлены.

Считается, что в данных условиях расположения следует рассмотреть три типа сооружений: во-первых, цельностальную конструкцию, где декоративное оформление достигается за счет облицовки кирпичом или бетоном; во-вторых, кирпично-стальную или бетонно-стальную конструкцию, подобную той, что была фактически возведена; в-третьих, типичную железобетонную конструкцию.

Если рассматривать только часть ниже резервуара, то количество материала, необходимого для облицовки конструкции первого типа, будет практически таким же, как и того, что используется для поддержки резервуара в конструкции второго типа. Следовательно, стальная подконструкция, по сути, будет представлять собой чистый убыток, и поэтому экономичность этого типа вызывает серьезные сомнения.

Была получена заявка на железобетонную конструкцию, идентичную по внешнему виду построенной, но из-за естественного консерватизма местных жителей в отношении этого типа строительства она не была принята.

Построенная башня представляет собой полый цилиндр из обычного бетона высотой 109 футов с внутренним диаметром 22 фута. Стены имеют толщину 10 дюймов на первых 70 футах и 6 дюймов на оставшихся 39 футах и украшены шестью пилястрами (высотой 70 футов, шириной 3 фута и толщиной 7 дюймов), 4-футовым поясом, затем двенадцатью пилястрами (высотой 12 футов, шириной 18 дюймов и толщиной 7 дюймов), карнизом и парапетной стеной.

Стальной резервуар обычного типа встроен в верхние 40 футов этого цилиндра. Для формирования дна этого резервуара в цилиндре на расстоянии около 70 футов от основания выполнен купол из обычного бетона, распор которого воспринимается двумя стальными кольцами размером 1/2 на 14 дюймов и 3/8 на 18 дюймов, заделанными в стены башни, причем последнее кольцо приклепано к нижнему поясу резервуара.

Резервуар покрыт крышей из железобетона толщиной 4 дюйма, конической формы, армированной витыми стальными стержнями диаметром 1/2 дюйма. Конструкция сооружения наглядно показана на рис. 1.

Башня построена на выходе коренных скальных пород. Эта скала была грубо ступенчато выровнена, и было возведено бетонное основание. Это основание представляет собой полое кольцо с внутренним диаметром 20 футов и толщиной стен 5 футов. Оно имеет высоту около 2 футов с одной стороны и 7 футов с другой и образует ровную площадку, на которой возведена башня. Опалубка для этого основания состоит из вертикальной обшивки и кольцевых ребер. Обшивка выполнена из двойных строганых сегментов размером 2 на 3 дюйма, а ребра — из сегментов размером 2 на 12 дюймов длиной 6 футов, уложенных внахлест и надежно скрепленных гвоздями для образования полных или частичных кругов. Эти ребра расположены с шагом 2 фута по центрам.

Fig. 1.—(Full page image) WATER TOWER VICTORIA, B.C. WATER-WORKS Fig. 1.—(Full page image)
WATER TOWER VICTORIA, B.C. WATER-WORKS

Аналогичная конструкция использовалась для формирования сужающегося основания самой башни, за исключением того, что радиусы сегментов, образующих последовательные ребра, уменьшались с высотой ребра. Использовалась коническая обшивка, изготовленная путем двойного строгания кусков размером 2 на 6 дюймов до размеров 1-3/4 на 5-13/16 дюйма и распиливания по диагонали, что давало две доски шириной 3 дюйма с одного конца и 2-3/4 дюйма с другого. Эта коническая обшивка снова использовалась на опалубке 4-футового пояса и карниза, при этом конусность чередовалась вверх и вниз.

Fig. 2.—FORMS FOR WATER TOWER VICTORIA, B.C. Fig. 2.—FORMS FOR WATER TOWER VICTORIA, B.C.

Поскольку внутренний диаметр был одинаковым до основания купола, с самого начала использовалась разборная опалубка. Эта опалубка была выполнена в виде шести больших секций высотой 6 футов с одной небольшой ключевой секцией с клиновым элементом для облегчения распалубки, как показано на рис. 2. Было три яруса таких секций, соединенных болтами встык по горизонтали и друг с другом по вертикали.

