Теоретико-инженерные основы строительного дела

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы происхождения, формирования и строения минералов и горных пород. Предназначено для самостоятельной работы обучающихся при подготовке к практическим занятиям и лабораторным работам по дисциплине «Инженерные изыскания в строительстве. Геология (минералогия, петрография)».

Рассмотрены расчеты ненапрягаемых изгибаемых железобетонных конструкций перекрытий и покрытий зданий, включая перераспределение изгибающих моментов в конструкциях, определение постоянных, снеговых, ветровых и крановых нагрузок, составление сочетаний воздействий для расчета конструкций гражданских и промышленных зданий, а также расчеты колонн.

Рассмотрены многоуровневые дискретные и дискретно-континуальные методы локального расчета строительных конструкций. Представленные подходы основаны на использовании современных математических средств, в частности элементов функционального анализа, теории обобщенных функций и численных методов, адекватных текущему уровню развития компьютерной техники.

Приведены результаты исследования соединений элементов деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани (КМ-соединений). Разработаны конструктивные решения КМ-соединений для создания новых и усиления существующих деревянных конструкций из цельной и клееной древесины. Определены прочностные и деформационные характеристики композиционною материала, определены экспериментальными и численными методами несущая способность и деформативность КМ-соединений при сопротивлении сдвигу. Представлена методика расчета КМ-соединений и деревянных конструкций составного сечения на КМ-соединениях по предельным состояниям 1-й и 2-й групп.

Рассмотрены проблемы предотвращения аварий и дальнейшей безаварийной эксплуатации зданий и сооружений. Проведен анализ причин и последствий аварий, мероприятий по эксплуатации конструкций с накопленными повреждениями. Значительный объем издания занимают результаты исследований фактических нагрузок и свойств материалов строительных металлических конструкций, а также изучения действительной работы конструкций. Даны рекомендации по повышению ресурса строительных конструкций.

Рассмотрены расчеты предварительно напряженной двускатной балки покрытия, фундаментов на естественном основании и свайных фундаментов, особенности определения ветровой нагрузки с учетом орографии местности, турбулентности и смещения профиля ветра, а также расчеты одноэтажного производственного здания с учетом сейсмических воздействий. Анализ работы здания при сейсмических воздействиях выполняется нелинейным статическим методом, который позволяет отслеживать порядок образования пластических шарниров в элементах конструкции и предотвратить превращение ее в геометрически изменяемую систему (механизм). Этот метод может широко применяться при расчете зданий на максимальное расчетное землетрясение по российским нормам.

В учебном пособии даны материалы для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе при освоении дисциплины «Теория расчета и проектирования» и для формирования компетенций обучающегося в области проектирования зданий и сооружений, использования федеральных законов и нормативных документов, а также в области проведения экспертизы проектной документации.

В монографии преподавателей МГСУ рассматриваются физико-механические и акустические свойства пористо-волокнистых материалов в ограждающих конструкциях с целью создания комфортного климата в помещениях жилых и общественных зданий. Авторами предложены методы расчета звукоизоляции ограждающих конструкций с применением данных материалов для изоляции воздушного и ударного шума. В монографии представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований звукоизоляции ударного и воздушного шума, представлены результаты исследований акустических свойств ограждающих конструкций данных с применением указанных материалов. Один из авторов настоящего труда И.П. Салтыков удостоен за достигнутые результаты премии Правительства РФ.

Изложены общие теоретические сведения по проектированию рабочих площадок, компоновке и алгоритму расчета их элементов. Содержатся основы современных методов расчета и конструирования металлических конструкций рабочих площадок с использованием последних редакций строительных норм. Приведены расчеты сварных соединений в узлах и соединениях главной балки, расчеты центрально сжатых сплошных и сквозных колонн, листового настила, балок настила и главных балок.

Представлены расчеты железобетонных конструкций многоэтажных зданий, в том числе с использованием программного комплекса ЛИРА. Описаны алгоритмы расчета конструктивных элементов многоэтажных зданий, приведены примеры расчетов, даны рекомендации по конструированию железобетонных конструкций.

