Szerkezeti elemzés

Tetőtámogatás támogatása a hollandiai Breda vasútállomáson - az ilyen konstrukciókat szerkezetileg ellenőrizni kell
Statikusan irreleváns konstrukció, amelynek csak a saját súlyát, valamint az elhanyagolható szél- és hóterheket kell elviselnie. Bizonyítékra van szükség az ilyen nem funkcionális alkatrészekről is
Az előfeszített beton mennyezet alatti nem teherhordó fal meghibásodása, az ilyen könnyű válaszfalakhoz alapokra is szükség van.
Példa statikus számításra

Magasépítés , illetve a statikája épületszerkezetek a tanulmány a biztonság és a megbízhatóság a tartószerkezetek az építőiparban . A szerkezetépítésben az erőket és azok kölcsönös hatásait egy épületben és az egyes kapcsolódó alkatrészekben számítják ki . A szerkezettechnika számítási módszerei segítséget nyújtanak a szerkezeti tervezésnél, és a modellezés és az építéselmélet tanításával együtt a szerkezetelmélet részei. A szerkezetépítés az szilárdságelmélet , a technikai mechanika , a merev testek statikájának és a kontinuum mechanikájának eszközeit használja .

A szerkezeti elemzés gyűjteménye számítási és grafikus módszerek amelyek arra szolgálnak, hogy következtetni terhelések és alakváltozások azok feszültségek épületekben a hatását a külső terhelések, hogy megértsék a terhelésátadó a szerkezet, és így végső soron, hogy bizonyítsa a használhatósági (a szerkezet a a teherátadó modell koncepciója A szerkezet azon részei, amelyek merevségük , szilárdságuk és anyaguk szempontjából alapvetően különbözhetnek ).

Az építményre ható terheléseket előfordulásuk gyakorisága szerint állandóra (pl . A szerkezet önsúlyára), változóra (pl. Hó, szél, hőmérséklet, forgalom vagy ingadozó vízszintek) és rendkívüli hatásokra (pl. Földrengés, tűz) vagy a járművek ütközése). Ezek a valós terhelések i. d. Általában szabványok segítségével becsülik meg, bizonyos meghibásodási valószínűséggel a biztonságos oldalon. A szerkezetépítés egyik célja az, hogy megtalálja az i. d. Általános szabály, hogy a szabvány szerint meg kell határozni ezen feltételezett terhelések releváns kombinációit, mégpedig a teherbírás (pl. Törés , plaszticitás , kihajlás ) és a használhatóság (pl. Alakváltozások, repedésszélesség, rezgések) tekintetében.

A problémák főként kvázi-statikus terheléseket, valamint statikus szilárdsági és stabilitási bizonyítékokat tartalmaznak, míg a kapcsolódó szerkezeti dinamika rögzíti a szerkezetek reakcióját az időben változó terhelésekre (például a szélre), ezáltal a dinamikus terhelések statikai módszerekkel kiszámíthatók. Ez az úgynevezett kvázistatikus számítás figyelembe veszi a dinamikus hatásokat olyan tényezőkkel, amelyek elég nagyok ahhoz, hogy az így meghatározott becslés biztonságosan a jobb oldalon legyen. Normál épületszerkezetnél a szerkezeti elemzés során elvégzett rezgésvizsgálatokat automatikusan teljesítettnek tekintik bizonyos építési méretekkel, az építőanyagtól függően (például az EN 1992 európai szabványban a karcsúsági határ, amely a födém minimális vastagságát határozza meg a fiktív fesztávolság és a megerősítés mértéke, külön rezgésellenőrzést nem kell végezni).

A mechanika speciális és speciális részterületeként a klasszikus szerkezeti elemzés a rugalmasság-elméletet és Hooke-törvényt használja , de alkalmazható a plaszticitáselméletben és a plasztikus zsanérelméletben is.

Határok és kifejezések

A statika kifejezést félreérthetően használják, és gyakran az elméleti-matematikai-fizikai oldalra vonatkozik (a statika mint a technikai mechanika részterülete ), míg a szerkezettechnika ennek a statikának az építkezésben való alkalmazását célozza. A szerkezet megtervezése i. d. Általában szerkezeti számítások nélkül (általában az építész által). Ebből egy statikus modellt hagyományosan definiálnak a terhelésátviteli mechanizmussal, amely aztán általában a méretezést követi, tehát a méretek beállítása, megerősítés stb.