Над сужающимся основанием, за исключением 4-футового пояса и карниза, разборная опалубка использовалась и снаружи. Было шесть секций, простирающихся от колонны до колонны, и шесть секций колонн, все они были соединены болтами по окружности и сконструированы, как показано на рис. 2. Три яруса этих секций также были соединены болтами как по вертикали, так и по горизонтали.

После заполнения верхнего яруса порядок работы был следующим:

Все горизонтальные болты в нижних внутренних и внешних опалубках были удалены, как и небольшая ключевая секция внутри; это привело к тому, что каждая секция осталась подвешенной к соответствующей секции непосредственно над ней с помощью упомянутых ранее вертикальных болтов. Таким образом, видно, что в каждом случае средний ярус выполнял двойную функцию: удерживал верхний ярус, заполненный свежим бетоном, и секции нижнего яруса, пока их не поднимали и снова не устанавливали в положение для заполнения.

Затем эти нижние опалубки поднимались вручную — с использованием четырехниточных талей — и устанавливались в положение на верхние опалубки, их нижние края тщательно выравнивались заподлицо с верхним краем уже установленной опалубки, а затем прикручивались к ней. Снаружи опалубка колонн, а внутри клиновые и ключевые секции устанавливались в последнюю очередь. 3-фунтовый отвес на тонкой леске был подвешен к внутренним лесам и тщательно отцентрован над точкой, установленной в скале у основания. Эта линия находилась точно в центре башни, и верхние части всех опалубок после каждого сдвига тщательно выставлялись по ней путем измерения, что позволяло сохранять вертикальность сооружения.

Первые 23 дюйма ствола башни были отформованы с помощью специальной внешней опалубки, сконструированной так, чтобы сформировать основания больших пилястр. После одиннадцати применений 6-футовых опалубок эти 23-дюймовые секции были перевернуты для формирования капителей, что сделало эти пилястры высотой 69 футов 10 дюймов в общей сложности.

Опалубка 4-футового пояса и валика была выполнена из двенадцати секций простых сегментов и вертикальной обшивки, как показано на рис. 2.

Два комплекта внешней опалубки были распилены вдоль, как показано на рис. 2, и использованы для формирования небольших пилястр. Первый комплект был установлен на место, заполнен, и бетону дали затвердеть. Болты были ослаблены, и опалубка была поднята на 5-1/2 дюйма вертикально, снова закреплена болтами, и был установлен второй комплект, доводя верхнюю часть второго комплекта до низа карниза. Базы и капители небольших пилястр были отформованы позже.

Опалубка карниза четко показана на рис. 2. Небольшие короба, разделяющие зубцы, сделаны из легкого материала и прибиты к опалубке карниза так, чтобы при распалубке они оставались на месте и их можно было вынуть отдельно, чтобы предотвратить отламывание углов зубцов. Ряд внешних и внутренних секций был распилен пополам по горизонтали, чтобы обеспечить опалубку для парапетной стены.

Внутренний диаметр резервуара на 8 дюймов больше внутреннего диаметра основания. Два комплекта внутренней опалубки были распилены вдоль и раздвинуты, как показано на рис. 2, и была добавлена еще одна небольшая секция, чтобы завершить круг. Оставшийся комплект был оставлен на месте для поддержки опалубки купола.

Опалубка купола была выполнена из двенадцати секций, соединенных болтами для облегчения распалубки. Все ребра и сегменты были нарезаны по размеру на земле, собраны на месте, а затем покрыты обшивкой и двухслойной дегтевой бумагой. Обшивка на нижнем крутом изгибе была выполнена из двойного слоя еловой доски толщиной 3/8 дюйма, остальная часть — из сосновой доски 1 на 4 дюйма, подогнанной до равномерной толщины 7/8 дюйма. На рис. 3 показана конструкция этой опалубки и метод укладки обшивки.

Опалубка крыши была выполнена из восьми секций и соединена болтами для облегчения распалубки. Все ребра и сегменты были нарезаны по размеру на земле, собраны на месте и покрыты обшивкой 1 на 4 дюйма, строганой до равномерной толщины 7/8 дюйма, и двухслойной дегтевой бумагой. На рис. 3 показана конструкция этой опалубки. Сегменты, уложенные горизонтально, а не перпендикулярно обшивке, дали круги вместо парабол, что сделало их гораздо более простыми в разметке и обеспечило достаточно жесткую форму.

