Rakennesuunnittelu

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 19. joulukuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 15 muokkausta .

Rakennetekniikka on tieteellinen (tekniikan) tieteenala [ 1] , joka analysoi ja ennustaa rakenteen ominaisuuksia sen komponenttien (rakenneelementtien) tunnettujen ominaisuuksien perusteella [  2 ] .

Rakennusalan osana rakennesuunnittelu keskittyy suurten rakennusten ja rakenteiden (esim. siltojen, tehtaiden, tornien, stadionien) suunnitteluun ja rakentamiseen. Rakennesuunnittelun tehtäviin kuuluu mm. materiaalien ominaisuuksien tutkiminen, rakenteen tulevaisuuden kuormituksen arviointi ja optimaalisen tasapainon löytäminen rakenteen arkkitehtonisten ja toiminnallisten etujen välillä sekä tuleva korjaus ja huolto. kustannukset [3] [4] .

Rakennustekniikkaa voidaan käyttää mekaanisten, ilmailu- ja nanomittakaavan rakenteiden suunnittelussa, ja sitä voidaan soveltaa myös lääketieteessä (lääketieteellisten laitteiden valmistuksessa sen suunnittelu vaatii syvää rakennetekniikan ymmärtämistä).

Rakennetekniikan teoria perustuu sovellettuihin fysikaalisiin lakeihin ja empiiriseen tietoon eri materiaalien ja geometrioiden rakenteellisista ominaisuuksista . Rakennussuunnittelussa käytetään useita suhteellisen yksinkertaisia ​​rakenneosia monimutkaisten rakennejärjestelmien rakentamiseen. Suunnitteluinsinöörit ovat vastuussa työkalujen, rakenneosien ja materiaalien luovasta ja tehokkaasta käytöstä näiden tavoitteiden saavuttamiseksi.

Evoluutio

Rakennustekniikka juontaa juurensa vuoteen 2700 eKr., jolloin Imhotep , ensimmäinen nimellä tunnettu insinööri historiassa, rakensi farao Djoserin askelpyramidin . Pyramidit olivat yleisimpiä muinaisten sivilisaatioiden rakentamia suuria rakenteita, koska pyramidin rakennemuoto on luonnostaan ​​vakaa ja sitä voidaan skaalata lähes loputtomiin (toisin kuin useimmat muut rakennemuodot, joiden kokoa ei voida kasvattaa lineaarisesti kuormituksen kasvaessa).

Egyptin obeliskeillä oli myös rakenne ja ne sijoitettiin erityisiin kaivoihin.

Pyramidin rakenteellinen vakaus, vaikka se saavutetaan pääasiassa sen muodon avulla, riippuu myös sen kiven lujuudesta, josta se on rakennettu, ja sen kyvystä tukea kiven painoa sen yläpuolella. Kalkkikivilohkot otetaan usein rakennustyömaan läheltä sijaitsevasta louhoksesta, ja niiden puristuslujuus on 30-250 MPa (MPa=Pa*10^6). Siksi pyramidin rakenteellinen (rakenteellinen) lujuus johtuu niiden kivien materiaaliominaisuuksista, joista se on rakennettu, eikä pyramidin geometriasta.

Kautta antiikin ja keskiajan historian suurimman osan arkkitehtonisesta suunnittelusta ja rakentamisesta tekivät käsityöläiset , kuten muurarit ja kirvesmiehet, joista tuli rakennusmestareita. Rakennetekniikan teoriaa ei vielä ollut olemassa, ja ymmärrys näiden rakenteiden luomisesta oli äärimmäisen rajallista ja perustui lähes kokonaan empiiriseen tietoon "mikä toimi ennen". Kiltat hallitsivat tietoa , ja saavutukset syrjäyttivät sen harvoin. Rakenteet olivat toistuvia ja skaalaus oli asteittaista.

Rakenneosien lujuuden tai rakennemateriaalien käyttäytymisen ensimmäisistä laskelmista ei ole tietoa, mutta rakennusinsinöörin ammatti muotoutui vasta teollisen vallankumouksen ja betonin uudelleen ajattelun jälkeen. Rakennetekniikan taustalla olevat fysiikan tieteet alkoivat kehittyä renessanssin aikana ja ovat sittemmin kehittyneet tietojenkäsittelytiedeeksi, joka nousi ensimmäisen kerran esiin 1970-luvulla.

Rakennussuunnittelu

Rakennustekniikka (rakennustekniikka, rakennussuunnittelu) sisältää kaiken rakennusten ja rakenteiden suunnitteluun liittyvän rakennesuunnittelun. Se on rakennesuunnittelun ala, joka liittyy läheisesti arkkitehtuuriin.

Rakennussuunnittelu (rakennustekniikka) on nykyään rakennussuunnittelun ohella yksi yleisimmistä rakentamisen ja arkkitehtuurin aloista .

Rakenteellinen lujuus

Rakenteellinen lujuus on rakennetekniikan ja mekaniikan käsite  , yksi rakennusten ja rakenteiden ominaisuuksista. Osoittaa rakennusmateriaalin lujuuden, ottaen huomioon rakenteelliset, tekniset ja toiminnalliset tekijät. Rakenteen lujuus voidaan määrittää neljällä pääkriteerillä: rakenteen mekaaninen jäykkyys, materiaalin lujuus, rakenteen luotettavuus ja kestävyys.

