Структурная инженерия
Структу́рная инжене́рия (англ. structural engineering) — научная (инженерная) дисциплина, занимающаяся анализом и предсказанием свойств конструкции на основании известных свойств её компонентов (структурных элементов).
Как раздел строительного дела структурная инженерия связана с проектированием и возведением больших зданий и сооружений (например, мостов, заводов, башен, стадионов). В задачи структурной инженерии входят в том числе изучение свойств материалов, оценка будущих нагрузок на конструкцию и нахождение наиболее оптимального баланса между архитектурными и функциональными достоинствами сооружения, а также будущими ремонтно-эксплуатационными затратами.
Структурная инженерия может использоваться в проектировании механических, аэрокосмических и наноразмерных конструкций, а также может применяться в медицине (для изготовления медицинского оборудования, его проектирование требует глубокого понимания структурной инженерии).
Теория структурной инженерии основана на прикладных физических законах и эмпирических знаниях о структурных характеристиках различных материалов и геометрии. Проектирование конструкций использует ряд относительно простых конструктивных элементов для построения сложных структурных систем. Инженеры-конструкторы несут ответственность за творческое и эффективное использование средств, структурных элементов и материалов для достижения этих целей.
Эволюция
Структурное проектирование восходит к 2700 г. до н.э., когда Имхотеп, первый в истории известный по имени инженер, построил ступенчатую пирамиду фараона Джосера. Пирамиды были наиболее распространенными крупными структурами, построенными древними цивилизациями, потому что структурная форма пирамиды по своей природе стабильна и может быть почти бесконечно масштабирована (в отличие от большинства других структурных форм, которые не могут быть линейно увеличены в размерах пропорционально увеличению нагрузки).
Обелиски в Египте тоже имели структуру и ставились в специальные ямки.
Структурная стабильность пирамиды, хотя и достигается главным образом благодаря её форме, зависит также от прочности камня, из которого она построена, и её способности выдерживать вес камня над ней. Известняковые блоки часто отбирались из карьера вблизи места строительства и имеют прочность на сжатие от 30 до 250 МПа (МПа=Па*10^6). Следовательно, структурная (конструкционная) прочность пирамиды проистекает из материальных свойств камней, из которых она была построена, а не из геометрии пирамиды.
На протяжении всей древней и средневековой истории большая часть архитектурного проектирования и строительства выполнялась ремесленниками, такими как каменщики и плотники, которые стали мастерами-строителями. Теории структурной инженерии пока не существовало, и понимание того, как эти структуры создавались, было чрезвычайно ограниченным и основывалось почти полностью на эмпирических данных о «том, что работало раньше». Знания удерживались гильдиями и редко вытеснялись достижениями. Структуры были повторяющимися, и увеличение масштаба было постепенным.
Не существует записей о первых расчётах прочности элементов конструкции или поведения конструкционных материалов, но профессия инженера-строителя действительно сформировалась только после промышленной революции и переосмысления бетона. Физические науки, лежащие в основе структурных разработок начали развиваться в эпоху Возрождения и с тех пор превратились в компьютерные науки, впервые появившиеся в 1970-х годах.
Структурное строительное проектирование
Структурное строительное проектирование (структурная строительная инженерия, проектирование зданий и сооружений) включает в себя всё структурное проектирование, связанное с проектированием зданий и сооружений. Это отрасль структурного проектирования, тесно связанная с архитектурой.
Сегодня структурное строительное проектирование (структурная строительная инженерия), наряду с архитектурной инженерией, является одним из самых распространённых направлений в строительстве и архитектуре.
Конструкционная прочность
Конструкционная прочность (англ. structural strength) — понятие в структурной инженерии и механике, одна из характеристик зданий и сооружений. Обозначает прочность материала конструкции с учётом конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов. Конструкционная прочность может определяется четырьмя основными критериями: механической жёсткостью конструкции, прочности материала, надёжностью и долговечностью конструкции.
Высокая прочность сама по себе ещё не является достаточным показателем качества материала и его пригодности для изготовления той или иной конструкции. Для обеспечения работоспособности материала необходимо сочетание достаточно высоких показателей прочности, пластичности, низкого значения температурного порога хрупкости и тому подобное. В связи с этим, в современной технике вместе с показателями прочности, полученными при стандартных испытаниях образцов, которые являются характеристикой так называемой общей прочности материала, используют такое понятие, как конструкционная прочность, под которым понимают комплекс показателей, определяющих работоспособность материала в конкретной конструкции при данных условиях эксплуатации.
