По предельным состояниям

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Лекция 1.

ГОЛОЦЕН

Мезоліт (епіпалеоліт; середньо-кам’яний вік) – епоха кам’яної доби (12 000 – 7 000 до н.е.)

Неоліт (нова кам’яна доба) – X – поч. III тис. до н. е.), ділиться на:

докерамічний і керамічний неоліт

Енеоліт (халколіт; мідно-кам’яна доба) – V-IV тис. до н.е. – 1200 рр. до н.е.

Бронзова доба – 1200 рр. до н.э. – V ст. до н.е.

Залізна доба – VI-V ст. до н.е. – …

В соціальному плані виокремлюються:

1) епоха первісного стада (або праобщини), ранній і середній палеоліт;

2) епоха первісної родової общини (верхній палеоліт – мідний вік);

3) епоха первісної сусідської (протоселянської) общини.

Введение в курс «Инженерные конструкции»,

место изучаемой дисциплины в учебном процессе, ее взаимосвязь с дисциплинами, изучаемыми на специальности 270301 Архитектура

Инженерными конструкциями в строительстве и архитектуре называют несущие системы, прочность, устойчи­вость и деформации которых опреде­ляют статическим (в особых слу­чаях — динамическим) расчетом, под­тверждающим их способность сопротив­ляться действующим на сооружение нагрузкам и воздействиям.

Инженерные конструкции – это изготовленные из строительных материалов и предназначенные для обеспечения функционального назначения зданий и сооружений искусственные системы, сечения элементов которых определены с помощью расчетов.

Инженерные конструкции реали­зуют первый компонент витрувиевой триады «прочность—польза—красота»; определяющей архитектуру. Однако со времен Витрувия строительная техника, особенно в нашем столетии, достигла таких высот, что стала существенно влиять и на третий компонент — кра­соту.

В этом смысле становятся понят­ными слова Миса ван де Роэ, что там, где техника достигла своих подлинных высот, она становится архитектурой.

Известно, что в 1816 г. в Париж­ской школе архитекторов начали читать курс конструкций. Некоторые авторы (например, З. Гидеон) считают эту да­ту началом проникновения инженер­ных наук в область архитектуры. При­мерно к этому времени относится ста­новление строительной механики как науки. Висячие мосты в Петербурге и чугунный купол Исаакиевского собора уже были проверены расчетом. В даль­нейшем наука об инженерных конструк­циях развивалась как синтез многове­ковой строительной эмпирики и разви­вающейся теории сооружений, в кото­рую вошли положения теоретической механики, сопротивления материалов, статики и ряда других наук, объеди­ненных общим названием «Строитель­ная механика».

Дисциплина «Инженерные конст­рукции» содержит данные таких отра­слей строительной науки, как материа­ловедение, технология производства и др., но главным образом она базируется на выводах строительной механики, являясь ее прямым продолжением и конкретизацией в определенных мате­риалах — металле, древесине, бетоне, камне, пластмассах и др.

В соответст­вии с этим она традиционно разветвля­ется на три главных направления: ме­таллические конструкции (из стали и алюминиевых сплавов), конструкции из дерева и пластмасс, бетонные и железо­бетонные конструкции (включая армоцементные),

Самая общая классификация строи­тельных конструкций предусматривает определение их тремя основными при­знаками (по одному из каждой пары): плоские или пространственные; безрас­порные или распорные; сплошные (сплошностенчатые) или решетчатые (сквозные, сетчатые).

Любая конструк­ция полностью ими характеризуется. Например, стропильная ферма — пло­ская, безраспорная, сквозная конструк­ция;

тонкостенный купол — простран­ственная, распорная, сплошная.

Плоскими называют конструкции; обладающие двумя признаками: основ­ные несущие элементы лежат в одной плоскости; действие внешних сил про­исходит именно в этой плоскости.

Все остальные конструкции принад­лежат к классу пространственных.

Конструкция, плоская по форме, мо­жет стать пространственной по сущест­ву своей работы. Например, плита, по­ставленная вертикально на две опоры, работает под вертикальной нагрузкой как плоская конструкция — балка-стенка. Но, будучи положенной гори­зонтально и опертой двумя, тремя или четырьмя сторонами или на три точки и более, становится пространственной конструкцией — плитой.

Типичные представители плоских конструкций — балки, фермы, арки, ра­мы, гибкие нити — отличаются от пространственных тем, что вся система не­сущих элементов воспринимает лишь те нагрузки, которые приложены непосред­ственно к ним и действуют в их плос­кости.

Индивидуальность работы плоских конструкций и непричастность их к работе остальных элементов всей систе­мы, например покрытия, составляет главную черту, отличающую их от про­странственных, и главный их недоста­ток.

В то же время в этой особенности усматриваются некоторые достоинства: ясность статической работы; независи­мость от соседних конструкций — свойство, полезное при выполнении ре­монтных или восстановительных работ; простота усиления или полной замены другими плоскими конструкциями, да­же совершенно иного типа.

Пространственными называют кон­струкции, работа которых происходит в трехмерном пространстве.

В расчетной практике распространен прием расчленения пространственной конструкции на ряд плоских, но он при­меняется только в тех случаях, когда вдоль линий расчленения соблюдаются условия совместности напряжений и де­формаций.

К пространственным конструкциям относят: перекрестно-стержневые систе­мы, своды, складки, купола, оболочки положительной и отрицательной гаус­совой кривизны, висячие конструкции, мягкие оболочки. Значительную часть пространственных конструкций – сплошностенчатых или сетчатых, из жестких или мягких материалов — составляют оболочки.