Изложены общие теоретические сведения по проектированию рабочих площадок, компоновке и алгоритму расчета их элементов. Содержатся основы современных методов расчета и конструирования металлических конструкций рабочих площадок с использованием последних редакций строительных норм. Приведены расчеты сварных соединений в узлах и соединениях главной балки, расчеты центрально сжатых сплошных и сквозных колонн, листового настила, балок настила и главных балок.

Во второй части книги дана дополнительная информация по определению пластических моментов сопротивления сечений элементов, выполнен анализ методик расчета элементов на устойчивость, рассмотрена теория определения секториальных характеристик сечений элементов и вычисления нормальных и касательных напряжений при стесненном кручении. Приведены примеры расчета при стесненном кручении элементов различного поперечного сечения и составных подкрановых конструкций. Рассмотрен расчет подкрановой балки, включая расчет ее прочности с учетом бимоментов и изгибно-крутящих моментов. Приведены сведения о программе «Тонус» и справочные данные для определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов, бимоментов и изгибно-крутящих моментов, включая данные для вычисления гиперболических функций.

Монография посвящена относительно новому направлению в строительной физике — радоновой безопасности зданий. В ней изложены физические основы радиоактивности и дозиметрии, проанализировано текущее состояние радоновой проблемы в России и за рубежом, представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований факторов формирования радоновой обстановки в здании. На основании диффузионной модели переноса радона в грунте и подземных ограждающих конструкциях предложен простой и эффективный инженерный метод обеспечения требуемых радонозащитных характеристик зданий. Также в монографии представлен обширный обзор современных технологий снижения поступления радона в здания.

В первой части рассмотрены расчеты металлических конструкций «классической» балочной клетки и конструкций одноэтажного производственного здания с мостовыми кранами, включая расчеты фундамента; приводится определение постоянных, снеговых, ветровых и крановых нагрузок, а также составление сочетаний воздействий для расчета конструкций здания. Рассмотрены методики определения пластических моментов сопротивления поперечных сечений элементов и особенности расчета прочности и устойчивости изгибаемых и сжатых элементов, включая профилированные листы. Приведены справочные таблицы для определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов. Во второй части книги будет рассмотрена теория определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов с примерами для элементов простого поперечного сечения (тавра и швеллера) и подкрановой конструкции, состоящей из подкрановой балки, тормозного листа и окаймляющего швеллера. Рассматривается расчет подкрановой балки, включая расчет ее прочности с учетом бимомента.

Книга посвящена анализу методов, используемых при создании современных программных систем для статического и динамического расчета несущих строительных конструкций, а также приемов использования этих систем. Наличие (а иногда и отсутствие) руководств, входящих в систему программной документации, чаще всего дает возможность «использовать» программную систему как черный ящик и в лучшем случае позволяет научиться нажимать необходимые кнопки, чтобы вызвать к жизни ту или иную функцию программы. Вместе с тем опыт показывает, что любое руководство к самой совершенной программе бессмысленно, если пользователь не понимает основ тех методов, которые эти программы реализуют. Особое внимание в книге уделяется роли выбора расчетной модели, ее обоснованности, а также внутренней и внешней согласованности с решаемой задачей. Приводятся многочисленные практические рекомендации, указываются типичные и нетипичные проблемы и ошибки, описываются различного рода ловушки, подстерегающие инженера-расчетчика. Многие поучительные примеры связаны с практическим опытом авторов, как инженеров-проектировщиков. По сравнению с предыдущими изданиями материал расширен и дополнен.

Охватывает широкий круг вопросов динамики строительных конструкций различного типа сооружений, решенных на основе экспериментальных исследований.

В учебном пособии приведены задачи и упражнения разной степени сложности по основам общей геологии, динамической геологии, инженерных изысканий, охраны и рационального использования окружающей среды, экологии, инженерной экологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Задачи и упражнения могут быть использованы при проведении лабораторных работ, практических занятий, курсовых работ, в качестве домашних заданий, при приеме промежуточной аттестации, контроля текущей успеваемости.

Представлены результаты исследований в области статического расчета тонкостенных и трехмерных конструкций сложной формы. Предложены методы построения аппроксимирующих функций с конечными носителями для двухмерных и трехмерных подобластей, которые позволяют производить расчеты тонких оболочек и трехмерных тел сложной формы.