Общими принципами выбора критериев для оценки конструкционной прочности является аналогия вида напряжённого состояния в испытательных образцах и изделиях; условий испытания образцов и условий эксплуатации (температура, среда, порядок погрузки и т.д.), а также характера разрушения и вида разрушения в образце и изделии.
В результате механических испытаний стандартизированных образцов материалов с использованием испытательных машин получают следующие характеристики:
- силовые (граница пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности, предел длительной прочности, предел выносливости)
- деформационные (относительное удлинение, относительное сужение)
- энергетические.
Все они характеризуют общую прочность материала независимо от назначения конструкции и условий эксплуатации. Высокие эксплуатационные характеристики детали могут быть обеспечены при условии учёта всех особенностей, имеющих место в процессе работы детали, и определяют её конструкционную прочность.
Конструкционная прочность — это сложное понятие, содержит как характеристики самого материала, так и надёжность и долговечность его работы в реальной конструкции. Несоответствие между конструкционной прочностью и прочностью материала, определённая на образце с использованием испытательных машин, зависит от:
- формы и размеров детали;
- различных механизмов разрушения материала детали;
- состояния материала в поверхностных слоях детали;
- анизотропии свойств материала;
- характеристик среды, контактирующей с поверхностями детали и тому подобное.
Конструкционную прочность оценивают на основе расчётов, используя методы теории упругости, пластичности, ползучести и выносливости материалов, методы механики разрушения. Прибегают и к экспериментальным исследованиям. Конструкционная прочность — одна из основных характеристик конструкционных материалов в структурной инженерии.
Конструкция здания строится главным образом за счёт творческого манипулирования материалами и формами, а также основополагающими математическими и научными идеями для достижения цели, которая отвечает ее функциональным требованиям и является структурно безопасной, когда она подвергается всем нагрузкам, которые она может ожидать. Это немного отличается от архитектурного дизайна, который обусловлен творческим манипулированием материалами и формами, массой, пространством, объёмом, текстурой и светом для достижения эстетического, функционального и часто художественного результата.
Архитектор, как правило, является ведущим проектировщиком зданий, а структурный инженер работает в качестве субконсультанта. Степень, в которой каждая дисциплина фактически ведёт проект, сильно зависит от типа структуры. Многие конструкции структурно просты и управляются архитектурой, такие как многоэтажные офисные здания и жилые помещения, в то время как другие конструкции, такие как растяжимые конструкции, сильно зависят от их формы в отношении их прочности, и инженер может иметь более существенное значение во влиянии на форму.
Конструкция здания должна обеспечивать, чтобы оно могло безопасно стоять, функционировать без чрезмерных прогибов или движений, которые могут вызвать усталость элементов конструкции, растрескивание и поломку арматуры или перегородок, дискомфорт для поселившихся. Структурный инженер должен учитывать движения и силы, вызванные температурой, растрескиванием и нагрузками. Он также должен гарантировать, что конструкция может быть построена практически в пределах допустимых производственных допусков материалов. Структурный дизайн современного здания может быть чрезвычайно сложным, и для его завершения часто требуется большая команда.
Структурно-инженерные специальности для зданий включают в себя:
- Фасадное проектирование
- Кровельные работы
- Инженера по башенной технике
- Инженера по ветровой технике
См. также
- Архитектурная инженерия
- Строительная инженерия
Примечания
- 7 самых востребованных профессий в мире. Бюро "Прямой разговор". Дата обращения: 18 марта 2019. Архивировано 9 марта 2019 года.
- Александр Загоскин. Квантовые компьютеры, квантовая инженерия и квантовость. Дискуссионный Научный Клуб Наука НИТУ «МИСиС» (12 сентября 2017). Дата обращения: 18 марта 2019. Архивировано 14 марта 2019 года.
- Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften. Lehre und Forschung an der ETH Zürich: Eine Festschrift zum 150-Jahr-Jubiläum (нем.). — Springer Science & Business Media, 2005. — S. 35—. — ISBN 978-3-7643-7533-1.
- David Blockley. Structural Engineering: A Very Short Introduction (англ.). — Oxford University Press, 2014. — P. 18—. — ISBN 978-0-19-165209-7.
- S. A. J. Parsons. How to Find Out About Engineering: The Commonwealth and International Library: Libraries and Technical Information Division (англ.). — Elsevier Science, 2013. — P. 12—. — ISBN 978-1-4831-5968-3.