Вопрос об использовании только внутренних лесов был тщательно рассмотрен, но из-за значительного количества декоративных элементов снаружи, требующих большого количества отдельных опалубок, не было сочтено, что это приведет к какой-либо экономии.

Рис. 4, а также рис. 1 и 2 на таблице XXIII наглядно показывают конструкцию лесов.

Plate XXIII, Fig. 1.—Scaffolding for Water Tower. Plate XXIII, Fig. 1.—Scaffolding for Water Tower.

Plate XXIII, Fig. 2.—Completed Water Tower. Plate XXIII, Fig. 2.—Completed Water Tower.

Весь бетон замешивался в мокром виде в бетоносмесителе Smith с моторным приводом и подавался с внешних лесов; его поднимали в тачках на обычном строительном подъемнике и укладывали в опалубку через железный желоб с воронкообразным входом. Этот желоб был построен из трех секций, соединенных болтами; использовалась одна, две или три секции в зависимости от расстояния от опалубки до настила. Когда верх опалубки достигал уровня какого-либо настила, бетон подавался через желоб с настила выше. Желоб был легким, и рабочие с тачками легко перемещали его при помощи человека, укладывающего бетон, в интервалах между подачами тачек.

Fig. 3.—FORMS FOR WATER TOWER VICTORIA, B.C. Fig. 3.—FORMS FOR WATER TOWER VICTORIA, B.C.

Бетон, за исключением бетона для крыши и парапета, состоял из песка и щебня, использовался материал из дробилки. Бетон для крыши и парапета состоял из песка и гравия. Единственной причиной использования гравия для бетона крыши была легкость его получения в небольших количествах, так как запас щебня был исчерпан, а это была последняя бетонная работа.

Использовался бетон следующих составов: 1:3:6 для основания и сужающегося основания; 1:3:5 для ствола башни и облицовки резервуара; и 1:2:4 для купола и крыши. Купол был залит за один раз, без швов, то же самое относится и к крыше. На протяжении всей работы использовался портландцемент Ванкувера, производимый на острове примерно в 15 милях от города.

Перед заполнением внутренняя часть резервуара была покрыта штукатурным слоем, состоящим из 1 части цемента на 1-3/4 части мелкого песка. Это оказалось недостаточным для предотвращения просачивания: вода просачивалась через купол и появлялась на внешней стороне сооружения вдоль линии дна колец. Затем были нанесены еще три слоя на весь резервуар и два дополнительных слоя на купол и примерно на 8 футов вверх по бокам, и, за исключением одного или двух небольших пятен, которые лишь слегка увлажняются, резервуар абсолютно герметичен.

Ствол башни был доведен до высоты 66 футов. Затем был установлен специальный комплект внутренней опалубки высотой около 2 футов, доходящий до линии пяты купола, и на нем была установлена опалубка купола. Идея заключалась в том, что эту 2-футовую опалубку можно было выбить по частям, а вес опалубки купола перенести на клинья на последнюю 6-футовую опалубку, при этом клинья постепенно ослаблялись, чтобы позволить опалубке купола опуститься, освободив купол. На самом деле это было сделано, но опалубка купола, будучи очень плотной, не опустилась, и ее пришлось отрывать по секциям. Аналогичный метод использовался для ослабления опалубки крыши с аналогичными результатами.

После того как опалубка купола была установлена, бетон был доведен примерно до уровня дна колец. Затем были установлены небольшие аккуратные цементные подушки, которые были точно выровнены, на них были помещены стальные кольца и возведен стальной резервуар.

Чтобы обеспечить идеально круглую форму резервуара, каждый пояс возводился с опорой на деревянные шаблоны, точно отцентрованные и прикрепленные к внутренним лесам. Резервуар представляет собой обычный тип из легкой стали: нижний пояс имеет толщину 3/16 дюйма, следующий — № 8 по бирмингемскому калибру проволоки, следующий — № 10, а остальные четыре — № 12.

Работы по фундаменту были начаты 15 августа 1908 года, а башня была завершена только 1 апреля 1909 года. Много времени было потеряно в ожидании поставки стали, а также из-за периода очень холодной погоды, что вызвало полное прекращение работ примерно на один месяц.

