ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Под редакцией доктора технических наук профессора B.C. Казарновского

Рекомендовано Управлением кадров, учебных заведений и правового обеспечения Федерального агентства железнодорожного транспорта в качестве учебного пособия для студентов вузов железнодорожного транспорта

МОСКВА

2006

УДК 69.059(075.8) ББКН712 08Я73 Т382

Техническая эксплуатация зданий и сооружений железно- Т382 дорожного транспорта: Учебное пособие для вузов ж.-д транс­порта / В.С Казарновский, П.Я Григорьев А.Я Неустроев и др ; Под ред. B.C. Казарновского — М.: Маршрут, 2006. — 270 с.

ISBN 5-89035-223-7

В учебном пособии рассмотрены вопросы технической эксплуатации про­изводственных, вспомогательных, пассажирских, подсобных, складских зданий и сооружений, непосредственно связанных с функционированием железных дорог, а также промышленных предприятий инфраструктуры железных дорог и гражданских жилых и общественных зданий. Представлена организационная структура служб и предприятий, обеспечивающих их техническую эксплуата­цию. Изложены основы физическою износа зданий; методы восстановлении эксплуатационных свойств, содержание и ремонт элементов зданий. Предназначено для студентов вузов железнодорожного транспорта стро­ительных специальностей, изучающих дисциплину «Техническая эксплуатация зданий и сооружений», а также может быть использовано специалистами, за­нимающимися вопросами технической эксплуатации зданий и сооружений же­лезнодорожного транспорта.

УДК 69.059 (075.8) ББК Н712-08Я73

Учебное пособие написали: д-р техн. наук проф В.С Казарновский — гл. 3, гл. 4 п. 4.1, 4.2.1, 4.2.2, 4.3.1, 4.3.2; д-р техн. наук проф. П.Я. Григорьев — гл. 1, гл.

2   (кроме п. 2.3); канд. техн. наук доц. А.Я. Неустроеь — гл. 4 п. 4.2.3, 4.3.4, 4.3.5, гл. 5; канд. техн. наук доц. Л.С. Васильева — гл. 2 п. 2.3.4, гл. 4 п. 4.2.4,4.3.3,4.4; канд. техн. наук доц. П.М. Постников — гл. 6.

Рецензенты: д-р техн. наук проф. В.П. Чирков (МИИТ); начальник службы гражданских сооружений Западно-Сибирской ж.д. — филиала ОАО «РЖД» — Э.И. Бужинский

© Коллектив авторов, 2006 © УМЦ по образованию на железно­дорожном транспорте, 2006 ISBN 5-89035-223-7      © Издательство «Маршрут», 2006

ВВЕДЕНИЕ

Здания железнодорожного транспорта — важная составная часть инфраструктуры железных дорог. Согласно «Концепции развития структурных реформ железнодорожного транспорта» к обязательной инфраструктуре относятся:

железнодорожные пути, искусственные сооружения и подраз­деления, обеспечивающие их содержание и ремонт;

—                     станции;

—                     системы и устройства электроснабжения;

-системы сигнализации и технологической связи, информаци­онно-управленческие комплексы;

-система управления перевозками, включающая разработку гра­фика движения поездов;

-вагонные депо, пункты технического обслуживания вагонов;

-локомотивы и локомотивное хозяйство;

—                     подразделения, обеспечивающие охрану объектов, имуще­ства, перевозимых грузов, проведение пожарно-профилактического надзора и ликвидацию пожаров на железнодорожном транспорте,

здания и сооружения, занятые в обеспечении перевозочного процесса.

Кроме зданий, входящих во все элементы обязательной инфра­структуры, на балансе железных дорог находятся здания объектов социальной среды.

Надежное функционирование железных дорог определяется нали­чием инфраструктуры и хозяйственной базы, обеспечивающей ее ра­ботоспособность — способность выполнять заданные функции с па­раметрами, принятыми в нормативной и проектной документации.

Очевидно, что для эффективной работы инфраструктуры огром­ное значение имеет техническое состояние зданий и сооружений железнодорожного транспорта, которые, в свою очередь, составляют значительную часть основных фондов ОАО «РЖД»,

Наряду с бесперебойной (безопасной) работой железнодорож­ного транспорта, здания и сооружения должны обеспечивать бе­зопасность работающего в них персонала и не наносить вред ок­ружающей среде. Так, например, ст. 140 Кодекса законов о труде Российской Федерации гласит: «Производственные здания, со­оружения должны отвечать требованиям, обеспечивающим здо­ровые и безопасные условия труда». Согласно ст. 14 Федерального закона «Об основах охраны труда в Российской Федерации» от 02.07.1999 г. № 181 -ФЗ «работодатель обязан обеспечить безо­пасность работников при эксплуатации зданий и сооружений». Федеральный закон «О техническом регулировании», введенный в действие с 1 июля 2003 г., в общие технические регламенты вводит требования безопасной эксплуатации зданий, строений, со­оружений и безопасного использования прилегающих к ним территорий в целях защиты жизни или здоровья граждан, пожарной безопасности, биологической безопасности, ядерной и радиационной безопасности.

Таким образом, важность проблемы технической эксплуатации зданий и сооружений железнодорожного транспорта очевидна. Учи­тывая это, в железнодорожных вузах в учебные планы для специаль­ности «Промышленное и гражданское строительство» введена дис­циплина «Техническая эксплуатация зданий и сооружений». Однако отсутствие специализированного учебника затрудняет подготовку специалистов по этому направлению. Кроме того, имеющаяся учеб­ная литература посвящена, в основном, технической эксплуатации жилых зданий.