A felelős statikus vagy statikus mérnök - ma általában egy építőmérnök , ritkábban egy építész - gyakran nevezik köznyelven a szerkezeti mérnök . Megfontolásainak és számításainak eredményét, a statikus számítást néhány összefüggésben a stabilitás bizonyítékaként emlegetik, de többnyire rövidített formában statikának is nevezik .

feladatok

A szerkezeti tervezés és a statika legfontosabb feltételezése, hogy a teherhordó rendszer egyensúlyban van . A szerkezeti elemzés lényeges szempontja egy világosan meghatározott teherviselő rendszer modellezése komplex struktúrából, amely gazdaságosan ésszerű erőfeszítéssel képes biztosítani az ellenőrzéseket. Először meghatározzuk a számított terheléseket. Ennek eredményeként kiszámított belső erők és deformációk adódnak a tervezés elvégzése érdekében. A statikus feltételezés során mindig egyensúlyban lévő terhelések rövidre záródnak a teherhordó alkatrészek révén.

Szerkezetek

Gerenda két támaszon
Egyfesztávú gerenda támasztó erőkkel
folytonos sugár statikus rendszere

A szerkezetépítés két nagy szerkezeti csoportot ismer:

Műveletek (terhelések)

A műveleteket (vagy terhelés) , amelyre a szerkezetet kell méretezni a szerkezeti elemzés, többek között.

A dinamikus terheléseket (pl. Ütések, rezgések, földrengések) és az ebből fakadó alakváltozásokat (pl. Rezgések, rezgések ) általában az épület és az útépítés statikus egyenértékű terhelésévé alakítják át, mielőtt azokat egy szerkezetre alkalmaznák.

Számítási módszer

A szerkezeti tervezés számítási módszerei a következőkre oszthatók:

Cremonaplan

Rajzolási eljárások

Számítási eljárások

A szerkezetépítés számítási módszerei a következők:

Lovagi vágás
Trapéz alakú stressz módszer - feszültségek egy konzolban

Klasszikus eljárások

Mátrix folyamat

Számítógépes számítások

Mert Konrad Zuse , a könnyű szabályok kialakításával és a magas szükséges idő statikai számítások voltak az eredeti motivációja fejlődő programozható számítógépek. A statikus számítások a kezdetektől a számítógépig terjedtek - olyan alkalmazások, amelyek fokozatosan statikus tervezőprogramokká válnak , bármilyen célra. Ma a statikus számításokat szinte kizárólag számítógépes programokkal végzik. A vizsgált statikus modellek gyakran összetettebbek és igényesebbek. A sík felületű szerkezetek, például a mennyezeti panelek, az elasztikusan beágyazott panelek, a falpanelek stb. Kiszámítása ma már a gyakorlatban rutinfeladat. A végeselemes módszerrel i. d. Általában bonyolultabb szerkezeteket, például membrán- és héjszerkezeteket vizsgálnak.

Kiterjesztett technikai hajlítási elmélet

A technikai hajlítási elméletet úgy bővítették ki, hogy a belső erők (N, M y , M z , V z , V y , T) általános kombinációjához a lineáris anyaghoz kapcsolódó torzítási állapot is kiszámítható viselkedés. Ez egy tágulási sík is, amely a figyelembe veendő csúszás miatt szintén megvetemedett. A kiterjesztett technikai hajlítási elméletben (ETB) a technikai hajlítási elmélethez hasonlóan teljesülnek az egyensúly és a geometriai kompatibilitás szükséges feltételei a reális anyag viselkedésével. Az ETB alkalmazása feleslegessé teszi a hajlítási és nyírómérések külön ellenőrzését.

Elmélet I., II. Vagy III. rendelés

Deformált szerkezet a deformálatlan helyzet egyensúlyának figyelembevételével

Első rendű elmélet

Az első rendű elmélet alkalmazása során a nyalábsugár keresztmetszetében domináns egyensúly alakul ki a terhelések (erők és nyomatékok ) és a feszültség (feszültség) között a nem deformálódott gerendákon. Az erők helyzete összefügg a deformálatlan rúd keresztmetszettel, azaz. H. a torzításoknak és a forgásoknak jóval kisebbeknek kell lenniük, mint 1; másrészt a feszültségszámítás torzításai nincsenek nullára állítva, mivel a deformálatlan tag az általánosított Hook-törvény alapján egyenértékű lenne egy terheletlen taggal. Ez az eljárás i. d. Általában csak akkor megengedett, ha a deformációk olyan kicsiek, hogy csak jelentéktelen mértékben befolyásolják a számítás eredményeit, vagy ha ezt normatív módon szabályozzák.