Завершенная башня имеет поразительный вид. Чтобы сгладить кольца, образовавшиеся из-за последовательного применения опалубки, и скрыть высолы, столь характерные для бетонных сооружений, внешняя поверхность была покрыта двумя слоями чистого цементного молочка, нанесенными обычными кистями для побелки, и до настоящего времени это, по-видимому, было очень эффективным для достижения желаемого результата.

Fig. 4.—(Full page image) SCAFFOLD FOR WATER TOWER Fig. 4.—(Full page image)
SCAFFOLD FOR WATER TOWER

Неровности, вызванные опалубкой, незаметны с расстояния 200 или 300 футов, а цементация придала очень однородный цвет.

Нанесение двух слоев цементного молочка стоило: по оплате труда — 97,68 долл., по материалам — 15,18 долл., или 1,32 долл. за 100 кв. футов; оплата труда составляла 2,25 долл. за 8 часов, а стоимость цемента — 2,53 долл. за баррель с доставкой на объект.

Башня была спроектирована Артуром Л. Адамсом, членом Американского общества гражданских инженеров, под руководством которого были подготовлены и выполнены планы всех работ по реконструкции системы водоснабжения. Опалубка, леса и т. д. были спроектированы автором, который также непосредственно руководил строительством.

Тендеры, полученные на строительство башни, охватывали чрезвычайно широкий диапазон и сразу указывали на полное отсутствие у участников торгов знаний о стоимости сооружения такого рода. Поскольку никто из них не имел предыдущего опыта в этом классе строительства, инженер счел разумным и экономичным оставить строительство под своим непосредственным контролем, и поэтому работа выполнялась силами наемных рабочих.

В таблице 1 приведена стоимость сооружения. Итоговая сумма, приведенная здесь, не совпадает с общей стоимостью, указанной в бухгалтерских книгах города, по той причине, что различные статьи, не относящиеся должным образом к самому сооружению, были исключены; основными из них являются стоимость участка, прокладка около 600 футов канализационных труб для соединения с переливом и значительные расходы, связанные со строительством подъездной дороги к башне.

Ставки заработной платы, исходя из 8-часового рабочего дня, были следующими:

Common labor | $2.25 and $2.50
Carpenter | 4.00
Carpenter's helper | 2.75
Boiler-maker | 3.50
Holders on | 2.50
Boiler-maker foreman | 5.00
Plasterers | 6.00
Plasterers' helpers | 3.00

Стоимость материалов была следующей:

Cement, per barrel | $2.53
Sand, per yard | 1.47
Rock, per yard | 0.80
Lumber, per 1,000 ft. b. m. | 14.00 and 16.00

Все эти цены указаны за материалы с доставкой на объект.

Изучение приведенных данных о стоимости покажет, что по большей части удельные затраты очень высоки. Это объясняется главным образом постоянными перерывами в работе на ее поздних стадиях из-за плохой погоды, особенно в случае возведения стального резервуара. Стоимость материалов в этом случае также была чрезвычайно высокой.

В случае с бетонированием невозможность покупки подъемника и двигателя, а также высокая стоимость их аренды вместе с упомянутыми задержками значительно увеличили удельную стоимость.

Если учесть, что стоимость штукатурных работ покрывает четыре слоя по всей внутренней поверхности резервуара и еще три слоя примерно по одной трети его площади, она не кажется такой уж высокой, особенно с учетом высокого уровня заработной платы.

Стоимость одного ярда только бетона составила 25,126 долл., и это, вероятно, примерно на 25% превышает стоимость такого же класса работ, выполненных в более благоприятных условиях с точки зрения расположения, погодных условий и т. д.

ТАБЛИЦА 1. Стоимость башни высокого уровня, водопроводные сооружения Виктории. (412 куб. ярдов)