Даны общие положения теории надежности строительных конструкций. Изложены современные подходы к расчету зданий и сооружений на сейсмические воздействия. Особое внимание уделено определению параметров и моделированию сейсмического воздействия на основе записей инструментальных акселерограмм. Предложено два метода для моделирования случайных акселерограмм с заданной спектральной плотностью. Рассмотрены особенности детерминированных решений при выполнении вероятностных расчетов конструкций с учетом физической нелинейности на примере расчета железобетонных плит прямоугольной формы. Приведен сравнительный анализ явных и неявных методов прямого интегрирования уравнений движения при решении динамических задач. Выполнена оценка надежности консольных и опертых по контуру плит больших пролетов при действии случайных сейсмических нагрузок.

Рассмотрены вопросы, связанные с математическим моделированием агрегатов и механизмов стартовых и ракетных комплексов на стадии их разработки. Приведены методические указания к курсовой работе «Строительная механика несущих конструкций и механизмов стартового оборудования».

В методических указаниях изложена методика выполнения курсового проекта по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс». Приводится описание эскизно-технического проекта с подробным рассмотрением вопросов конструирования и расчета, несущих элементов крыши, включающих конструкцию крыши, расчет настилов и прогонов. Особое внимание уделено конструированию и расчету основной несущей конструкции. Представлен статический и конструктивный расчеты, позволяющие определить сечения элементов несущей конструкции и технико-экономические показатели.

Приоритетным направлением такой науки, как строительная теплофизика, является обоснование и выбор оптимального решения ограждающих конструкций. Знание строительной теплофизики для современного строительства имеет большое значение, так как сборные облегченные конструкции из эффективных материалов находят в нем все большее применение. Поддержание оптимальных параметров микроклимата, количество тепла, теряемое зданием в зимний период, экономия энергоресурсов и долговечность самих конструкций зависят от теплотехнических качеств наружных ограждений. Знание основных закономерностей и характеристик процессов теплообмена и умение пользоваться расчетами дают возможность обеспечения заданного температурно-влажностного режима и требуемые теплотехнические качества наружных ограждающих конструкций.

Представлен труд последних лет жизни академика РААСН В.Н. Богословского, важный для понимания влажностных процессов, происходящих в ограждающих конструкциях зданий, эксплуатирующихся в российском климате. Включен раздел об истории развития учения о потенциале влажности, написанный научным редактором издания, в котором прослеживается долгая история развития потенциала влажности. Приложение состоит из биографии и воспоминаний о В.Н. Богословском его учеников и коллег.

В монографии приведены результаты исследований по разработке органоминеральных составов на основе сухих строительных смесей для ремонта асфальтобетонного дорожного полотна с использованием органических и минеральных отходов различных отраслей промышленности. Показано, что ремонтные составы на основе гидролизного лигнина, шламов гидролизного производства, золы-уноса красноярских ТЭЦ и шлама футеровки электролизеров по совокупности свойств превосходят традиционные битумные составы и позволяют улучшать экологическую обстановку в регионе за счет комплексного использования отходов.

Сушка древесины является важнейшей составляющей технологического процесса ее переработки, во многом определяющей качество конечного продукта, поэтому совершенствованию технологии сушки пиломатериалов придается большое значение. Из существующих в настоящее время методов представляет интерес сушка пиломатериалов с применением электромагнитной энергии. В связи с этим появилась необходимость в разработке высокотехнологичных устройств для сушки древесины в сверх-высокочастотном поле, работающих в автоматическом режиме с учетом особенностей энергетических характеристик резонатора сушильной камеры. Это возможно выполнить с помощью систем технического контроля и управления процессом сушки с применением соответствующего программного обеспечения. Для создания таких систем необходимо разработать измерительное устройство, которое должно учитывать взаимозависимость энергетических параметров резонатора. В статье рассмотрен научно обоснованный подход к решению задачи автоматического контроля за процессом сушки древесины в микроволновой лесосушильной камере резонаторного типа. Представлена математическая модель определяющей части системы бесконтактного контроля – функционального измерителя влажности древесины, основанного на взаимосвязи энергетических параметров резонатора сушильной камеры. Объектом настоящего исследования является процесс сушки древесины сверхвысокочастотным электромагнитным полем в экспериментальной сушильной установке резонаторного типа. Цель исследования – создание системы измерительного контроля за процессом сушки древесины с применением средств термовлагометрии пиломатериалов, основанной на определении энергетических параметров резонатора сушильной камеры. Для решения поставленной задачи предложен способ сушки древесины в микроволновой лесосушильной камере.

