Теоретико-инженерные основы строительного дела

В монографии рассмотрены описания и примеры природных катаклизмов (землетрясений, ураганов, торнадо и др.), а также антропогенных катастроф и аварий. Исследованы взаимоотношения «природа – человек» или «человек – природа». При природных катаклизмах человек в основном выступает лишь как пассивный регистратор негативных событий. При антропогенных катастрофах человек – главный фигурант события. Здесь он реализует одну из двух ипостасей: человек-созидатель и человек-разрушитель.

В учебнике рассмотрены основные тенденции современной архитектуры в соответствии с типологией зданий и сооружений на примере развития современной архитектуры жилых, общественных и промышленных зданий. Анализируется взаимозависимость тенденций развития архитектуры и определяющих эти направления развития конструктивных систем последних лет. Исследуются изменения в композиционных и объемно-планировочных решениях, характерных для новейших зданий и их комплексов.

Проанализированы научные основы важных аспектов расчета и проектирования конструкций зданий и сооружений в сейсмических районах. Рассматриваются укоренившиеся заблуждения в теории сейсмостойкости, препятствующие дальнейшему ее развитию. Излагаются некоторые аспекты проектирования конструкций зданий и сооружений в сейсмических районах.

Проанализированы научные основы важных аспектов расчета и проектирования конструкций зданий и сооружений в сейсмических районах. Рассматриваются укоренившиеся заблуждения в теории сейсмостойкости, препятствующие дальнейшему ее развитию. Излагаются некоторые аспекты проектирования конструкций зданий и сооружений в сейсмических районах.

В практикуме содержится учебный материал, способствующий формированию у студентов-иностранцев, владеющих русским языком в объёме не ниже первого сертификационного уровня (B1), умения работы с учебно-профессиональной литературой путём развития навыков просмотрового и изучающего чтения, поиска в текстах необходимой информации, выделения структурных частей текстов и последующей компрессии.

Рассматриваются краткая история развития профессии архитектора, основные представители профессии в ретроспективе ее исторического развития от зодчих Древнего Египта до наших дней; основы архитектурного и конструктивного проектирования на традиционных примерах и новейших достижениях современных архитекторов и строителей. Помимо функциональных и композиционных основ проектирования особое внимание уделяется формированию первичных базовых знаний о конструктивных системах и физико-технических основах проектирования; прослеживается тесная взаимосвязь конструкций с архитектурным образом зданий.

В учебном пособии даны общие положения по применению аддитивных технологий в строительстве, приведены требования к конструкции изделия аддитивного производства для его проектирования, описана технология 3D-печати строительных конструкций зданий и сооружений. Освещены особенности технологии 3D-печати зданий и сооружений на строительной площадке, а также монтажа элементов конструкций, изготовленных с использованием 3D-печати. Приведены требования к организационно-технологическому проектированию и контролю качества работ при применении аддитивных технологий.

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.

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.

Учебно-методическое пособие включает теоретический материал, помогающий осмыслить и повторить лекции, подготовиться к практическим занятиям, а также материалы по созданию конструктивных решений зданий общественного назначения с учетом современных требований и нормативных документов. Представлена методика разработки и возможных изменений во время реконструкции конструктивных решений общественных зданий. Для глубокого понимания приведены некоторые исторические данные. Пособие полезно для выполнения выпускной квалификационной работы и курсовых работ по соответствующим дисциплинам.

В учебном пособии рассмотрены причины землетрясений и их проявления на поверхности Земли, оценки силы землетрясений по шкалам балльности и магнитуд, назначение расчетной сейсмичности с учетом местных условий строительства. Приводятся сведения о существующих динамических и спектральных методах расчетов сооружений на сейсмические нагрузки. Даны справочные материалы по назначению и определению расчетных величин форм и частот собственных колебаний конструкций с учетом упругих свойств основания и гидродинамического давления воды в водохранилище.

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.

Особое внимание в книге уделено гибким конструкциям, чувствительным к воздействию ветра. Предложены алгоритмы критериев возникновения известных явлений аэроупругой неустойчивости — вихревого возбуждения, галопирования, срывного и изгибно-крутильного флаттера, дивергенции, параметрических резонансов. Наряду с этим в удобной для инженеров форме представлены условия обеспечения аэроупругой устойчивости гибких конструкций. Обсуждаются области рационального применения вычислительных (компьютерных) и физических методов аэродинамических экспериментальных исследований, в том числе натурных испытаний сооружений. Рассмотрены ожидаемые вызовы природы, которые недостаточно изучены и могут отразиться на надёжности зданий, сооружений и конструкций.