Эту статью необходимо исправить в соответствии с правилами Википедии об оформлении статей. |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Структурная инженерия, Что такое Структурная инженерия? Что означает Структурная инженерия?
Struktu rnaya inzhene riya angl structural engineering nauchnaya inzhenernaya disciplina zanimayushayasya analizom i predskazaniem svojstv konstrukcii na osnovanii izvestnyh svojstv eyo komponentov strukturnyh elementov Ejfeleva bashnya odin iz samyh izvestnyh primerov strukturnoj inzhenerii Sidnejskij opernyj teatrNeboskryob Burdzh Halifa stroitsya v DubaeStaryj most cherez proliv Malyj Belt v DaniiPlanetarij Mak Donnell v Sent LuiseVorota Zapada v Sent Luise Kak razdel stroitelnogo dela strukturnaya inzheneriya svyazana s proektirovaniem i vozvedeniem bolshih zdanij i sooruzhenij naprimer mostov zavodov bashen stadionov V zadachi strukturnoj inzhenerii vhodyat v tom chisle izuchenie svojstv materialov ocenka budushih nagruzok na konstrukciyu i nahozhdenie naibolee optimalnogo balansa mezhdu arhitekturnymi i funkcionalnymi dostoinstvami sooruzheniya a takzhe budushimi remontno ekspluatacionnymi zatratami Strukturnoe proektirovanie ochen nuzhno dlya stroitelstva raket Strukturnaya inzheneriya mozhet ispolzovatsya v proektirovanii mehanicheskih aerokosmicheskih i nanorazmernyh konstrukcij a takzhe mozhet primenyatsya v medicine dlya izgotovleniya medicinskogo oborudovaniya ego proektirovanie trebuet glubokogo ponimaniya strukturnoj inzhenerii Teoriya strukturnoj inzhenerii osnovana na prikladnyh fizicheskih zakonah i empiricheskih znaniyah o strukturnyh harakteristikah razlichnyh materialov i geometrii Proektirovanie konstrukcij ispolzuet ryad otnositelno prostyh konstruktivnyh elementov dlya postroeniya slozhnyh strukturnyh sistem Inzhenery konstruktory nesut otvetstvennost za tvorcheskoe i effektivnoe ispolzovanie sredstv strukturnyh elementov i materialov dlya dostizheniya etih celej EvolyuciyaStrukturnoe proektirovanie voshodit k 2700 g do n e kogda Imhotep pervyj v istorii izvestnyj po imeni inzhener postroil stupenchatuyu piramidu faraona Dzhosera Piramidy byli naibolee rasprostranennymi krupnymi strukturami postroennymi drevnimi civilizaciyami potomu chto strukturnaya forma piramidy po svoej prirode stabilna i mozhet byt pochti beskonechno masshtabirovana v otlichie ot bolshinstva drugih strukturnyh form kotorye ne mogut byt linejno uvelicheny v razmerah proporcionalno uvelicheniyu nagruzki Obeliski v Egipte tozhe imeli strukturu i stavilis v specialnye yamki Strukturnaya stabilnost piramidy hotya i dostigaetsya glavnym obrazom blagodarya eyo forme zavisit takzhe ot prochnosti kamnya iz kotorogo ona postroena i eyo sposobnosti vyderzhivat ves kamnya nad nej Izvestnyakovye bloki chasto otbiralis iz karera vblizi mesta stroitelstva i imeyut prochnost na szhatie ot 30 do 250 MPa MPa Pa 10 6 Sledovatelno strukturnaya konstrukcionnaya prochnost piramidy proistekaet iz materialnyh svojstv kamnej iz kotoryh ona byla postroena a ne iz geometrii piramidy Na protyazhenii vsej drevnej i srednevekovoj istorii bolshaya chast arhitekturnogo proektirovaniya i stroitelstva vypolnyalas remeslennikami takimi kak kamenshiki i plotniki kotorye stali masterami stroitelyami Teorii strukturnoj inzhenerii poka ne sushestvovalo i ponimanie togo kak eti struktury sozdavalis bylo chrezvychajno ogranichennym i osnovyvalos pochti polnostyu na empiricheskih dannyh o tom chto rabotalo ranshe Znaniya uderzhivalis gildiyami i redko vytesnyalis dostizheniyami Struktury byli povtoryayushimisya i