Оболочками называют тела с криво­линейной поверхностью, один из разме­ров которых (толщина) во много раз меньше двух остальных.

Этим они отличаются от стержней, у которых один из размеров (длина) во много раз больше двух остальных. Свойства оболочки как строительной конструкции в значитель­ной мере определяются геометрией ее срединной поверхности. Две взаимно перпендикулярные плоскости, прохо­дящие через нормаль к поверхности двоякой кривизны, оставляют на ней след в виде двух кривых линий. Теория поверхностей доказывает, что если кри­визна К одной из них окажется макси­мальной, то у другой она будет мини­мальной, и наоборот.

Эти две кривизны называют главными, а соответствую­щие им радиусы r₁=1/K₁ и r₂=1/K₂— главными радиусами кри­визны.

Средняя кривизна:

H=(K₁+K₂)/2=(1/r₁+1/r₂)/2.

Важной характеристикой поверх­ности является гауссова кривизна:

Г=К₁К₂=1/(r₁r₂).

По этому признаку поверхности обо­лочки делят на три класса: I — поло­жительной (Г>0) гауссовой кривизны, т. е. двояковыпуклые, синкластические (сфера, эллипсоид, двуполостной гипер­болоид); II — нулевой (Г = 0) гауссо­вой кривизны — цилиндрические и ко­нические поверхности; III — отрицательной (Г<0) гауссовой кривизны, т. е. выпукло-вогнутые, антикластические (однополостные гиперболоиды, ги­перболические параболоиды, коноиды).

Дальнейшая классификация оболо­чек основывается на различии спосо­бов образования их поверхностей (рис.).

Оболочки, образуемые вращением плоской кривой около оси, называются оболочками вращения. Оболочки, обра­зованные поступательным движением одной плоской кривой по другой (плос­кости обеих кривых взаимно перпенди­кулярны), называются оболочками пе­реноса или трансляционными. Оболоч­ки, образованные поступательным дви­жением прямой по двум независимым друг от друга направляющим линиям, называются линейчатыми.

По конструктивному воплощению оболочки делятся на тонкостенные (сплошностенчатые) и сетчатые. Тон­кими считаются оболочки, отвечающие признаку L_min,/200<t<L_min/8 (где L_min — наименьший размер оболочки в плане; t — толщина оболочки).

Существуют также поверхности комбинированные (крестовые и сомкнутые своды, сочетания гипаров и т. п.), а также так называемые скульптурные, т. е. не имеющие математического вы­ражения формы.

К распорным конструкциям относят такие, опорные устройства которых исключают свободные перемещения концов несущей системы под действием нагрузки. В результате этого возникает распор, создающий в конструкции про­дольные усилия, существенно изменяю­щие картину напряженного ее состоя­ния. Распорные конструкции открывают пути решения сложных, но интересных с точки зрения архитектора инженер­ных задач.

Опоры безраспорных конструкций делают подвижными, исключающими возможность возникновения распора.

Типичным примером безраспорных кон­струкций может служить балка, рас­порных — арка и гибкая нить.

Сплошные (сплошностенчатые) конструкции весьма разнообразны.

В группе плоских — это сплошностенчатые балки, арки или рамы,

в группе про­странственных — оболочки всех видов, включая тонкостенные, мембраны и мягкие оболочки.

Сквозные (решетчатые, сетчатые) конструкции состоят из стержней, сое­диненных между собой в цельную плос­кую или пространственную систему и расположенных таким образом, что стержни испытывают лишь продольные усилия растяжения или сжатия.

Су­щественное преимущество сквозных конструкций перед сплошными состоит в возможности равномерного напряже­ния всего сечения стержня сжимаю­щими или растягивающими усилиями, в то время как в сплошных изгибаемых конструкциях (напр., в балках) несущая способность материала ис­пользуется не полностью. Лишь край­ние слои сечения балки испытывают максимальные напряжения. Чем даль­ше от краев, тем меньше напряжения. И у оси балки они падают до нуля. Рас­пределяя этот же материал по высоте сечения таким образом, чтобы он был сосредоточен в крайних слоях балки, получают «идеальный двутавр» — сквоз­ную балку, оба пояса которой напря­жены до предела.

Требования, предъявляемые к инженерным конструкциям

Основные требования, предъявляемые к проектируемым конструкциям, следующие:

1. Обеспечение функционального назначения зданий и сооружений, нормальных условий их эксплуатации.

Условия эксплуатации в основном определяют вид конструкций и материалов для их изготовления.

2. Надежность и долговечность.

Надежность конструкций обеспечивается выбором соответствующих строительных материалов и их расчетом на восприятие силовых воздействий и неблагоприятное влияние внешней среды.

3. Экономичность и минимальная материалоемкость.

Требование экономного расходования материалов определяется их немалой стоимостью. Экономичность обеспечивается путем применения рациональных конструктивных решений, выбором соответствующих современных материалов и максимальным использованием их прочностных свойств, сокращением трудовых затрат и сроков продолжительности строительства.

4. Технологичность.

Это требование предусматривает развитие индустриальных методов изготовления конструкций и осуществление скоростного их монтажа или возведения.

5. Транспортабельность.

Индустриальные конструкции в целом или их части должны удовлетворять условиям перевозки на существующих транспортных средствах.

Дата добавления: 2014-01-05