Politechnika Śląska
Projekt miejskiego dworca kolejowego w konstrukcji stalowej
Gliwice 2008
SPIS TREŚCI
I CZĘŚĆ OPISOWA 5
1. Wstęp 5
2. Krótka historia kolei 6
3. Przegląd dworców kolejowych 9
3.1. Typy układu przestrzennego 9
3.2. Podział funkcjonalny dworca 10
3.3. Przykładowe układy konstrukcyjne hal peronowych 11
3.4. Największe dworce świata 17
4. Założenia do projektowania 18
4.1. Lokalizacja obiektu 18
4.2. Założenia użytkowe 19
5. Wybór koncepcji konstrukcji nośnej hali peronowej. 20
5.1. Rama trójprzegubowa 20
5.2. Hala z dźwigarem trój-pasowym 21
5.3. Łuk eliptyczny 23
5.4. Wybór koncepcji 24
6. Materiały i rozwiązania konstrukcyjne 25
6.1. Szkło hartowane 25
6.2. System cięgien PHEIFER 25
II CZĘŚĆ OBLICZENIOWO – KONSTRUKCYJNA 26
7. Dobór geometrii konstrukcji 26
8. Zestawienie obciążeń 27
8.1. Ciężar własny konstrukcji stalowej 27
8.2. Ciężar własny pokrycia 27
8.3. Obciążenie użytkowo – technologiczne 28
8.4. Obciążenie śniegiem 29
8.5. Obciążenie wiatrem 32
8.6. Obciążenie temperaturą 38
8.7. Obciążenie od wychylenia montażowego. 38
9. Kombinacje obciążeń 39
10. Rezultaty obliczeń statycznych. 41
11. Wyznaczenie długości wyboczeniowych i zwichrzeniowych elementów 53
11.1. Stateczność łuku 53
11.2. Stateczność płatwi 56
11.3. Stateczność słupka wsporczego 56
12. Wymiarowanie przekrojów 57
12.1. Wymiarowanie łuku eliptycznego 57
12.2. Wymiarowanie płatwi 63
12.2.1. Obliczenia komputerowe grupy płatwi 64
12.2.2. Obliczenia manualne wybranej płatwi 65
12.3. Wymiarowanie słupka wsporczego 71
12.3.1. Słupek wsporczy powtarzalny 71
12.3.2. Słupek wsporczy w strefie zwiększonego obciążenia śniegiem. 73
12.4. Wymiarowanie sciągów 75
12.4.1. Ściąg łuku 75
12.4.2. Ściągi systemu stężającego 76
12.5. Wymiarowanie ściany wiatrowej 78
12.5.1. Pasy wiatrownicy 78
12.5.1.1. Pasy środkowe długie 78
12.5.1.2. Pasy skrajne 80
12.5.2. Krzyżulce wiatrownicy 81
12.5.3. Słupki wiatrownicy 82
12.5.4. Słupki ściany wiatrowej 84
13. Założenia do obliczeń geotechnicznych 86
14. Połączenia 87
15. Ciężar konstrukcji stalowej. 87
BIBLIOGRAFIA 88
SPIS RYSUNKÓW 89
SPIS ZAŁĄCZNIKÓW 89
Wydawało się, że szczyt możliwości przewozowych kolei zakończył się w latach 60 i 70 XX wieku. Kolej nie wytrzymywała konkurencji z samolotami, które znacznie szybciej przewoziły pasażerów oraz z transportem drogowym, który towary mógł dostarczać bezpośrednio do klienta. W Polsce to zjawisko wystąpiło nieco później, bo w latach 80 i 90. Zlikwidowano wiele połączeń kolejowych, zrezygnowano z budowy szybkiej kolei w węźle katowickim, transport towarowy przejęły 30-to tonowe ciężarówki i lawinowo rosła ilość prywatnych samochodów osobowych.
W krótkim czasie zaczęły się jednak pojawiać negatywne cechy tego zjawiska. Ruch na drogach stawał się coraz trudniejszy, wzrastało zanieczyszczenie środowiska spalinami. Kolej również przystąpiła do kontrofensywy. Skonstruowano superszybkie pociągi, które na średnich trasach mogą konkurować z samolotami szybkością (do czasu podróży należy doliczyć czas dojazdu do lotniska) oraz komfortem przejazdu. Szybka kolej miejska pozwala uniknąć korków na zatłoczonych drogach i ulicach. Transport kontenerowy znacznie obniża czas i koszty dostarczania towarów. W Polsce ten trend uwidocznił się w ostatnich latach. Nie maleje już liczba połączeń, na krótkich trasach wykorzystywane są ekonomiczne szynobusy. Problem stanowi zaniedbana infrastruktura. Konieczny jest remont torowisk i urządzeń towarzyszących, zapewniających bezpieczeństwo, a przede wszystkim dworców i przystanków kolejowych, które nie remontowane przez długi okres czasu popadły w ruinę. Stworzenie superszybkich kolei wymaga budowania wręcz nowych torowisk, przystosowanych do szybkości powyżej 300 km/h i co za tym idzie nowych, zapewniających komfort podróży dworców kolejowych.
