Будівельна механіка

Приклад просторової фермової конструкції

Приклад рамної конструкції корпусу гоночного автомобіля

Будівельна механіка — це наука про методи розрахунку споруд на міцність, жорсткість, стійкість та коливання .

Як самостійна наука будівельна механіка почала розвиватися у першій половині XIX століття у зв'язку з активним будівництвом мостів, залізниць, гребель, суден і великих промислових споруд. Відсутність методів розрахунку таких споруд, що не дозволяла створювати легкі, економічні й одночасно надійні конструкції спричинила інтенсивний розвиток окремих розділів теоретичної механіки, опору матеріалів, теорії пружності і теорії пластичності у напрямку прикладного їх використання для розрахунку будівельних конструкцій.

Саме розділи цих дисциплін стали базою для розвитку сучасної будівельної механіки як науки та її складовими частинами.

Предмет будівельної механіки

Будівельна механіка вивчає складні механічні системи (споруди), до яких входять елементи різних типів: масивні тіла, пластини, оболонки, стрижні. Вона розглядає статику, динаміку і стійкість споруд). У класичній будівельній механіці розглядаються лише стрижневі системи. Однак практичні потреби обумовили появу нових, спеціальних курсів будівельної механіки, де розглядаються нестрижневі системи.

У результаті з'явилися такі спеціалізовані курси, як «Будівельна механіка корабля» (розглядається розрахунок пластин і оболонок), «Будівельна механіка авіаційних конструкцій» (розглядається розрахунок пластинок і оболонок стосовно конструкцій літака). У цих курсах у більшій мірі використовуються методи теорії пружності, які є значно складнішими, ніж методи класичної будівельної механіки.

Граничні стани, що розглядаються будівельною механікою

Усі інженерні (будівельні) конструкції і споруди — будівлі, мости, резервуари, корпуси автомобілів, літаків, суден та інших конструкцій — повинні задовольняти умовам міцності, жорсткості та стійкості.

Умови міцності полягають у тому, що зусилля і напруження в елементах конструкцій не повинні перевищувати величин, за яких ці елементи можуть зруйнуватися.

Умови механічної жорсткості полягають у тому, що деформації в елементах конструкцій не повинні перевищувати величин, за яких ці елементи чи вся конструкція в цілому стане не придатною до експлуатації.

Умови стійкості полягають у тому, що при знятті навантажень споруда повинна відновлювати свій попередній стан.

У найбільшій мірі вивчений і висвітлений в літературі розділ будівельної механіки — будівельна механіка стрижневих систем, до яких відносяться ферми, балки, рами, арки та комбіновані системи, що утворюються поєднанням балок, рам, ферм.

Основні задачі

Будівельна механіка обмежується визначенням напружень, деформацій і переміщень під дією зовнішніх навантажень і не розглядає критеріїв міцності, як це робиться в опорі матеріалів.

Сучасна будівельна механіка має цілу низку класифікацій задач, що розглядаються.

Розрізняють плоскі задачі, що розв'язуються у двовимірній системі координат і просторові задачі, що розглядаються у тривимірному просторі. Зазвичай просторові конструкції намагаються розчленувати на плоскі елементи, розрахунок яких простіший, хоча це не у всіх випадках вдається. Більшість основних методів розрахунку й теорем викладається щодо плоских систем. Подальші узагальнення на просторові системи, як правило, вимагають лише написання громіздкіших рівнянь.

Розрізняють також, статичні задачі будівельної механіки і динамічні. Останні повинні враховувати інерційні властивості конструкції, що виражаються через похідні по часу. Сюди ж відносяться задачі, пов'язані з врахуванням в'язких властивостей матеріалів, повзучості й тривалої міцності. Таким чином, існує будівельна механіка статичних систем і будівельна механіка динамічних систем.

Будівельна механіка поділяється також на лінійну й нелінійну. Розрізняють геометричну й фізичну нелінійності. Геометрична нелінійність рівнянь будівельної механіки звичайно виникає при великих переміщеннях і деформаціях елементів, котрі в будівельних конструкціях зустрічається порівняно рідко. Фізична нелінійність з'являється при відсутності пропорційності між зусиллями й деформаціями, тобто при використанні неідеально пружних матеріалів. Фізичною нелінійністю в тому або іншому ступені володіють всі конструкції, однак при малих напруженнях нелінійні залежності можна замінити лінійними.

