Конструктивные схемы одноэтажных ж/д зданий

Разнообразие зданий и сооружений по функциональному назначению определяет многообразие конструктивных форм железнодорожных зданий и зданий промышленных предприятий, относящихся к инфраструктуре железных дорог.

Наибольшее распространение среди производственных зданий получили одноэтажные здания, оборудованные, как правило, мостовыми опорными кранами грузоподъемностью от 5 до 50 т и более. Одноэтажные производственные здания (ОПЗ), одно- или многопролетные, наиболее приспособлены для локомотивных и вагонных депо, стрелочных и электровозоремонтных заводов, а также для различных складских помещений и других производств. Длина пролетов колеблется от 12 до 36 м.

Каркасы производственных зданий сооружены в основном из сборного железобетона (рис. 1.1). В производственных зданиях с тяжелыми нагрузками, а также в особых условиях строительства и эксплуатации (например, в сейсмических районах), применялись металлические конструкции (рис. 1.2). Начиная с 70-х гг. 20 в. применяют легкие металлические конструкции комплектной поставки — системы «Орск», «Канск», «Молодечно». Для покрытий складских помещений внедрялись структурные конструкции типа «Кисловодск», «Мархи».

Основа каркаса одноэтажных зданий — поперечная рама, состоящая из колонн и ригелей (в железобетонных каркасах в виде одно- или двускатных балок). При пролетах 18 и 24 м в некоторых случаях устраивали железобетонные фермы. Применялись балки и фермы с преднапряженной арматурой. В стальных каркасах при пролетах 18...36 м использовались ригели в виде стропильных ферм, при меньших пролетах — сплошно-стенчатые балки.

Рис. 1.1. Железобетонный каркас ОПЗ здания локомотивного депо (УТР — уровень головки рельса)

Поперечные рамы объединяются в пространственную конструкцию системой связей, подкрановыми конструкциями и жестким диском покрытия.

Сопряжение ригелей с колоннами в железобетонных каркасах осуществлялось с помощью шарнирных соединений, в стальных каркасах — жестко (вплоть до 70-х гг.).

Система «Орск» (аналог системы «Плауэн», ГДР) — однопролетная легкая рама пролетом 18 и 24 м, высотой 7 и 8 м с шагом рам 6м — выпускается на Орском заводе металлоконструкций. Основная особенность двухшарнирных рам — жесткое сопряжение ригеля со стойками, колонны шарнирно опираются на фундамент, т.е. сечение колонн и ригеля замкнутое. Пояса выполняются из прокатных или гнутых швеллеров, стенки — из тонкого листа, усиленного продольными ребрами-рифами. Монтажные стыки в примыкании ригеля к стойке и в середине пролета ригеля на фланцах выполнены с высокопрочными болтами (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Стальной каркас ОПЗ

Рама типа «Канск» (по названию города в Красноярском крае, где расположен завод металлоконструкций) имеет до 5 пролетов длиной 18 и 24 м с шагом рам 6 и 12 м (рис. 1.4). Рамы приспособлены для подвесного кранового оборудования грузоподъемностью до 3 т и мостовых кранов грузоподъемностью до 20 т. Для мостовых кранов предусмотрены раздельные колонны из гнутосварных прямоугольных труб, объединенных с рамой только поверху. Рамы выполнены из низколегированной стали 09Г2С Стойки изготовлены из широкополочных двутавров (35Ш, 35К — 40Ш, 40К) Высота ригелей 920...960 мм, толщина стенки 4...8 мм, что обеспечивает гибкость стенки 225...112.

Монтажные узлы сопряжения отдельных элементов выполнены на фланцах с высокопрочными болтами.

В практике строительства стальных каркасов одноэтажных производственных зданий широкое применение получили конструкции комплексной поставки типа «Молодечно» (Молодечно — поселок под Минском, где расположен завод металлоконструкций). Основная особенность конструкций покрытия типа «Молодечно» заключается в том, что стропильные фермы изготовлены из гнутосварных прямоугольных и квадратных тонкостенных труб. Фермы имеют пролеты 18, 24 и 30 м, высота ферм по наружным граням — 2000 мм. Это самые низкие конструкции из всех ферм действующих типовых проектов. Высокая экономичность определяется относительно большими радиусами инерции сечения, что позволяет более эффективно использовать металл в сжатых и внецентренно сжатых стержнях, особенно из сталей повышенной и высокой прочности. Кроме того, трубы коррозионно-стойкие (при условии герметизации внутренней полости). Применено бесфасоночное сопряжение элементов. Повышенная жесткость гнутосварных профилей позволяет обойтись без прогонов. Профилированный стальной настил укладывается по верхним поясам в типовой серии 1.460.3 при шаге ферм 4 и 6 м. На рис. 1.5 представлена конструктивная схема фермы типа «Молодечно».