| Total Cost. | Unit Cost.
Rate per hour. | Amount. | Complete. | Labor. | Material.
Preliminary Work: |  |  |  |  |
Labor, Carpenter | $0.50 | $11.00 |  |  |
Labor | 0.344 | 64.94 |  |  |
   " | 0.281 | 249.67 | $325.61 | $0.790 |
Material |  | 133.62 | 133.62 |  | $0.324
Forms: |  |  |  |  |
Buildings, shifting and stripping: |  |  |  |  |
Labor, Carpenter | 0.50 | 1,832.99 |  |  |
Labor | 0.344 | 80.85 |  |  |
   " | 0.281 | 563.84 | 2,477.68 | 6.014 |
Material: |  |  |  |  |
Lumber |  | 583.49 |  |  |
Hardware |  | 325.51 |  |  |
Miscellaneous |  | 13.90 | 922.90 |  | 2.240
Scaffold: |  |  |  |  |
Erecting and tearing down: |  |  |  |  |
Labor, Carpenter | 0.50 | 693.00 |  |  |
Labor | 0.344 | 350.59 |  |  |
   " | 0.281 | 117.27 | 1,160.86 | 2.818 |
Material: |  |  |  |  |
Lumber |  | 487.77 |  |  |
Hardware |  | 202.79 | 690.56 |  | 1.676
Concreting: |  |  |  |  |
Labor | 0.50 | 142.00 |  |  |
   " | 0.344 | 11.00 |  |  |
   " | 0.281 | 947.81 | 1,100.81 | 2.672 |
Material: |  |  |  |  |
Rock |  | 317.30 |  |  |
Sand |  | 385.72 |  |  |
Cement |  | 1,581.97 |  |  |
Motor and Hoist: |  |  |  |  |
Rental |  | 406.56 |  |  |
Power |  | 83.53 | 2,735.08 |  | 6.638
Plastering (3,000 sq. ft.): |  |  |  |  |
Labor, Plasterers | 0.75 | 116.50 |  |  |
Labor | 0.46-7/8 | 15.00 |  |  |
   " | 0.37-1/2 | 198.52 |  |  |
   " | 0.281 | 105.66 | 435.68 | 14.52 per sq. ft. |
Material: |  |  |  |  |
Sand |  | 8.64 |  |  |
Cement |  | 66.10 |  |  |
Alum and Potash |  | 16.00 | 90.74 | 3.25 per sq. ft. |
Cement Wash (8,560 sq. ft.): |  |  |  |  |
Labor | 0.48-3/4 | 50.00 |  |  |
   " | 0.281 | 47.68 | 97.68 | 1.14 per 100 sq ft. |
Material: |  |  |  |  |
Cement |  | 15.18 | 15.18 | 0.18   "     "   "   " |
Windows, doors, and scuttle: |  |  |  |  |
Labor | 0.50 | 49.00 | 49.00 |  |
Material: |  |  |  |  |
1 door, 7 windows, etc. |  | 47.26 | 47.26 |  |
Equipment: |  |  |  |  |
40% of $461.46 |  | 184.58 | 184.58 | 0.448 |
Superintendence |  |  | 1,241.45 | 1.506 |
Steel Tank: |  |  |  |  |
Labor, Carpenter | $0.50 | $124.24 |  |  |
Helper | 0.344 | 2.75 |  |  |
Boiler-makers |  | 382.57 |  |  |
Holders on |  | 147.33 |  |  |
Labor |  | 40.61 |  |  |
Foreman | 0.625 | 186.25 | $883.75 | $0.0441 per lb. |
Material: |  |  |  |  |
Tank, rivets, etc. (20,000 lb.) |  |  | 1,740.69 |  | $0.0875
Iron-work: |  |  |  |  |
Spiral stairway, inlet, and overflow pipes, ventilator, reinforcing steel, etc.: |  |  |  |  |
Labor, Machinists | 0.50 | 89.50 |  |  |
Helper | 0.344 | 240.16 |  |  |
Labor | 0.281 | 100.79 | 430.45 |  |
Material |  | 1,814.71 | 1,814.71 |  |
Total |  |  | $16,578.29 |  |

ОБСУЖДЕНИЕ

Морис К. Кушо, член Американского общества гражданских инженеров (в письме). — Автору представляется, что в конструкции этого сооружения две особенности открыты для критики. Первая заключается в том, что такое высокое сооружение было построено из обычного бетона без какого-либо армирования. Даже если расчет напряжений не показывал необходимости в стальном армировании, некоторое количество его следовало заложить в работу. На самом деле автор считает, что при нынешних знаниях о преимуществах железобетона такое сооружение не должно строиться без него. Это относится главным образом к башне под резервуаром.

