Schema de proiectare a unei structuri - în mecanica structurală , o imagine simplificată a unei structuri, acceptată pentru calcul. Există mai multe tipuri de scheme de calcul care diferă în principalele ipoteze care stau la baza calculului, precum și în aparatul matematic utilizat în calcul. Cu cât schema de calcul corespunde mai precis structurii reale, cu atât calculul ei necesită mai mult timp.
Schema de calcul constă din elemente condiționale: tije , plăci , cochilii, matrice și legături.
Tijele sunt utilizate în schemele de proiectare a structurilor de bare (stâlpi, grinzi , arcade etc.), sisteme de astfel de structuri ( ferme , cadre , carcase de plasă), precum și pentru calcularea aproximativă a structurilor plane (de exemplu, pereți portanti). a clădirilor).
Plăcile triunghiulare și dreptunghiulare sunt principalele elemente finite în calculul structurilor plane (pereți și plăci de podea ale clădirilor) prin metoda elementelor finite .
Cochiliile sunt o schemă de calcul pentru diferite structuri spațiale (domuri, bolți, cochilii).
Rețelele din schemele de proiectare sunt utilizate, de regulă, ca suporturi nedeformabile ale structurilor de deschidere bazate pe o bază compresibilă.
Legăturile din schemele de proiectare conectează elementele individuale, precum și structura cu baza. În schemele de proiectare, conexiunile diferă prin numărul de grade de libertate pe care le iau de la sistem. Conexiunile pot fi discrete și distribuite (continue). Tijele și plăcile conectate prin conexiuni distribuite se numesc tije și plăci compozite [1] .
O clădire cu mai multe etaje este un sistem spațial complex, care, în funcție de numărul de etaje, caracteristicile sistemului structural și sarcinile existente, este calculat cu diferite grade de detaliu folosind diferite scheme de proiectare. În practica modernă de proiectare, calculul unei clădiri, de regulă, se realizează folosind programe speciale care utilizează tehnologia computerizată [2] [3] .
Cu o schemă de proiectare unidimensională, clădirea este considerată ca o tijă cantilever cu pereți subțiri sau un sistem de tije, fixate elastic sau rigid la bază. Se presupune că conturul transversal al unei tije sau al unui sistem de tije este invariabil.
Cu o schemă de proiectare bidimensională, clădirea este considerată ca o structură plată, capabilă să primească doar o astfel de sarcină externă care acționează în planul său. Pentru a determina forțele în structurile portante verticale, se presupune în mod condiționat că toate sunt situate în același plan și au aceleași deplasări orizontale la nivelul podelei.
Cu o schemă de proiectare tridimensională, o clădire este considerată ca un sistem spațial capabil să perceapă sistemul spațial de sarcini aplicate acesteia.
În schemele de proiectare discrete, forțele sau deplasările necunoscute sunt determinate pentru un număr finit de noduri de sistem prin rezolvarea sistemelor de ecuații algebrice. Schemele de calcul discrete sunt cele mai potrivite pentru calcularea prin metoda elementelor finite. Astfel de scheme sunt utilizate pe scară largă pentru modelarea nu numai a sistemelor de tije, ci și a plăcilor și a carcasei solide.
În schemele de proiectare cu continuu discret, factorii de forță sau deplasările necunoscute sunt specificați ca funcții continue de-a lungul uneia dintre axele de coordonate. Funcțiile necunoscute sunt determinate prin rezolvarea unei probleme cu valori la limită pentru un sistem de ecuații diferențiale obișnuite. Schemele de proiectare cu continuu discret au fost utilizate pe scară largă în anii 1960-1980 ai secolului trecut pentru calcularea pereților și a diafragmelor verticale de rigidizare a clădirilor cu mai multe etaje, cu o aranjare regulată a deschiderilor, când capacitățile de calcul ale computerelor erau foarte limitate. Aceste scheme de proiectare se bazează pe teoria tijelor compozite, care în 1938-1948. dezvoltat de A. R. Rzhanitsyn [4] [5] . Aparent, teoria tijelor compozite a fost folosită pentru prima dată în [6] . În continuare R. Rosman, [7] . P. F. Drozdov [8] , D. M. Podolsky [9] și alți autori au propus diverse modificări ale teoriei tijelor compozite pentru calculul clădirilor cu un număr crescut de etaje.
În teoria tijelor compozite, se presupune că tijele se deformează numai din forțele longitudinale și încovoiere. Între timp, diafragmele verticale de rigiditate ale clădirilor cu mai multe etaje au adesea astfel de rapoarte de dimensiuni în plan și înălțime ale clădirii, pentru care este necesar să se țină seama de deformațiile de forfecare. Calculul sistemelor spațiale compozite ale clădirilor cu mai multe etaje, ținând cont de deformațiile de forfecare bazate pe sinteza teoriei tijelor compozite de A. R. Rzhanitsyna și teoria sistemelor spațiale cu pereți subțiri de V. Z. Vlasov [10] , a fost dezvoltat de V. I. Lishak [2] [11] , B. P Wolfson [12] și alți autori.
În schemele de proiectare a continuumului, factorii de forță sau deplasările necunoscute sunt specificați ca funcții continue de-a lungul a două sau trei axe de coordonate. Funcțiile necunoscute sunt determinate prin rezolvarea unei probleme cu valori la limită pentru un sistem de ecuații cu diferențe parțiale. În unele cazuri, utilizarea unei scheme de calcul continuum face posibilă obținerea unei soluții sub formă de formule finale. Cu toate acestea, aceste cazuri sunt foarte rare. Prin urmare, o astfel de schemă de calcul este rar utilizată.
Exemple de scheme de proiectare bidimensionale ale unui perete cu deschideri, care este o diafragmă verticală a rigidității clădirii, sunt prezentate în figura din dreapta.