Поиски путей повышения эффективности прокатных двутавров привели к созданию так называемых перфорированных балок. При их изготовлении стенка исходного двутавра разрезается по зигзагообразной ломаной линии с регулярным шагом газовой резкой или на мощных прессах и затем обе половины разрезанной балки соединяются сваркой в совмещенных выступах стенки (рис. 1.6). Эффективность перфорированного двутавра определяется увеличением его высоты (в 1,5 раза) по сравнению с исходным. В результате увеличивается момент сопротивления сечения в 1,5—2 раза и соответственно несущая способность. Двутавры с перфорированной стенкой обеспечивают 20—30 % экономии металла по сравнению с прокатными двутаврами и дешевле последних на 10—18 %. По трудоемкости изготовления они на 25—35 % эффективнее, чем сварные двутавры, за счет сокращения операций обработки и объема сварки.

В 70-е гг. 20 в. в Казахском филиале ЦНИИПроектстальконст-рукция (Г М. Остриков) были разработаны балки с гофрированной стенкой, у которых в стенке, для повышения ее местной устойчивости, созданы гофры различного очертания В обычных сварных составных балках толщина стенки, как правило, определяется требованиями местной устойчивости. Поперечные ребра позволяют уменьшить толщину стенок, одновременно повышая крутильную жесткость балок, так как ребра играют роль диафрагм и обеспечивают неизменяемость контура поперечного сечения. Стремление удовлетворить этим требованиям при одновременном снижении расхода металла и привело к идее гофрирования стенок (рис. 1.7). Толщину гофрированных стенок принимают в пределах 2...8 мм, гибкость стенки соответственно 300...600.

Несмотря на дополнительную технологическую операцию по гофрированию и некоторое усложнение сварки поясных швов, исключение значительного числа ребер жесткости и малая толщина стенки приводят, в конечном итоге, к снижению трудозатрат на изготовление балок на 15—25 %. Конструктивные решения балок различаются в связи с разнообразием видов гофров стенки. В качестве гофрированной стенки могут применяться, в частности, ленты, вырезанные из листов стального профилированного настила.

В 60-е гг. 20 в. в практике строительства для покрытий зданий различного назначения нашли применение так называемые структурные конструкции. Плоские структурные плиты, получившие наибольшее распространение, образованы верхней и нижней поясными сетками с параллельным направлением стержней, сдвинутыми в плане относительно друг друга на половину шага ячейки. Соединение узлов верхней и нижней сеток наклонными стержнями привело к созданию новой структуры типа «Кисловодск», в которой использованы круглые трубы. В такой системе можно выделить многократно повторяющийся пространственный элемент — «кристалл», например, в виде параллелепипеда, пирамиды и т.п. (рис. 1.8). Опоры структуры могут размещаться по контуру (регулярно или в углах), а также в пределах плана, образуя консольные вылеты покрытия. В некоторых случаях могут применяться многопролетные структуры.

В узлах структурных конструкций сходится, как правило, от 6 до 10 стержней. Способы их соединения в узлах весьма разнообразны и существенно сказываются на свойствах и техникоэкономических показателях. Пространственность работы структурных конструкций обеспечивает им высокую надежность из-за перераспределения усилий — исчерпание несущей способности отдельных стержней (условно необходимых) не приводит к предельному состоянию всей структуры. Повышенная жесткость системы позволяет принимать минимальную высоту покрытия — 1/15... 1/25 пролета, что существенно снижает эксплуатационные расходы на отопление, освещение и т.д. Удобство транспортирования структур, состоящих из отдельных однотипных стержней и узлов, поддающихся упаковке в ящики или компактные пакеты, и другие достоинства обусловили достаточно широкое их применение в строительстве. Главный недостаток структурных конструкций — достаточно сложное решение узловых элементов системы.

Ограждающие конструкции производственных зданий в значительной мере определяют эксплуатационные свойства. Для стен зданий характерно множество вариантов конструктивных решений, которые можно классифицировать по нескольким признакам: материалу — из кирпича, бетонных блоков и панелей, металлических панелей с эффективным утеплителем; схеме работы — несущие, самонесущие, навесные; степени теплозащиты — утепленные и неутепленные; структуре — одно- и многослойные (как правило, трехслойные). Для ограждающих конструкций в железобетонных каркасах нашли применение железобетонные или керамзитобетонные плиты; для покрытий наибольшее распространение получили ребристые железобетонные плиты. В стальных каркасах покрытия также выполнялись из ребристых железобетонных плит. Однако в более поздних постройках стали применять легкие прогонные покрытия из асбестоцементных плиток или стального профилированного настила.

Наружные стены зданий выполнялись в железобетонных и стальных каркасах достаточно часто самонесущими из кирпичной кладки. В более поздних постройках наружные стены устраивали навесными, из керамзитобетонных плит длиной 6 и 12 м. В современных стальных каркасах (начало 21 в.) одноэтажных производственных зданий применяются легкие ограждения — трехслойные панели и т.п.

В системе железнодорожного транспорта широкое применение в первой половине двадцатого века имели одноэтажные производственные здания различных пролетов с несущими кирпичными стенами, на пилястры которых опираются балочные или ферменные конструкции покрытия. Здания такого типа эксплуатируются до настоящего времени.