Вторая особенность, которая еще более важна, относится к вставке оболочки из гладкого стального листа для восприятия напряжений, вызванных гидростатическим давлением, а также для обеспечения защиты от просачивания в стенах резервуара. 6-дюймовая оболочка из обычного бетона снаружи стальной оболочки и 3-дюймовая оболочка внутри не работают вместе и практически не имеют ценности как стены, а являются просто внешней и внутренней облицовкой. Хотя проектировщик предусмотрел выступы для обеспечения адгезии бетона к листу, такая предосторожность, по мнению автора, не предотвратит отделение бетона от гладкого стального листа, и в будущем вода достигнет стали и вызовет ее коррозию. Было бы лучше армировать стену резервуара стержнями, как это обычно делается. Была бы доступна полная толщина, и потребовалось бы меньше штукатурки. Кроме того, адгезия бетона к гладкому стальному листу сомнительна, так как в железобетоне работает не адгезия, а сцепление стали с бетоном в процессе схватывания.

Л. Й. Менш, член Американского общества гражданских инженеров (в письме). — Эта водонапорная башня, вероятно, самое красивое сооружение такого рода в Северной Америке; тем не менее, она не выглядит как водонапорная башня, и с архитектурной точки зрения верхняя часть неудачна, потому что из-за нее резервуар кажется гораздо менее глубоким, чем он есть на самом деле.

Стоимость этого сооружения намного превышает стоимость аналогичных резервуаров в Соединенных Штатах. Стояк в Аттлборо диаметром 50 футов и высотой 100 футов стоил около 25 000 долларов. Несколько лет назад автор предлагал построить возвышенный резервуар диаметром 60 футов и глубиной 40 футов, дно которого должно было находиться на высоте 50 футов над землей, за 21 000 долларов.

Среди других известных автору возвышенных резервуаров есть один емкостью 100 000 галлонов, дно которого находится на высоте 60 футов над землей [C]. Общее количество материалов, необходимых для этого резервуара, составляет 4480 куб. футов бетона, 23 200 фунтов арматурной стали и 27 600 футов (по досковой мере) опалубочного леса и подмостей. При расчете по аномально высоким удельным ценам: 40 центов за куб. фут бетона, 4 цента за фунт стали и 50 долларов за 1000 футов (по досковой мере) пиломатериалов — стоимость бетона составила бы 1792 доллара, стали — 928 долларов, а опалубочного леса и подмостей — 1380 долларов. Добавляя к этому стоимость винтовой лестницы по высокой цене 7 долларов за погонный фут высоты, общая стоимость этого сооружения составила бы 4598 долларов. Коэффициент запаса прочности, использованный в этом сооружении, был равен четырем, но некоторые инженеры, не знакомые с бетонным строительством, могут потребовать более высокий коэффициент. Удвоив количество бетона и стали, что означало бы растягивающее напряжение в стали всего 8000 фунтов на кв. дюйм, а сжимающее напряжение в бетоне всего 225 фунтов на кв. дюйм, стоимость резервуара составила бы всего 7318 долларов по сравнению с 16 578 долларами, упомянутыми в докладе. Это огромное несоответствие между хорошим проектом и любительским, а также между работой по найму и подрядными работами должно стать уроком, который следует принять к сведению инженерам-консультантам и руководителям крупных корпораций, предпочитающим собственные проекты и работу по найму.

А. Х. Маркварт, ассоциированный член Американского общества гражданских инженеров (в письме). — По мнению автора, стальной резервуар, заключенный внутри бетона верхнего цилиндра, для восприятия кольцевого растяжения и, по-видимому, для обеспечения водонепроницаемости башни, не выполнит это последнее требование. Если оштукатуренная поверхность на куполообразном дне обеспечивала необходимую непроницаемость, казалось бы, что оштукатуренные стены оказались бы удовлетворительными.

По-видимому, резервуар из листового металла предназначен для исключения возможности внешнего просачивания, но автору кажется, что он не будет эффективен в этом отношении, потому что под давлением вода будет пробиваться под стальной резервуар и кольца распора купола наружу башни прямо под резервуаром, тем самым показывая, что защита от просачивания фактически обеспечивается оштукатуренными внутренними поверхностями, а не резервуаром из листового металла, и по этой причине обычное армирование деформированными стержнями, по мнению автора, оказалось бы дешевле, лучше и больше соответствовало бы другим частям армирования.