Даются основные сведения по разделу дисциплины «Теории упругости», связанные с расчетами прямоугольных пластин на изгиб. Изложение теоретического материала сопровождается подробными объяснениями и примерами расчетов.

When designing, manufacturing and maintaining of woodworks and elements of wooden structures it is necessary to solve the problem of providing the calculation of strength, stiffness and their bearing capacity. This problem becomes particularly relevant while reconstructing and new wooden house building, as the correct choice of connection type influences the technical possibility to use wood in the elements of structures. Such types of special connectors as claw washers, gang nails, dowel connections, etc. are used for these purposes. The existing range of claw washers implies different diameters, thicknesses, and claw configurations depending on the required bearing capacity and cross-sectional dimensions of sawn timber. The accepted physical model of wood is a transtropic body. The forces transmitted in the joints of the elements of wooden structures are perceived by the total contact surface of the mating elements. However, the work of individual teeth of claw washers has been poorly studied: research on influence of geometrical characteristics of the tooth on the bearing capacity of the connector is absent; variation in thickness of the connector is not assessed. A double-sided claw washer of the Bulldog type (prototype) with the diameter of 50 mm was adopted as the object of study. Various schemes of cutting of the claw washer with predetermined dimensions (width and height) of a triangular tooth are considered. The influence of dimensions on the bearing capacity of the thickness of claw washers is estimated within 1–1.5 mm. The main criterion for the selected cutting patterns is the ability to produce the washers by single-impact stamping without additional trimming. Double-sided claw washers of 5 different types with the number of cog-teeth from 8 to 12 items on each side were studied. A differential equation of the 4th order is accepted as a mathematical model of cog-tooth action. The equation describes the behavior of a dowel on an elastic base with a fixed value of bending stiffness EI. The transition to which was carried out from the variable value EI = f(x) by searching for the equivalent width of the cross-section from the bending conditions of the element of the triangular section of a variable directed normal to the frontal surface and a constant directed normal to the lateral surface. For citation: Popov E.V., Ruslanova A.V., Sopilov V.V., Zdralovic N., Mamedov S.M., Labudin B.V. Contact Interaction of a Claw Washer with Wood at Limiting Shear. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 4, pp. 178–189. DOI: 10.37482/0536-1036- 2020-4-178-189
При проектировании, изготовлении и эксплуатации изделий из древесины и элементов деревянных конструкций необходимо решение проблемы обеспечения расчетной прочности, жесткости и их несущей способности, что актуально при реконструкции и в новом деревянном домостроении, так как от правильного выбора вида соединения зависит техническая возможность использования древесины в элементах конструкций. Для этого применяют различные типы специальных соединителей в виде когтевых шайб, кольцевых шпонок, нагельных групп и др. Существующий сортамент когтевых шайб подразумевает различные диаметры, толщины и конфигурацию когтей в зависимости от требуемой несущей способности и размеров сечений пиломатериалов. Принятая модель древесины − транстропное тело. Усилия, передающиеся в соединениях элементов деревянных конструкций, воспринимаются суммарной контактной поверхностью сопряженных элементов. Однако работа отдельных зубьев когтевых шайб изучена недостаточно: отсутствуют исследования влияния геометрических характеристик зуба на несущую способность коннектора, не оценивается изменение толщины соединителя и др. В качестве объекта исследования принят прототип − двухсторонняя когтевая шайба типа «Bulldog» диаметром 50 мм. Рассмотрены различные схемы раскроя шайбы, в которой предопределены размеры (ширина и высота) зуба треугольной формы. Оценивается влияние на несущую способность толщины шайбы (заготовки) в пределах 1,0…1,5 мм. Основным критерием выбранных схем раскроя является возможность изготовления шайб одноударной штамповкой без дополнительной подрезки. Исследовано 5 вариантов двухсторонних когтевых шайб с количеством зубьев 8–12 шт. с каждой стороны. В качестве математической модели работы зуба принято дифференциальное уравнение 4-го порядка, описывающее поведение нагеля на упругом основании с постоянным значением изгибной жесткости EI, переход к которому осуществлялся от переменного значения EI = f(x) путем поиска эквивалентной ширины сечения из условия изгиба элемента треугольного сечения при помощи переменной, направленной нормально к фронтальной поверхности, и постоянной, направленной нормально к боковой поверхности. Для цитирования: Popov E.V., Ruslanova A.V., Sopilov V.V., Zdralovic N., Mamedov S.M., Labudin B.V. Contact Interaction of a Claw Washer with Wood at Limiting Shear // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 4. С. 178–189. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-4-178-189