„Projekt miejskiego dworca w konstrukcji stalowej” – temat mojej inżynierskiej pracy dyplomowej na Wydziale Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach wpisuje się zatem w zapotrzebowanie na prace konstrukcyjne i budowlane na najbliższe lata.
Dziękuję wykładowcom, którzy umożliwili mi zdobycie wiedzy koniecznej do podjęcia się tej pracy, a w szczególności promotorowi dr. inż. Piotrowi Kuczowi.
Dziękuję również firmie ROBOBAT za udostępnienie na preferencyjnych warunkach programu ROBOT MILLENIUM, który znacznie przyspieszył wykonanie obliczeńw projekcie.
Rewolucja przemysłowa końca XVIII i początku XIX wieku była przyczyną powstania i gwałtownego rozwoju kolei żelaznych. Transport konny nie był w stanie przewieźć wzrastającej liczby produktów i surowców na coraz większe odległości. Istniały już wtedy stacjonarne maszyny parowe Jamesa Watta, ale ich ciężar nie pozwalał na montaż w pojazdach drogowych. Kolej stała się więc jedynym rozwiązaniem i przez ponad sto lat miała dominujące znaczenie w przewozie towarów i osób.
Pierwsze lokomotywy parowe stosowane były do lokalnego transportu w zakładach przemysłowych, jak zbudowana w 1804r. Invicta Richarda Trewithicka. Za początek kolei uważa się jednak parowóz Stephensona Rocket z roku 1829, który przeznaczony był do obsługi pasażerskiej linii kolejowej Manchester – Liverpool. Parowóz, ciągnąc wagon z 36 pasażerami, osiągnął prędkość 46km/h.
Na długie lata Anglia stała się wiodącym krajem w rozwoju kolei. Szereg powstałych linii kolejowych połączyło się w latach dwudziestych ubiegłego wieku w 3 główne towarzystwa kolejowe LMC, LNER i LNWR, rywalizujące o pasażerów komfortem podróży i szybkością. Własne pracownie konstrukcyjne i zakłady produkcyjne stworzyły w tej rywalizacji parowozy stanowiące wzorzec dla konstruktorów europejskich i amerykańskich. Parowóz systemu PACIFIC o nazwie MALLARD osiągnął w 1938r prędkość 202 km/h.
Stany Zjednoczone początkowo wykorzystywały parowozy angielskie, ale ze względu na specyfikę tras i bardzo duże odległości, wypracowały własne konstrukcje charakteryzujące się ogromną masą i uciągiem. Uważany za największy, parowóz serii 4000 z 8 osiami napędzanymi „ Big Boy” mógł ciągnąć 4 kilometrowe składy towarowe o masie 20000t. Równie okazałe były parowozy pospieszne serii T1 z otuliną aerodynamiczną, prowadzące pociągi linii AMTRAK.
Parowozy osiągnęły kres swoich możliwości technicznych w latach 50 ubiegłego wieku.W zależności od warunków zastąpiły je lokomotywy spalinowe, na długich trasach w USA i ZSRR lub lokomotywy elektryczne w Europie.
Początki trakcji elektrycznej to pierwsze lata XX wieku. Mimo, że miały znacznie gorsze osiągi niż parowozy, lokomotywy elektryczne wykorzystywano w rejonach górskich, początkowo do przeciągania składów parowych przez tunele, a wraz z rozwojem technologii, na całych trasach. W 1890r wykorzystano lokomotywy elektryczne na liniach londyńskiego metra.
Obecnie wszystkie główne i podmiejskie linie kolejowe europy są zelektryfikowane,a najnowsze pociągi pasażerskie klasy TGV osiągają prędkości 230 – 300 km/h.
Nieoficjalny rekord prędkości pociągu TGV Duplex wynosi 568 km/h.
