Конструкции

27.12.2009 12:27

Данный раздел проекта по праву считается самым ответственным, ведь от качества выполнения раздела зависят прочностные характеристики сооружения! Все решения принимаются на основании расчётов. Но, прежде чем начать расчет конструкций, производится сбор нагрузок и выбор расчётной схемы здания (сооружения). Эти решения практически ничем не регламентируются и принимаются исходя из профессионального опыта и интуиции конструктора. Да, именно интуиции. Практически все нагрузки, которые рассматриваются при расчёте конструкций, являются случайными величинами или случайными функциями времени. Это означает, что невозможно точно указать значение нагрузки на конструкцию, а возможно лишь использовать некоторые расчётные величины, которые могут реализоваться лишь с определённой долей вероятности. Вероятностные свойства нагрузки, как функции времени или пространственной координаты, устанавливаются путём статистической обработки данных измерений.

При расчете конструкций необходимо учесть множество факторов. По своей природе и происхождению нагрузки и воздействия на конструкции могут подразделяться на:

- нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций, значения которых устанавливаются по геометрическим параметрам и значениям плотности используемых материалов;

- атмосферные нагрузки (снеговая, ветровая, гололедная, температурная, ледовая, волновая и др.), значения которых связаны с некоторым периодом повторяемости;

- технологические нагрузки на конструкции (от воздействия оборудования, веса материалов, людей, обстановки и др.), для которых значения принимаются по паспортным данным оборудования, а также с учётом прогнозируемых величин, предусматриваемых условиями эксплуатации;

- воздействия смещений земной поверхности (сейсмическими движениями, деформацией просадочных грунтов при замачивании, влиянием горных выработок, карстовыми процессами и т.п.), для которых значения регламентируются специальными нормативными документами;

- нагрузки, вызываемые чрезвычайными обстоятельствами (взрывные, от столкновения с движущимся транспортом, от пожара и т.п.).

В зависимости от причины возникновения нагрузки и воздействия обычно делятся на:

- основные, которые появляются как неизбежный результат природных явлений или человеческой деятельности;

- аварийные, которые появляются как нежелательный результат человеческой деятельности вследствие грубых ошибок или же являются результатом неблагоприятного стечения обстоятельств (к аварийным могут быть отнесены и весьма редкие воздействия природного происхождения, такие как нагрузки от смерчей, цунами и др.). Проводя расчет конструкций необходимо все эти факторы подвергать детальному анализу.

Кроме того, нагрузки и воздействия на конструкции делятся на постоянные и переменные, а последние в зависимости от характерной продолжительности непрерывного действия на конструкцию, делятся на:

- длительные, для которых продолжительность сопоставима с установленным сроком эксплуатации;

- кратковременные.

Кратковременные нагрузки на конструкции, в свою очередь, могут быть многократно повторяющимися или эпизодическими.

Каждый из элементов упомянутой выше классификации выполняет определённую роль при решении вопроса о выборе того варианта воздействия, который будет использован в расчётной проверке. При решении практических задач, когда проектируется конструкция, важно чётко понимать какие именно нагрузки, а точнее сочетания нагрузок, действуют на конструкцию и какое сочетание окажется самым невыгодным. А вот тут поможет опыт и интуиция.

Пониженная вероятность одновременного действия нескольких случайных воздействий, как правило, учитывается путём умножения суммы нагрузочных эффектов от действия расчётных значений всех воздействий на коэффициент сочетания.

Различают основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных и особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок. При расчете все эти взаимосвязи необходимо выявлять. В любом случае расчет конструкций должен осуществлять именно тот специалист, который компетентен в данном вопросе и уже неоднократно успешно решал задачи подобного типа.

Конструкция и анализ ее работы

Проанализировать работу будущей конструкции, учесть все сценарии развития событий, предусмотреть монтажные нагрузки и воздействия в процессе строительства - задача инженера-конструктора. Но это далеко не единственная его задача. Очень важный шаг - выбор расчётной схемы сооружения (здания). Расчётная схема это условная схема, отражающая реальную работу сооружения. Максимально приблизить работу расчётной схемы к реальной работе конструкции, при этом, излишне не усложнив её - вот над чем бьются конструкторы во всём мире вот уже несколько веков. С развитием компьютерной техники часто слышится понятие "расчётная модель" здания (сооружения). Да, слово новое, но проблемы старые. Компьютеры позволили нам сделать огромный шаг вперёд в расчёте статически неопределимых систем, дали возможность проанализировать работу схемы "в сборе". Но, также как и схема, неверно принятая (построенная) модель способна свести на нет все преимущества. И если работа модели не отражает работу реальной конструкции, то точность вычислений уже не играет роли.

Сделав эти важные шаги приступают непосредственно к расчётам, по которым и будет выполнена будущая конструкция. Для расчётов используют вычислительные комплексы, реализующие метод конечных элементов. Затем самые ответственные конструкции проверяются "вручную" по формулам СНиПов. Расчёт ведётся по 2 предельным состояниям (Метод расчётных предельных состояний был введён в СССР в качестве руководящего принципа расчётов строительных конструкций с 1 января 1955г. при утверждении первого издания Строительных норм и правил. В дальнейшем расчёт по предельным состояниям был положен в основу стандарта ИСО и системы Еврокодов, где он получил название "метод частных коэффициентов надёжности"). При необходимости выполняется расчёт на прогрессирующее обрушение.

Расчеты очень важны в практике конструирования, но никакие расчеты не смогут исправить недостатки конструирования. Конструирование это талант, знания лишь дополняют этот талант. Желающих возразить заранее отправляю изучать труды Шухова и других Великих инженеров. Простота, технологичность, надёжность, ремонтопригодность - вот подчерк истинных инженеров. Мы готовы на профессиональном уровне провести расчет конструкций. Благодаря высокому мастерству наших сотрудников все вычисления будут произведены максимально качественно и в срок.

Конструирование, как и расчёт, сильно зависят от материала сооружения. Часто приходится встречать конструкторов, специализирующихся на каком то одном виде конструкций - металлические конструкции, деревянные конструкции, железобетонные конструкции, каменные конструкции и т.д. Ну и конечно, разделение по видам объектов - гражданские здания, промышленные здания, мостовые сооружения, гидротехнические сооружения и т.д. У всего есть своя специфика. И когда инженер, специализирующийся на проектировании, например, коттеджей, берётся запроектировать «заодно» в этом же коттедже бассейн, это часто приводит к ошибкам, т.к. подобная конструкция — это уже гидротехническое сооружение. А проектирование гидротехнических сооружений требует опыта работы с ними.

Конечно, в одной статье невозможно описать все этапы и тонкости конструирования, и цель данной статьи показать, что за проектной и рабочей документацией стоит труд инженеров, который не измеряется количеством листов с чертежами. Работа над проектом не должна сводиться к механическому перечерчиванию узлов из типовых серий. Каждая конструкция: разработка ее проекта, - должена быть поиском новых решений.