В учебном пособии изложены основные понятия механики, подробно рассмотрены правила и теоремы из разделов теоретической механики «Статика», «Кинематика», «Динамика», приведены примеры решения задач. Дан краткий обзор теории курса «Сопротивление материалов», определены подходы и методы расчета напряженно-деформированного состояния, рассмотрены примеры типовых расчетов на прочность и жесткость, устойчивость элементов конструкций при растяжении (сжатии) и плоском изгибе, внецентренное сжатие, устойчивость.

В диссертационной работе разработаны метод и компьютерная программа для расчета несущей способности стержневых конструкций, усиливаемых в напряженном состоянии, способом увеличения размеров поперечных сечений элементов.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений» для обучающихся очной и заочной форм направлению подготовки обучения по бакалавров 08.03.01 «Строительство», профиль подготовки «Промышленное и гражданское строительство».

Рассмотрено влияние геометрических параметров сварных соединений с фланговыми швами на их работу. Представленная инженерная методика расчета таких соединений узлов строительных металлических конструкций позволяет значительно расширить существующее ограничение предельной расчетной длины флангового шва, снизить объем наплавленного металла, что приводит к уменьшению выбросов при сварке и улучшению экологии производства.

Рассмотрены результаты экспериментального изучения системы перекрестных балок из деревянных элементов на квадратном плане при изменении жесткости узловых соединений. Определена фактическая податливость узловых соединений по результатам экспериментально-теоретических исследований. В ходе эксперимента проведены статистические и динамические испытания, в результате которых получены максимальный прогиб и частота собственных колебаний системы. Установлено, что при уменьшении жесткости узлового соединения максимальный прогиб увеличивается, частота собственных колебаний системы снижается. Сопоставлены теоретические и экспериментальные данные: экспериментальные прогибы и частоты больше полученных расчетным путем. Разница между экспериментальными и теоретическими прогибами достигает 7,54 %, по частотам собственных колебаний – 0,69 %. Основанием для подобных расхождений являлось то обстоятельство, что за счет высокой степени податливости узлов системы ее деформирование при высоких уровнях нагрузки происходит в нелинейной области. Разница между теоретическими и экспериментальными значениями коэффициента, связывающего частоту основного тона собственных попе-речных колебаний, распределенную по площади массу конструкции и максимальный прогиб при действии равномерно распределенной нагрузки, достигает 7,97 %. На основании исследования можно сделать вывод о достаточно хорошей сходимости значений численных и экспериментальных прогибов и частот собственных колебаний, а также о применимости этого экспериментального коэффициента для систем пере-крестных балок.

Изложены основные положения метода перемещений, подробно рассмотрено применение этого метода к расчету плоских рам, приведены примеры расчета рам. Для студентов машиностроительных специальностей, изучающих дисциплины «Сопротивление материалов», «Строительная механика машин».

Рассмотрено аналитическое решение задач оптимального проектирования элементов несущих конструкций в виде сжатых стержней. Для студентов 5-го и б-го курсов факультета «Специальное машиностроение».

Методические указания содержат оригинальные тексты, задания, направленные на закрепление лексико-грамматического материала, словарные блоки, включающие лексику, необходимую для понимания и перевода научно-технической литературы на английском языке.