Особое внимание в книге уделено гибким конструкциям, чувствительным к воздействию ветра. Предложены алгоритмы критериев возникновения известных явлений аэроупругой неустойчивости — вихревого возбуждения, галопирования, срывного и изгибно-крутильного флаттера, дивергенции, параметрических резонансов. Наряду с этим в удобной для инженеров форме представлены условия обеспечения аэроупругой устойчивости гибких конструкций. Обсуждаются области рационального применения вычислительных (компьютерных) и физических методов аэродинамических экспериментальных исследований, в том числе натурных испытаний сооружений. Рассмотрены ожидаемые вызовы природы, которые недостаточно изучены и могут отразиться на надёжности зданий, сооружений и конструкций.

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.

Содержатся наиболее употребляемые специфические термины по инженерной геодезии, инженерной геологии, инженерной гидрометеорологии, экологии, инженерным изысканиям для строительства, охраны окружающей среды.

Рассмотрены этапы формообразования строительных конструкций как циклического процесса генерации конструктивных идей, проектирования, возведения, эксплуатации каждого возведенного сооружения и ее прекращения. Введена необходимая терминология и обоснована новая система из 12 принципов формообразования строительных конструкций — базовых критериев принятия технических решений при проектировании сооружений и по их оценке научно-технической экспертизой.

Содержатся наиболее употребляемые специфические термины по инженерной геодезии, инженерной геологии, инженерной гидрометеорологии, экологии, инженерным изысканиям для строительства, охраны окружающей среды.

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.

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.

Рассмотрены основные положения инженерной геологии, состав и свойства грунтов, их влияние на дорожно-строительные качества, а также методы и методики по их улучшению. Приведены справочные материалы для подготовки к написанию рефератов и к практическим занятиям по дисциплинам «Дорожно-строительные материалы и машины», «Инженерно-геологическое обеспечение дорожного строительства».

В учебно-методическом пособии изложены общие сведения о моделировании, основы теории подобия и анализа размерностей, включая примеры решения задач, сведения о численных и экспериментальных методах моделирования в строительной отрасли, рекомендации к выполнению курсовой работы.

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.

Рассмотрены основы проектирования различных элементов сварных конструкций с учетом условий прочности и устойчивости; материалы, применяемые в сварных конструкциях; напряжения, деформации и перемещения, возникающие при сварке; причины хрупкого разрушения; методы повышения несущей способности. Представлен расчет прочности сварных соединений при статических и циклических нагрузках. Приведены контрольные вопросы для самопроверки и примеры решения задач.

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 геодезические методы выполняемых периодически (или по мере необходимости) специальных работ по определению деформаций инженерных сооружений. Получаемые высокоточные геодезические измерения позволяют решать как научные задачи (обоснование теоретических расчетов устойчивости сооружений), так и производственно-технические, обеспечивающие нормальную эксплуатацию сооружений и оборудования и принятие профилактических мер при выявлении недопустимых величин деформаций. Приводится методика определения осадок фундаментов, скорости протекания осадки, крена, прогиба и прогнозирования времени стабилизации сооружений. Изложены способы определения крена высоких сооружений по разности высот осадочных марок; вертикальным проектированием; путем определения координат; измерением углов или направлений. Описаны способы наблюдения за трещинами несущих конструкций посредством простейших измерений, а также с применением щелемеров. Изложены методы определения планово-высотного положения рельсов при геодезической съемке крановых путей. Уделено внимание новым способам определения деформаций с использованием электронных тахеометров, лазерного сканирования и спутниковых приемников. Описаны методики создания опорных деформационных геодезических сетей в виде линейно-угловых сетей, полигонометрии и трилатерации.

Книга продолжает серию публикаций, посвящённых решению инженерных задач в среде SOLIDWORKS Simulation, включающей инструменты для анализа прочности — собственно Simulation; гидрогазодинамики и теплопередачи — Flow Simulation; кинематики и динамики механизмов — Motion. Материал основан на практическом опыте автора. Каждая глава посвящена отдельному объекту, представляющему определённый класс конструкций и обладающему методической ценностью. Изложение начинается с постановки задачи, затем следует анализ с точки зрения пригодности имеющихся инструментов. Подробно описаны построение расчётной модели в рамках реального технического задания, вычислительный процесс, получение результатов, их анализ и интерпретация.

Книга развивает тему практического использования инструментов инженерного анализа SolidWorks для решения задач прочности, устойчивости, динамики, механики композитов, гидродинамики и теплопередачи. Подобраны актуальные примеры, потребовавшие использования большей части функционала программ, а также разработки специфических приёмов. Изложение ведётся последовательно: постановка задачи, подготовка геометрической модели, её преобразование в расчётную, наложение граничных и контактных условий, получение рациональной сетки, настройка вычислительного процесса, анализ и интерпретация результатов, выводы и рекомендации. Все этапы сопровождаются комментариями, описывающими мотивацию действий автора, анализируются разнообразные подходы к решению, как методические, так и технические. Некоторые задачи решаются с использованием нормативной базы, регламентирующей соответствующие эксперименты. Результатом являются расчётные модели и методы их использования, воспроизводящие эти эксперименты. На сайте издательства dmkpress.com содержатся цветные иллюстрации, которые будут полезны для анализа результатов расчётов, а также изрядная часть моделей, как в формате SolidWorks, так и eDrawings.

Книга развивает тему практического использования инструментов инженерного анализа SolidWorks для решения задач прочности, устойчивости, динамики, механики композитов, гидродинамики и теплопередачи. Подобраны актуальные примеры, потребовавшие использования большей части функционала программ, а также разработки специфических приёмов. Изложение ведётся последовательно: постановка задачи, подготовка геометрической модели, её преобразование в расчётную, наложение граничных и контактных условий, получение рациональной сетки, настройка вычислительного процесса, анализ и интерпретация результатов, выводы и рекомендации. Все этапы сопровождаются комментариями, описывающими мотивацию действий автора, анализируются разнообразные подходы к решению, как методические, так и технические. Некоторые задачи решаются с использованием нормативной базы, регламентирующей соответствующие эксперименты. Результатом являются расчётные модели и методы их использования, воспроизводящие эти эксперименты. На сайте издательства dmkpress.com содержатся цветные иллюстрации, которые будут полезны для анализа результатов расчётов, а также изрядная часть моделей, как в формате SolidWorks, так и eDrawings.

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.

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.

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.

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.

Рассмотрены малоизученные и неизвестные ранее глобальные закономерности эволюции климатических нагрузок на строительные объекты и экосистемы урбанизированных территорий за последние 40 лет. Представлены основные спектральные и статистические проявления глобального изменения климата эндогенного и космогенного гравидинамического происхождения, включая эволюцию минимальных, среднесуточных и максимальных температур, среднесуточной влажности, прозрачности и давления атмосферы, уровня осадков, среднесуточной скорости ветра и порывов ветра. Представлены теоретические основы вариометрического анализа и моделирования метеорологических проявлений доминирующих механизмов и причинно-следственных связей резонансного характера.

В учебно-методическом пособии приведены тезисные теоретические основы и методики определения показателей климата местности, используемых при планировке и застройке населенных пунктов, конструировании и проектировании инженерных систем зданий. Учебно-методическое пособие построено в форме примера пояснительной записки к курсовой работе (курсовому проекту) с указаниями для выполнения расчетов ветровых, температурных и актинометрических показателей рассматриваемой местности.

В книге детально рассмотрен интерфейс программы Femap, в том числе средства построения геометрической модели и автоматизированного создания конечно-элементных сеток. Большое внимание уделено описанию библиотеки конечных элементов, способам задания внешних воздействий и граничных условий. Эффективная работа с подобной программой требует, кроме знания интерфейса, также обширных знаний в предметной области, поэтому книга в той или иной мере затрагивает большое количество дисциплин, таких как теория метода конечных элементов; статика и динамика конструкций; теория упругости, сопротивление материалов; строительная механика; устойчивость упругих систем; оптимизация конструкций.

В книге детально рассмотрен интерфейс программы Femap, в том числе средства построения геометрической модели и автоматизированного создания конечно-элементных сеток. Большое внимание уделено описанию библиотеки конечных элементов, способам задания внешних воздействий и граничных условий. Эффективная работа с подобной программой требует, кроме знания интерфейса, также обширных знаний в предметной области, поэтому книга в той или иной мере затрагивает большое количество дисциплин, таких как теория метода конечных элементов, статика и динамика конструкций, теория упругости, сопротивление материалов, строительная механика, устойчивость упругих систем, оптимизация конструкций. Издание предназначено для специалистов в области проектирования конструкций, которые хотели бы самостоятельно изучить пакет программ Femap with NX Nastran и применять его в своей профессиональной деятельности.

В учебно-методическом пособии приводится алгоритм расчёта пространственной металлической стержневой конструкции на нагрузки и воздействия в программном комплексе согласно действующим нормативным документам.

В учебном пособии приведены основные группы методов технической мелиорации грунтов и массивов, изложены методы инженерно-геологических изысканий в области строительства, необходимые для составления проекта по улучшению свойств грунтов методами технической мелиорации для минимизации природно-техногенных опасностей.