Основні допущення

Розрахунки в будівельній механіці базуються на певних припущеннях і гіпотезах. Вони збігаються з допущеннями і гіпотезами опору матеріалу, але повинні бути віднесені до всієї споруди в цілому.

Напрямки розвитку

Будівельна механіка поділяється на напрямки, що відносяться до розрахунку конструкцій певного виду: стержневих конструкцій (ферм, рам, балкових систем і арок), пластин і пластинчастих систем, оболонок, гнучких ниток і вантових систем, пружних і непружних основ, мембран і т. д.

Порівняно новим напрямком у будівельній механіці є вивчення систем з випадковими параметрами, тобто такими, величина яких може бути передбачена лише ймовірнісними методами. Наприклад, величина максимального снігового навантаження за заданий період часу є імовірнісною величиною. Розрахунок споруд із урахуванням імовірності появи тих чи інших станів складає предмет теорії надійності й імовірнісних методів розрахунку, що стали невід'ємною частиною сучасної будівельної механіки.

Будівельна механіка в Україні

При Академії будівництва України існує відділення «Будівельна механіка і будівельна фізика» (керівник відділення Баженов В. А., вчений-секретар Лізунов П. П.).

У Відділенні працюють двадцять два дійсні члени Академії будівництва України, які виконують дослідження в галузі будівельної механіки і будівельної фізики в наступних закладах:

• Науково-дослідному інституті будівельної механіки КНУБА (академіки Баженов В. А., Гоцуляк Є. 0., Гуляр 0. І., Дехтярюк Є. С., Лізунов П. П.),
• Київському національному університеті будівництва і архітектури (академіки Корбут В. П., Лисицький М. Ф., Малкін Е. С., Підгорний О. Л., Худенко А. А., Шкельов Л. Т.),
• Науково-дослідному інституті механіки швидкоплинних процесів Міносвіти і науки України (академік Верюжський Ю. В.),
• Національному транспортному університеті (академіки Піскунов В. Г., Рассказов 0. 0.),
• Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» (академік Сахаров О. С.),
• Полтавському технічному університеті (академік Строй А. Ф.),
• Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (академік Прусаков О. П.),
• Одеській державній академії будівництва і архітектури (академік Темнов І. І.),
• Харківській державній академії міського господарства (академік Намітоков К. К.),
• Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури (академіки Редько О. Ф., Шеренков І. А.).

Джерела

• Баженов В. А., Перельмутер А. В., Шишов О. В. Будівельна механіка. Комп'ютерні технології. Підручник. — К. : Каравела, 2009. — 696 с. — ISBN 966-8019-86-5.
• Будівельна механіка : навч. посіб. для студ. спец. "Пром. та цивільне буд-во" і "Гідротехн. буд-во" / Г. П. Дорошук, В. М. Трач ; Ін-т змісту і методів навчання, Укр. держ. акад. вод. госп-ва. - К. : [б.в.], 1996. - 520 с.
• Будівельна механіка : підруч. для студ. вищ. навч. закл., які навчаються за напрямом підготов. "Будівництво" / Е. Д. Чихладзе ; Укр. держ. акад. залізн. трансп. - Х. : УкрДАЗТ, 2011. - 320 с. : рис., табл.
• Будівельна механіка статично невизначених стержневих систем: навч. посіб. [для студентів буд. спец. ВНЗ] / Б. С. Попович, О. Р. Давидчак ; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т «Львів. політехніка». — Львів: Вид-во Львів. політехніки, 2014. — 216 с. : іл. — Бібліогр.: с. 212 (13 назв). — ISBN 978-617-607-555-4
• Будівельна механіка та металеві конструкції  : підручник / В. А. Баженов, О. Ф. Дащенко, Л. В. Коломієць, О. В. Ухов. – Одеса  : Астропринт, 2001. - 432 с.

Посилання

• Будівельна механіка // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 39. — ISBN 978-966-7407-83-4.
• http://budmex.com.ua/lib/structural-mechanics-preamble [Архівовано 1 січня 2011 у Wayback Machine.]
• Дистанційне навчання за фахом «Інженерна механіка». Будівельна механіка (матеріал для вивчення)(укр.)^{[недоступне посилання з травня 2019]}
• Сайт Академії будівництва України(укр.)