В первой главе учебного пособия представлены номенклатура и классификация зданий и сооружений железнодорожного транспорта, конструктивные системы производственных, гражданских (жилых и общественных) и служебно-технических зданий. Приведены конст­руктивные системы зданий и инженерных сооружений транспорта и промышленных предприятий ОАО «РЖД». Показана роль зданий и сооружений в процессе функционирования железных дорог.

Во второй главе детально рассмотрены вопросы морального и физического износа несущих и ограждающих конструкций из раз­личных материалов — металла, бетона, железобетона и древеси­ны. Приведены методы защиты конструкций от коррозии и других неблагоприятных воздействий внешней среды, оценка степени из­носа зданий и сооружений в целом. Даны основные сведения по по­казателям надежности конструкций эксплуатируемых зданий и со­оружений.

Третья глава посвящена организации технической эксплуатации зданий и сооружений различного назначения, структурам служб тех­нической эксплуатации и основным положениям системы тех­нической эксплуатации и ее составляющих.

В четвертой главе изложены общие сведения о технической ди­агностике дефектов, повреждений, состоянии несущих и огражда­ющих конструкций. Приведены способы оценки свойств материалов несущих конструкций, общего технического состояния и эксп­луатационных свойств стальных и железобетонных каркасов про­изводственных зданий и сооружений, каменных и деревянных кон­струкций. Приведены основные методы восстановления эксплуа­тационных свойств элементов зданий и сооружений.

В пятой главе рассмотрены основные вопросы проведения теку­щего и капитального ремонтов зданий, приведены состав и содер­жание необходимой при этом проектно-сметной документации.

Шестая глава содержит сведения о технической эксплуатации ин­женерного оборудования зданий.

Авторы глубоко признательны рецензентам: почетному члену Рос­сийской академии строительных наук (РАСН), профессору д-ру техн. наук В.П. Чиркову и начальнику службы гражданских сооружений Западно-Сибирской железной дороги Э.И. Бужинскому за ценные за­мечания и предложения.

 

 

Глава 1 НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ТРАНСПОРТА 1.1.  НОМЕНКЛАТУРА И ОСОБЕННОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ТРАНСПОРТА

Здания и инженерные сооружения железнодорожного транспорта в общем технологическом процессе обеспечивают надлежащую тех­ническую эксплуатацию дорог как «комплексных обслуживаемых природно-технических систем» [28]. Все здания железнодорожного транспорта делятся на три блока: железнодорожные здания, здания промышленных предприятий железнодорожного транспорта, граж­данские здания. Деление на блоки определяется функционально­технологическим назначением здания.

Блок железнодорожных зданий непосредственно связан с техни­ческой эксплуатацией железных дорог и включает в себя производ­ственные, вспомогательные, подсобные, пассажирские, складские здания. Железнодорожные здания по своему назначению и принад­лежности хозяйствам и службам управлений железных дорог (ОАО «РЖД») могут быть разделены на группы: пассажирские; локомо­тивного, вагонного, энергетического хозяйств; СЦБ и связи; гру­зового хозяйства; службы гражданских сооружений; водоснабжения и канализации; путевого и станционного хозяйств.

Блок зданий промышленных предприятий, относящихся к инф­раструктуре железных дорог, объединяет здания промышленных предприятий по ремонту подвижного состава, заводов, изготовля­ющих стрелочные переводы, железобетонные изделия, производя­щие щебень, гравий, кирпич и т.п. Эти предприятия, как и про­мышленные предприятия других отраслей экономики, состоят из производственных, административно-бытовых, подсобных и вспо­могательных зданий.

К блоку гражданских зданий относятся жилые и общественные здания. Последние включают в себя здания общественного обслу­живания населения пристанционных поселков, здравоохранения и досуга и т.п., а также научно-исследовательские и учебные заведе­ния. Следует отметить, что в последние годы объем гражданских зданий резко сокращается в связи с передачей их в ведение (соб­ственность) местных органов власти.

В нормативных документах отрасли некоторые производственные и вспомогательные здания, относящиеся к разным хозяйствам и службам, объединяются под собирательным названием — служебно­технические здания

Наряду с вышеприведенной классификацией различают здания по их расположению относительно трассы железной дороги. Различают здания станционные и поселковые, а также линейно-путевые, разме­щаемые на перегонах.

Помимо зданий различного назначения на железнодорожном транспорте имеются сооружения, связанные непосредственно с орга­низацией движения поездов, а также опоры контактной сети, снего­защитные сооружения, лавинозащитные галереи и др., сооружения вспомогательного назначения, пассажирские платформы и павильо­ны. Отдельный класс сооружений представляют насосные станции, водонапорные башни.

Линейно-рассредоточенный характер расположения зданий и со­оружений железнодорожного транспорта создает определенные труд­ности их эксплуатации, связанные с зависимостью от положения в сложном организационно-техническом хозяйстве железной дороги.

1.2.   ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

1.2.1.  Конструктивные схемы одноэтажных 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.

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,

 

	(*)                                                                               (Ь
		Рис. 1.2. Стальной каркас ОПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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).

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 корро- зионно-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 ЦНИИПроектстальконструкция (Г М. Остриков) были разработаны балки с гофрированной стенкой, у которых в стенке, для повышения ее местной ус­тойчивости, созданы гофры различного очертания В обычных

12

 

 

 

 

 

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 ото-

 

пление, 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 карка-

сах 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.