Suuri lujuus itsessään ei vielä ole riittävä indikaattori materiaalin laadusta ja sen soveltuvuudesta tietyn mallin valmistukseen. Materiaalin suorituskyvyn varmistamiseksi tarvitaan riittävän korkean lujuuden, sitkeyden, matalan lämpötilan haurauskynnyksen ja vastaavien yhdistelmä. Tältä osin nykytekniikassa käytetään näytteiden standarditestauksessa saatujen lujuusindikaattoreiden lisäksi, jotka ovat ominaista materiaalin ns. kokonaislujuudelle, sellaista käsitettä kuin rakennelujuus, joka ymmärretään sarjana. indikaattoreita, jotka määrittävät materiaalin suorituskyvyn tietyssä mallissa tietyissä käyttöolosuhteissa.

Yleiset periaatteet rakenteellisen lujuuden arviointikriteerien valinnassa ovat analogia koekappaleiden ja tuotteiden jännitystilan tyypin kanssa; näytteiden testausolosuhteet ja käyttöolosuhteet ( lämpötila , ympäristö, lastausmenettely jne.), samoin kuin tuhoutumisen luonne ja tuhoutumisen tyyppi näytteessä ja tuotteessa.

Standardoitujen materiaalinäytteiden mekaanisen testauksen tuloksena testauskoneilla saadaan seuraavat ominaisuudet:

Kaikki ne kuvaavat materiaalin kokonaislujuutta suunnittelutarkoituksesta ja käyttöolosuhteista riippumatta. Osan korkeat suorituskykyominaisuudet voidaan varmistaa ottamalla huomioon kaikki osan käytön aikana tapahtuvat ominaisuudet ja määrittämällä sen rakenteellinen lujuus.

Rakenteellinen lujuus on monimutkainen käsite, joka sisältää sekä itse materiaalin ominaisuudet että sen toiminnan luotettavuuden ja kestävyyden todellisessa rakenteessa. Rakennelujuuden ja materiaalin lujuuden välinen ero, joka määritetään näytteestä testauskoneilla, riippuu:

Rakenteellista lujuutta arvioidaan laskelmien perusteella materiaalien kimmo-, plastisuus-, virumisteorian ja kestävyyden menetelmiä sekä murtumismekaniikan menetelmiä käyttäen. On myös kokeellisia tutkimuksia. Rakenteellinen lujuus on yksi rakennesuunnittelun rakennemateriaalien pääominaisuuksista.

Rakennuksen suunnittelu on rakennettu ensisijaisesti materiaalien ja muotojen luovalla manipuloinnilla sekä taustalla olevien matemaattisten ja tieteellisten ideoiden avulla, jotta saavutetaan päämäärä, joka täyttää sen toiminnalliset vaatimukset ja on rakenteellisesti turvallinen, kun siihen kohdistuu kaikki odotettavissa olevat rasitukset. Tämä eroaa hieman arkkitehtonisesta suunnittelusta, jota ohjaa materiaalien ja muotojen, massan, tilan, tilavuuden, tekstuurin ja valon luova manipulointi esteettisen , toiminnallisen ja usein taiteellisen tuloksen saavuttamiseksi.

Arkkitehti on yleensä rakennusten pääsuunnittelija, kun taas rakennesuunnittelija toimii alikonsulttina. Se, missä määrin kukin tieteenala todella johtaa projektia, riippuu suuresti rakenteen tyypistä. Monet rakenteet ovat rakenteeltaan yksinkertaisia ​​ja arkkitehtonisesti ohjattuja, kuten korkeat toimistorakennukset ja asuinrakennukset, kun taas muut rakenteet, kuten vetorakenteet, ovat vahvasti riippuvaisia ​​niiden muodosta, ja insinööri voi vaikuttaa enemmän muoto..

Rakennuksen suunnittelussa on varmistettava, että se voi seisoa turvallisesti, toimia ilman liiallista taipumaa tai liikettä, joka voi aiheuttaa rakenneosien väsymistä, halkeilua ja raudoituksen tai väliseinien rikkoutumista, asukkaiden epämukavuutta. Rakennusinsinöörin tulee ottaa huomioon lämpötilan, halkeilun ja jännityksen aiheuttamat liikkeet ja voimat. Sen on myös varmistettava, että rakenne voidaan rakentaa olennaisesti materiaalien sallittujen valmistustoleranssien sisällä. Nykyaikaisen rakennuksen rakennesuunnittelu voi olla äärimmäisen monimutkaista ja vaatii usein suuren tiimin suorittamista.

Rakennusteknisiä pääaineita ovat mm.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 7 maailman kysytyintä ammattia . Toimisto "Suora keskustelu" . Haettu 18. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 09. maaliskuuta 2019.
  2. ↑ Aleksanteri Zagoskin. Kvanttitietokoneet, kvanttitekniikka ja kvantti . Keskustelu Tiedeklubi Science NUST "MISiS" (12. syyskuuta 2017). Haettu 18. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 14. maaliskuuta 2019.
  3. ↑ Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften. Lehre und Forschung an der ETH Zürich: Eine Festschrift zum 150-Jahr-Jubiläum  (saksa) . - Springer Science & Business Media , 2005. - S. 35 -. — ISBN 978-3-7643-7533-1 .
  4. ↑ David Blockley. Rakennustekniikka: Erittäin lyhyt johdanto  . — Oxford University Press , 2014. — s. 18—. — ISBN 978-0-19-165209-7 .
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa