Расчет конструкций состоит из двух больших этапов – статического расчета и конструктивного расчета. В статическом расчете мы определяем расчетную схему, которая должна соответствовать условиям нагружения и работы реальной конструкции, а также составляем список нагрузок, чтобы найти сечения, которые смогли бы эти нагрузки вынести.
Определение расчетных усилий
При выборе расчетной схемы важно заменить реальные элементы на условные стержни так, чтобы сохранить структуру системы и характер нагружения ее элементов.
Расчетные усилия, которые возникают в поперечном сечения элементов от внешнего воздействия, приводят к тому, что возникают:
- изгибающий момент М;
- поперечная сила Q;
- продольная сила N.
Чтобы найти значение расчетных усилий в статически определимых конструкциях используют уравнение равновесия. Для статических неопределимых систем применяют метод перемещения или метод сил.
Важно, как именно работает элемент, в какой плоскости он расположен, как к нему приложена сила. Для поперечной балки самым опасным является изгибающий момент, а также поперечная сила. Для колонн, в расчетной схеме показанных стойками, опасной является продольная сила. Если стойка испытывает внецентренное сжатие, то опасным для нее будет являться сочетание продольной силы изгибающего момента.
При выполнении расчета определяют предельное состояние, при котором условная конструкция уже не сможет выполнять свое назначение и проектируют сечение, которое по своим характеристикам будет превосходить предельное состояние. Для определения предельного состояния используют максимальные значения изгибающего момента, которые видны на эпюрах в самых уязвимых сечениях.
В конструктивном расчете поперечное сечение проверяется на прочность, устойчивость и деформативность. Формулы в конструктивном расчете выбирают исходя из материала и характера работы сечения.
Рисунок 1. Пример сбора нагрузок, действующих на здание. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Комбинации расчетных усилий
При выполнении статического расчета важно не только перечислить все действующие усилия, но и выявить самую неблагоприятную комбинацию этих усилий. То есть определить условие, при котором несколько нагрузок будет действовать одновременно.
Неблагоприятные условия – это сочетание нескольких нагрузок, которые действуют на объект и в сумме оказывают самое большое влияние.
При оценке комбинации усилий определяются также:
- взаимоисключающие нагружения, т. е. нагрузки, которые не могут воздействовать на элемент одновременно. Например, ветер не может дуть одновременно с трех или четырех сторон, поэтому такое состояние системы не рассматривается изначально;
- сопутствующие загружения. Это те загружения, которые не могут оказывать влияния без основного воздействия. Если, например, мы не рассматриваем усилия от колес крана, то и сопутствующее торможение тележки учитывать не следует;
- объединенно-кратковременные нагрузки. Это сочетание сразу нескольких кратковременных нагрузок, примером может служить гололедно-ветровая нагрузка.
Также некоторые нагрузки учитываются не целиком, а уменьшаются на значение коэффициента.
Рисунок 2. Проведение сбора нагрузок и введение коэффициентов, позволяющих оценить влияние комбинации усилий. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При подготовке расчета усилий с помощью компьютерных программ, создается список типов загружений, при этом для каждого нагружения должен быть указан тип (кратковременная, временная, постоянная). Система сама определяет коэффициенты в зависимости от типа нагрузок. Далее для каждой указанной нагрузки вносят параметры. При необходимости значения коэффициентов могут быть откорректированы исходя из условий задачи. В Списке элементов назначаются элементы и их группы, которые участвуют в расчете.
Выполнение расчетов с помощью программных комплексов значительно ускоряет работу конструктора, позволяя за считанные минуты корректировать нужные значения, менять материалы, сечения, подстраивая конструктивную схему здания под идеальный вариант. Сегодня программные комплексы позволяют в разы сократить время рутинных операций, освобождая время специалистов для решения более сложных задач.
С развитием искусственного интеллекта и информационных систем остается только гадать, как много времени осталось до того момента, когда здание будет запроектировано для человека, но без его непосредственного участия.
