Библиотека.

Реальное сооружение и его расчетные схемы

Проектирование любого сооружения начинают с компановки, т. е. выбора рациональной конструктивной формы. Компоновка— основная и наиболее творческая часть проектирования. Она непосредственно зависит от условий функционального процесса, обеспечить который призвано проектируемое сооружение. Так, условия производственного процесса требуют определенных технологических габаритов для размещения станочного оборудования и пропуска грузовых потоков, что в свою очередь диктует генеральные размеры всего сооружения и его отдельных конструкций, которые должны располагаться вне этих габаритов. Выявление рациональной компоновки и решение отдельных конструкций производят в техническом проекте на основании сравнения возможных вариантов.

После выбора конструктивной формы сооружения приступают к его расчету. Расчет сооружения с учетом всех его свойств, точных геометрических размеров, строгого взаимодействия элементов является или теоретически невозможным, или практически неприемлемым по своей сложности. Поэтому необходимо произвести схематизацию сооружения и отбросить второстепенные факторы, которые не влияют сколько-нибудь заметным образом на достоверность и требуемую точность расчета.

Расчетной схемой сооружения (конструкции) называется упрошенная, идеализированная схема, которая отражает наиболее существенные особенности реального сооружения (конструкции), определяющие его поведение под нагрузкой. Так, например, при расчете поперечной рамы производственного здания на ветровую и крановые нагрузки учет упругих деформаций ригеля мало влияет ка расчетные усилия в стойках. Это позволяет во многих случаях считать ригель бесконечно жестким. Подобное допущение значительно упрощает расчет рамы на указанные нагрузки методом перемещений: при бесконечно жестком ригеле углы поворота в узлах его сопряжения со стойками равны нулю и, таким образом, неизвестным является только горизонтальное смещение ригеля. В расчетной схеме стержневой конструкции стержни заменяют их продольными осями, реальные опорные устройства — идеальными опорными связями, а нагрузки с поверхности стержней переносят на оси.

Выбор расчетной схемы является сложной и ответственной частью расчета. От него в первую очередь зависит качество расчета. Расчет по неправильно выбранной расчетной схеме не может быть достоверным даже при использовании самых точных методов. Так, расчет упомянутой поперечной рамы на вертикальные нагрузки, приложенные к ригелю, по той же схеме, что и на горизонтальные нагрузки, привел бы к ошибке: бесконечно жесткий ригель передавал бы на стойки только осевую сжимающую нагрузку, что для их работы более благоприятно, поскольку в действительности стойки работают на сжатие с изгибом. В этом случае должна учитываться конечная, т. е. фактическая, жесткость ригеля, что приводит к иной расчетной схеме.

Таким образом, в зависимости от поставленной задачи расчетная схема может видоизменяться. Отказываясь от того или иного упрощения или заменяя его менее грубым, можно получить более точную расчетную схему. Например, ферму обычно рассчитывают как шарнирно-стержневую систему, все элементы которой работают на осевое растяжение-сжатие. Такое допущение, при котором все узлы принимаются шарнирными, противоречит действительной конструкции фермы, но довольно точно отражает действительную работу ее элементов. Можно отказаться от гипотезы идеальной шарнирности узлов и считать взаимное соединение концов стержней абсолютно жестким. Это предположение также не соответствует действительности, хотя значительно меньше, чем гипотеза шарнирности, однако оно значительно усложняет расчет.

Сравнивая результаты, полученные при использовании обеих расчетных схем, можно установить предел допустимости более простой схемы. Точные расчеты показывают, что расчетная схема фермы как шарнирно-стержневой системы становится тем менее приемлемой, чем больше жесткость стержней EJ/l, где J — осевой момент инерции поперечного сечения стержня, а l — его длина. При некотором значении этого отношения, когда ферма состоит из сравнительно коротких стержней мощного сечения, гипотеза шарнирности узлов становится чересчур грубой. Следовательно, для каждой расчетной схемы существует граница, за которой она становится неприемлемой.

Так как и сами рассчитываемые сооружения, и условия их работы разнообразны, определенных рецептов в области составления расчетных схем не существует. Конструктор принимает схему, соответствующую требованиям расчета, по своему усмотрению, и на его ответственности лежит решение вопроса о том, какие условия важны для проводимого расчета, а какие могут быть оставлены без внимания.

Вернуться к списку статей