uvelichenie masshtaba bylo postepennym Ne sushestvuet zapisej o pervyh raschyotah prochnosti elementov konstrukcii ili povedeniya konstrukcionnyh materialov no professiya inzhenera stroitelya dejstvitelno sformirovalas tolko posle promyshlennoj revolyucii i pereosmysleniya betona Fizicheskie nauki lezhashie v osnove strukturnyh razrabotok nachali razvivatsya v epohu Vozrozhdeniya i s teh por prevratilis v kompyuternye nauki vpervye poyavivshiesya v 1970 h godah Strukturnoe stroitelnoe proektirovanieStrukturnoe stroitelnoe proektirovanie strukturnaya stroitelnaya inzheneriya proektirovanie zdanij i sooruzhenij vklyuchaet v sebya vsyo strukturnoe proektirovanie svyazannoe s proektirovaniem zdanij i sooruzhenij Eto otrasl strukturnogo proektirovaniya tesno svyazannaya s arhitekturoj Segodnya strukturnoe stroitelnoe proektirovanie strukturnaya stroitelnaya inzheneriya naryadu s arhitekturnoj inzheneriej yavlyaetsya odnim iz samyh rasprostranyonnyh napravlenij v stroitelstve i arhitekture Konstrukcionnaya prochnostKonstrukcionnaya prochnost angl structural strength ponyatie v strukturnoj inzhenerii i mehanike odna iz harakteristik zdanij i sooruzhenij Oboznachaet prochnost materiala konstrukcii s uchyotom konstrukcionnyh tehnologicheskih i ekspluatacionnyh faktorov Konstrukcionnaya prochnost mozhet opredelyaetsya chetyrmya osnovnymi kriteriyami mehanicheskoj zhyostkostyu konstrukcii prochnosti materiala nadyozhnostyu i dolgovechnostyu konstrukcii Vysokaya prochnost sama po sebe eshyo ne yavlyaetsya dostatochnym pokazatelem kachestva materiala i ego prigodnosti dlya izgotovleniya toj ili inoj konstrukcii Dlya obespecheniya rabotosposobnosti materiala neobhodimo sochetanie dostatochno vysokih pokazatelej prochnosti plastichnosti nizkogo znacheniya temperaturnogo poroga hrupkosti i tomu podobnoe V svyazi s etim v sovremennoj tehnike vmeste s pokazatelyami prochnosti poluchennymi pri standartnyh ispytaniyah obrazcov kotorye yavlyayutsya harakteristikoj tak nazyvaemoj obshej prochnosti materiala ispolzuyut takoe ponyatie kak konstrukcionnaya prochnost pod kotorym ponimayut kompleks pokazatelej opredelyayushih rabotosposobnost materiala v konkretnoj konstrukcii pri dannyh usloviyah ekspluatacii Obshimi principami vybora kriteriev dlya ocenki konstrukcionnoj prochnosti yavlyaetsya analogiya vida napryazhyonnogo sostoyaniya v ispytatelnyh obrazcah i izdeliyah uslovij ispytaniya obrazcov i uslovij ekspluatacii temperatura sreda poryadok pogruzki i t d a takzhe haraktera razrusheniya i vida razrusheniya v obrazce i izdelii V rezultate mehanicheskih ispytanij standartizirovannyh obrazcov materialov s ispolzovaniem ispytatelnyh mashin poluchayut sleduyushie harakteristiki silovye granica proporcionalnosti predel uprugosti predel tekuchesti predel prochnosti predel dlitelnoj prochnosti predel vynoslivosti deformacionnye otnositelnoe udlinenie otnositelnoe suzhenie energeticheskie Vse oni harakterizuyut obshuyu prochnost materiala nezavisimo ot naznacheniya konstrukcii i uslovij ekspluatacii Vysokie ekspluatacionnye harakteristiki detali mogut byt obespecheny pri uslovii uchyota vseh osobennostej imeyushih mesto v processe raboty detali i opredelyayut eyo konstrukcionnuyu prochnost Konstrukcionnaya prochnost eto slozhnoe ponyatie soderzhit kak harakteristiki samogo materiala tak i nadyozhnost i dolgovechnost ego raboty v realnoj konstrukcii Nesootvetstvie mezhdu konstrukcionnoj prochnostyu i prochnostyu materiala opredelyonnaya na obrazce s ispolzovaniem ispytatelnyh mashin zavisit ot formy i razmerov detali razlichnyh mehanizmov