1.5. Расчетная схема сооружения (конструкции)

Проектирование любого здания или сооружения начинают с компоновки, т.е. выбора рациональной конструктивной формы. Исходным материалом является технологическое задание, в котором приводятся сведения технологического и общестроительного характера, касающиеся предполагаемой эксплуатации сооружения.

Сведения технологического характера дают представление о производственном процессе, расположении и габаритах агрегатов и оборудования, а также железнодорожных и крановых путей (при их наличии), грузоподъемности кранов, их режимах работы, временных нагрузках и характере их воздействия, подземном хозяйстве, рабочих площадках, очередности строительства и возможности расширения производства и т.п.

Сведения общестроительного характера касаются местоположения здания или сооружения на генеральном плане, сведений гидрогеологического характера, освещения, вентиляции, отопления и ряда других требований.

Выявление рациональной компоновки и решение отдельных конструкций производят на основании сравнения возможных вариантов.

Цель и назначение расчета конструкций – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность, устойчивость и жесткость предварительно намеченной конструктивной схемы сооружения при минимальном расходе материалов, минимальной затрате труда на изготовление и монтаж.

Расчет сооружений и их конструктивных элементов производится на основе методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной целью этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под действием приложенных нагрузок.

Расчет начинают с составления расчетной схемы сооружения (принятой расчетной модели). Под расчетной схемой сооружения (конструкции) понимают упрощенную, идеализированную схему, которая отражает наиболее существенные особенности реального сооружения (конструкции), определяющие его поведение под нагрузкой.

Расчетная схема сооружения обычно вычерчивается в виде линий с показом основных размеров (пролета, высоты, в статически неопределимых системах – жесткостей составляющих элементов или их соотношений и др.), способов опираний и узлов сопряжений, всех видов нагрузок, действующих на сооружение (конструкцию), и мест их приложения.

Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные предпосылки расчета конструкций) должны отражать действительные условия работы зданий или сооружений, отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны учитываться факторы, определяющие напряженное и деформируемое состояния, особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и основанием, пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейности, пластические свойства материалов, возможные отклонения геометрических размеров от их номинальных размеров. Однако при составлении расчетной схемы принимается ряд допущений и упрощений, значительно облегчающих расчет.

Так, например, многие нагрузки принимаются статическими, хотя для них характерно воздействие с некоторыми ускорениями (например, нагрузки от людей, воздействий мостовых и подвесных кранов обычного режима работы и т.п.).

В случаях неполной передачи узлового момента (взаимный поворот за счет податливости соединений) принимают шарнирное соединение.

Передача центрально приложенных нагрузок производится в виде сосредоточенных сил, хотя в действительности они передаются через поверхность соприкосновения элементов.

Стержни принимаются прямолинейными, но некоторая реальная погнутость допускается; из-за несовершенства узлов и соединений в укрупнительных узлах нарушается соосность элементов, приводящая к появлению эксцентриситетов приложения нагрузки.

Ферму обычно рассчитывают как шарнирно-стержневую систему, все элементы которой работают на осевое растяжение-сжатие, что противоречит действительной конструкции, имеющей некоторое защемление элементов в узлах.

Отказываясь от того или иного упрощения или заменяя его менее грубым, можно получить более точную расчетную схему. Это особенно возможно с использованием при расчетах электронно-вычислительной техники и соответствующих программ.

Для каждой расчетной схемы существует граница, за которой она становится неприменимой. Расчет по неправильно выбранной расчетной схеме не может быть достоверным даже при использовании самых точных методов.

Важно, чтобы принятая расчетная модель соответствовала исходной конструкции в главном: была работоспособной (геометрически неизменяемой), передавала все нагрузки на фундамент, не противоречила реальным условиям загрузки и сопряжения элементов.