Отражены основные положения анализа материалов инженерно-геологических изысканий для строительства, приведена методика построения геолого-литологических и инженерно-геологических разрезов, а также геологических карт. Изложены требования к содержанию пояснительной записки по инженерно-геологическим изысканиям, составлению технического задания и программы на изыскания. Все основные разделы, касающиеся оценки оснований для последующего проектирования фундаментов, сопровождаются справочным материалом из действующих нормативных документов.

В учебном пособии изложены общие сведения о геологии, приведены данные по минералам и горным породам, тектоническим явлениям, гидрогеологии. Особое место занимают вопросы изучения геологических и инженерно-геологических процессов и явлений.

Рассмотрены основные аспекты строительных предпроектных работ с последующим более подробным освещением инженерно-экологических изысканий, являющихся одним из основных природоохранных мероприятий. Даны примеры протоколов, составляемых по результатам измерений. Показана последовательность и логика изложения материала. Обозначена нормативная база. Приведены методические задания для более эффективного усвоения материала, представлены вопросы итогового тестирования.

Изложены нелинейные методы расчета на длительные нагрузки сложных большепролетных многократно статически неопределимых деревянных конструкций на основе теории интегрального модуля деформаций и критериев прочности древесины при сложном напряженном состоянии. Расчеты ориентированы на использование ЭВМ. Приведены характерные примеры проектирования пространственных конструкций покрытий и сооружений, состоящих из каркаса и обшивок. При этом показаны ярко выраженные эффекты перераспределения внутренних усилий и совместной работы обшивок с каркасом при несимметричных нагрузках. Дан приближенный расчет обшивок, который распространяется на плоскостные конструкции с учетом специального проектирования соединений.

Изложены нелинейные методы расчета на длительные нагрузки сложных большепролетных многократно статически неопределимых деревянных конструкций на основе теории интегрального модуля деформаций и критериев прочности древесины при сложном напряженном состоянии. Расчеты ориентированы на использование ЭВМ. Приведены характерные примеры проектирования пространственных конструкций покрытий и сооружений, состоящих из каркаса и обшивок. При этом показаны ярко выраженные эффекты перераспределения внутренних усилий и совместной работы обшивок с каркасом при несимметричных нагрузках. Дан приближенный расчет обшивок, который распространяется на плоскостные конструкции с учетом специального проектирования соединений.

В учебном пособии приведены общие сведения о работе с конечно-элементными моделями на примере возможностей программного комплекса STARK ES, особенностях работы с частичными проектами, порядке создания расчетных схем и расчета железобетонных конструкций.

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

Изложены основные положения геодезии, общие принципы организации геодезических работ, развития государственных геодезических опорных сетей и способы определения дополнительных опорных пунктов. Дано подробное описание основных геодезических приборов, их поверок и юстировок, изложены теория и методика выполнения геодезических измерений и обработка их результатов, вопросы создания съемочного обоснования и производство топографических съемок традиционными и автоматизированными методами. Подробно рассмотрены вопросы геодезического обеспечения строительства гражданских и промышленных зданий, автомобильных дорог, мостов, подземных коммуникаций и проведения наблюдений за деформациями сооружений. Приведены сведения о геодезических работах по обеспечению земельного кадастра, вычислении площадей земельных участков и определении границ землепользования. Изложены основные требования правил техники безопасности и охраны труда при ведении геодезических работ на строительных объектах.

Пособие представляет собой лабораторным практикум, в нем рассмотрены вопросы комплексного применения геофизических методов на стадиях проектирования, строительства, эксплуатации жилых, промышленных, гидротехнических и различных других инженерных зданий, сооружений и коммуникаций в практике инженерно-геологических и гидрогеологических исследований.

Приведены основные положения метода конечных элементов применительно к расчету стержневых несущих конструкций. Изложены процедуры статического анализа напряженно-деформированного состояния, определения собственных частот и форм колебаний и исследования переходных динамических процессов для объектов такого типа. Рассматриваемые теоретические положения иллюстрируются на примере решения конкретных задач. Отражены вопросы расчета стержневых систем с использованием свободно распространяемой версии программного комплекса MSC/NASTRAN for Windows.

Содержатся теоретические сведения об основных понятиях механики деформируемого твердого тела: перемещениях, деформациях, внутренних силах, напряжениях, прочности, жесткости и др., которые положены в основу расчетов строительных конструкций по методу предельных состояний. Для лучшего освоения теоретического материала приводятся примеры простейших расчетов.