razrusheniya materiala detali sostoyaniya materiala v poverhnostnyh sloyah detali anizotropii svojstv materiala harakteristik sredy kontaktiruyushej s poverhnostyami detali i tomu podobnoe Konstrukcionnuyu prochnost ocenivayut na osnove raschyotov ispolzuya metody teorii uprugosti plastichnosti polzuchesti i vynoslivosti materialov metody mehaniki razrusheniya Pribegayut i k eksperimentalnym issledovaniyam Konstrukcionnaya prochnost odna iz osnovnyh harakteristik konstrukcionnyh materialov v strukturnoj inzhenerii Konstrukciya zdaniya stroitsya glavnym obrazom za schyot tvorcheskogo manipulirovaniya materialami i formami a takzhe osnovopolagayushimi matematicheskimi i nauchnymi ideyami dlya dostizheniya celi kotoraya otvechaet ee funkcionalnym trebovaniyam i yavlyaetsya strukturno bezopasnoj kogda ona podvergaetsya vsem nagruzkam kotorye ona mozhet ozhidat Eto nemnogo otlichaetsya ot arhitekturnogo dizajna kotoryj obuslovlen tvorcheskim manipulirovaniem materialami i formami massoj prostranstvom obyomom teksturoj i svetom dlya dostizheniya esteticheskogo funkcionalnogo i chasto hudozhestvennogo rezultata Arhitektor kak pravilo yavlyaetsya vedushim proektirovshikom zdanij a strukturnyj inzhener rabotaet v kachestve subkonsultanta Stepen v kotoroj kazhdaya disciplina fakticheski vedyot proekt silno zavisit ot tipa struktury Mnogie konstrukcii strukturno prosty i upravlyayutsya arhitekturoj takie kak mnogoetazhnye ofisnye zdaniya i zhilye pomesheniya v to vremya kak drugie konstrukcii takie kak rastyazhimye konstrukcii silno zavisyat ot ih formy v otnoshenii ih prochnosti i inzhener mozhet imet bolee sushestvennoe znachenie vo vliyanii na formu Konstrukciya zdaniya dolzhna obespechivat chtoby ono moglo bezopasno stoyat funkcionirovat bez chrezmernyh progibov ili dvizhenij kotorye mogut vyzvat ustalost elementov konstrukcii rastreskivanie i polomku armatury ili peregorodok diskomfort dlya poselivshihsya Strukturnyj inzhener dolzhen uchityvat dvizheniya i sily vyzvannye temperaturoj rastreskivaniem i nagruzkami On takzhe dolzhen garantirovat chto konstrukciya mozhet byt postroena prakticheski v predelah dopustimyh proizvodstvennyh dopuskov materialov Strukturnyj dizajn sovremennogo zdaniya mozhet byt chrezvychajno slozhnym i dlya ego zaversheniya chasto trebuetsya bolshaya komanda Strukturno inzhenernye specialnosti dlya zdanij vklyuchayut v sebya Fasadnoe proektirovanie Krovelnye raboty Inzhenera po bashennoj tehnike Inzhenera po vetrovoj tehnikeSm takzheArhitekturnaya inzheneriya Stroitelnaya inzheneriyaPrimechaniya7 samyh vostrebovannyh professij v mire neopr Byuro Pryamoj razgovor Data obrasheniya 18 marta 2019 Arhivirovano 9 marta 2019 goda Aleksandr Zagoskin Kvantovye kompyutery kvantovaya inzheneriya i kvantovost neopr Diskussionnyj Nauchnyj Klub Nauka NITU MISiS 12 sentyabrya 2017 Data obrasheniya 18 marta 2019 Arhivirovano 14 marta 2019 goda Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften Lehre und Forschung an der ETH Zurich Eine Festschrift zum 150 Jahr Jubilaum nem Springer Science amp Business Media 2005 S 35 ISBN 978 3 7643 7533 1 David Blockley Structural Engineering A Very Short Introduction angl Oxford University Press 2014 P 18 ISBN 978 0 19 165209 7 S A J Parsons How to Find Out About Engineering The Commonwealth and International Library Libraries and Technical Information Division angl Elsevier Science 2013 P 12 ISBN 978 1 4831 5968 3 Etu statyu neobhodimo ispravit v sootvetstvii s pravilami Vikipedii ob oformlenii statej Pozhalujsta pomogite uluchshit etu statyu 27 marta 2019