Początek i rozwój kolei przypadł w Polsce na lata zaborów. Sieć kolejowa, poza zaborem pruskim, była słabo rozwinięta i przestarzała. Po odzyskaniu niepodległości uzyskano w ramach repartycji niewielkie ilości taboru o fatalnym stanie technicznym. Braki uzupełniano zakupami na warunkach długoterminowego kredytu w Stanach Zjednoczonych, Niemczech i Francji. Jednocześnie powstawały nowe zakłady produkujące wagony w Ostrowiu Wielkopolskim, Ostrowcu Świętokrzyskim i najbardziej znane fabryki lokomotyw w Poznaniu i Chrzanowie. Początkowo produkowano tu parowozy wg dokumentacji niemieckiej, w późniejszym okresie powstały biura konstrukcyjne, które opracowały własne, oryginalne modele na potrzeby PKP jak i na eksport do ZSRR, Bułgarii a nawet Maroka.Do najbardziej znanych należy parowóz Pm36 przystosowany do prowadzenia pociągów pospiesznych z prędkością 140 km/h. Parowóz posiadał otulinę aerodynamiczną. Wersja bez otuliny zachowała się do dziś i jest używana do prowadzenia pociągów wycieczkowych.
Po II wojnie sytuacja powtórzyła się, zniszczone fabryki należało odbudować, by uzupełnić tabor.W konstrukcjach opierano się na ocalałej dokumentacji - parowozy Pt47 i TKt48, ale powstały też nowe modele, jak ostatni wyprodukowany parowóz – towarowy Ty51.
Elektryfikacje sieci PKP rozpoczęto jeszcze przed wojną od węzła warszawskiego w związku z tunelem średnicowym.
W pierwszych latach powojennych lokomotywy elektryczne i podmiejskie zestawy trakcyjne pochodziły z importu, stanowiąc jednocześnie wzorzec (licencja) dla konstrukcji własnych np. pochodzące z NRD zestawy EN56 i kontynuowana do dziś seria EN57,
zakupiona w Anglii lokomotywa EU06 i produkowana na jej podstawie lokomotywa pospieszna EP08.
Dworzec oznacza budynek wraz z całym zespołem zabudowań i urządzeń kolejowych. Przy budynkach dworcowych znajdują się perony, często przekryte wiatami albo halą peronową. Perony są zazwyczaj połączone kładkami lub tunelami z głównym hallem dworca.
W dużych miastach w skład infrastruktury dworcowej wchodzi również program usługowy, zwykle w skali uzależnionej od wielkości ruchu pasażerów. Składają się na niego sklepy, gastronomia, tzw. pasaże handlowe. Z kolejowej infrastruktury tradycyjnie korzystała także zlokalizowana przy dworcu poczta, którą obsługiwały wagony pocztowe – funkcja ta obecnie zanika.
Tradycyjny dworzec składa się z budynku obsługi pasażerów, kompleksu peronów i torów oraz towarzyszących im urządzeń i budowli służących obsłudze ruchu kolejowego. W układzie przestrzennym dworca zasadnicze znaczenie mają dwa pierwsze elementy.
Rozróżnia się trzy podstawowe typy dworców w aspekcie układu torowego:
· dworce przelotowe, z torami przelotowymi, to jest wybiegającymi ze stacji w dwóch przeciwnych kierunkach. Budynek recepcyjny położony jest najczęściej po jednej stronie torów. Dworzec będący tematem mojej pracy jest zaliczony do tej kategorii;
· dworce czołowe, z torami zakończonymi ślepo;
· dworce przelotowo-czołowe - typ mieszany, w którym część torów jest przelotowa, a część czołowa, np. Opole Główne. Zazwyczaj poszczególne typy torów tworzą w przestrzeni osobne zespoły, związane z obsługą poszczególnych linii albo grup pociągów. Zdjęcie przedstawia dworzec przelotowo - czołowy w Dreźnie.
Hol recepcyjny
Hol recepcyjny jest największym pomieszczeniem klasycznego budynku dworca, dostępnym bezpośrednio od wejścia głównego. Do holu przylegać muszą kasy biletowe, punkty informacji, prowadzą od niego wyjścia na perony. Na poczesnym miejscu w hallu tradycyjnie znajduje się zegar oraz wyświetlacz informujący o aktualnym ruchu pociągów.
Hol recepcyjny stanowi też najbardziej reprezentacyjną część dworca. Można więc oczekiwać, że będzie wykonany z najlepszych materiałów, a jego wystrój będzie zawierał wiele elementów wykraczających poza cele ściśle utylitarne.
Niekiedy rolę holu recepcyjnego pełni także (lub wyłącznie) część hali peronowej. Dzieje się to zwłaszcza na dworcach czołowych, gdzie stanowić go może "peron poprzeczny", będący niekiedy osobnym elementem struktury budowli.
Poniżej hol dworca kolejowego w Gliwicach z unikalnym rozwiązaniem konstrukcji nośnej dachu
Hala peronowa
Hala peronowa to budowla lub obszerne wnętrze mieszczące perony i tory. Stanowi ona element dworca...
czerwony.kozak