Г-н Кемпки заявляет:

«Перед заполнением внутренняя часть резервуара была покрыта штукатурным слоем, состоящим из 1 части цемента на 1-3/4 части мелкого песка. Это оказалось недостаточным для предотвращения просачивания: вода просачивалась через купол и появлялась на внешней стороне сооружения вдоль линии дна колец. Затем были нанесены еще три слоя на весь резервуар и два дополнительных слоя на купол и примерно на 8 футов вверх по бокам, и, за исключением одного или двух небольших пятен, которые лишь слегка увлажняются, резервуар абсолютно герметичен».

Это подтверждает утверждение автора о том, что водонепроницаемость была фактически достигнута за счет обильного использования цементной штукатурки, что было бы верно и в том случае, если бы арматурой были стержни.

В качестве дополнительного комментария можно сказать, что водонепроницаемый бетон для резервуара можно было получить путем добавления от 8 до 10% гидратированной извести в смесь 1:2:4. Это представляется целесообразным во всех случаях, когда необходим водонепроницаемый бетон. Внутреннее оштукатуривание можно было бы тогда выполнить в качестве дополнительной меры предосторожности.

А. Кемпки-мл., младший член Американского общества гражданских инженеров (в письме). — Утверждение г-на Кушо о том, что 3-дюймовые внутренние и внешние листы, образующие облицовку резервуара, не действуют вместе, совершенно верно, и не ожидалось, что они будут действовать иначе, чем защищать сталь и образовывать декоративное покрытие для нее.

Безусловно, существует адгезия между бетоном и сталью, даже если сталь выполнена в виде тонкой оболочки, и в сооружении такого рода, где сталь рассчитана с низким удельным напряжением для восприятия всей нагрузки, и где нагрузка всегда является статической, трудно понять, как эта связь может быть разрушена; автор не испытывает беспокойства по этому поводу.

Утверждение г-на Маркварта о том, что стальной резервуар, заключенный внутри бетона верхнего цилиндра, по-видимому, для обеспечения водонепроницаемости башни, не выполнит это последнее требование, неверно, как показано в докладе, где говорится, что единственное просачивание, которое произошло, — это то, которое прошло под резервуаром, а вся остальная часть абсолютно герметична. Количество просачивания, хотя и незначительное, до устранения было достаточным, чтобы оставить пятна на внешней стороне башни, делая ее неприглядной; и это, по мнению автора, как раз то, что произошло бы, если бы резервуар был построен обычным способом, с деформированными стержнями, за исключением того, что оно распространилось бы на большую или меньшую часть всей поверхности, вместо того чтобы быть локализованным, как это было на самом деле, и потребовало бы больше, а не меньше штукатурки. Также сомнительно, что добавление гидратированной извести привело бы к созданию герметичного резервуара в том смысле, в котором требовалась герметичность этого сооружения.

В докладе автор стремился подчеркнуть тот факт, что это один из немногих случаев, когда эстетический дизайн сооружения такого рода имеет первостепенное значение, а стоимость — второстепенное. Поэтому нет смысла сравнивать его стоимость со стоимостью сооружения, ни в чем не равного ему в этом отношении и использование которого не было бы допущено, так же как и использование обычного типа стальной конструкции, даже если бы расчетная стоимость была на 75% ниже.

Г-ну Меншу было угодно назвать этот проект любительским, по-видимому, из-за консервативного характера использованных напряжений и из-за его стоимости; в то же время он выдает проект, на который ссылается, за хороший просто из-за его дешевизны. Он обнаружит, что «огромное несоответствие», на которое он обращает внимание, объясняется тем фактом, что «хороший проект» не был бы допущен из-за его внешнего вида и из-за того, что чрезмерно высокие удельные напряжения, сторонником которых является г-н Менш, не получили одобрения ни у проектировщика, как и у большинства инженеров, ни у вкусов Виктории; в то время как использованный проект оказался в высшей степени удовлетворительным для более чем обычно консервативного и разборчивого сообщества.

Заявление г-на Менша об удельных затратах, даже если оно применяется к гораздо более простому сооружению, не рассчитано на то, чтобы внушить доверие к обоснованности его выводов любому, кто знаком с условиями Виктории.

СНОСКИ:

[A] Представлено на заседании 16 марта 1910 года.

[B] В настоящее время ассоциированный член Американского общества гражданских инженеров.

[C] «Карманный справочник по железобетону», стр. 124.

back

back

back

back