Deformált szerkezet

Hosszirányú kihajlás

Ha az elhajlás miatti belső erők változását nem lehet elhanyagolni, akkor a számítás során figyelembe kell venni a deformált szerkezet geometriáját . Általánosságban figyelembe kell venni a szerkezet nem kívánt eltéréseit a tervezett geometriától (pl. Oszlopok dőlése) és az alkatrészek előzetes deformációit (például a nyomórudak görbülete ). Ezeknek a hiányosságoknak az építkezéskor figyelembe veendő méretét a szabványok javasolják.

Másodrendű elmélet

A másodrendű elmélet esetében , i. d. Általában azt feltételezik, hogy egy alkatrész deformációi kicsiek . Ez a szabály az építkezésnél, mert többek között nagy fordulatok vezetnek. arra, hogy a használhatóság i. d. R.-t már nem adják meg. A második rend linearizált elméletében a kis ations forgások feltételezése a kis szögű közelítés sin φ = φ és cos φ = 1 egyszerűsítését eredményezi (lásd még a P-Delta effektust ).

Magasabb rendű elméletek

Ritkán szükséges a szerkezet nagy alakváltozásait is rögzíteni, a másodrendű elmélet egyszerűsítése akkor már nem érvényes. Erre példa a kötélhálózatok kiszámítása . Ebben az esetben a III. Elmélet szerinti számításról beszélünk . Rendelés .

Az elméletek között II. És III. A sorrend nincs egyértelműen elkülönítve, ezért az ember néha csak az első és a második rend elméletéről beszél.

Néhány könyvben megtalálható a negyedik rend elmélete is , amely z. B. a kidudorodás utáni magatartás magyarázata.

Építőanyagok

A szerkezeti elemzés számítási eredményeit a tartószerkezetek méretezéséhez használják . Ezek az építőanyagok szerint is különböznek, ezért nagyon eltérő tervezési módszereket igényelnek:

A szerkezetépítés története

A szerkezetépítés története szorosan kapcsolódik a kutatáshoz és a publikációkhoz, többek között. a következő szerzők kapcsolják össze:

Statikus előírások

Hammurabi király : súlyos büntetés a gyenge szerkezeti tervezés miatt

A statikai jog története

Ami az instabil épületekből fakadó veszélyeket illeti, a szerkezetépítés is több ezer éve jogszabályok és ítélkezési gyakorlat tárgyát képezi. Mezopotámia korai kultúráiban is külön büntetések vonatkoztak azokra az építőkre, akiknek épületei összeomlottak és embereket öltek meg, például a Codex Hammurapi című könyvben , amely a babiloni Hammurapis király legális gyűjteménye (Kr. E. 1810; † Kr. E. 1750).

A szűkebb értelemben vett statikus szabályozás, amely meghatároz egy bizonyos minőséget, történelmileg újabb. Kr. U. 27-ben z. B. Fidenae, északra Róma, egy alul- épült fából amfiteátrum összeomlott, megölve több ezer. A római szenátus ezután statikus rendeleteket adott ki .

Tipikus mai szabályozás

Ma a statikus előírások az építési szabályok részét képezik . A tényleges jogi szabályok gyakran nagyon rövidek és általánosak. Tehát olvassa el z. B. A Rajna-vidék – Pfalz állam építési szabályzatának 13. szakasza :

Minden szerkezeti rendszernek stabilnak és tartósnak kell lennie egészében, az egyes részeiben és önmagában is. A stabilitás más struktúrák és a teherbírás az altalaj a szomszédos ingatlan nem kerülhet veszélybe.

Általános szabályként azonban ezután előírják, hogy további előírások adhatók ki az építkezésről. Az idézett LBO a 87. szakaszban előírja:

Az illetékes minisztérium törvényi rendeleteket adhat ki ... 2. a szükséges kérelmekről, értesítésekről, bizonyítékokról és igazolásokról.

Az építési dokumentumokról szóló vonatkozó állami rendelet és a szerkezeti vizsgálat 5. §-ában ezután kimondja:

(1) A stabilitás igazolásához be kell nyújtani a szükséges számításokat a teljes statikus rendszer ábrázolásával, valamint a szükséges szerkezeti rajzokat. A rajzoknak és a számításoknak meg kell egyezniük és azonos helyzetinformációkkal kell rendelkezniük. (2) A statikus számításoknak igazolniuk kell a tervezett szerkezetek és részeik stabilitását. Meg kell határozni az altalaj jellegét és teherbírását. ...

A strukturális elemzés egyes alkotóelemeire viszont számos technikai szabály vonatkozik. Németországban z. Például számos kötelező érvényű DIN szabvány létezik . Néhány bekezdés alatt több száz szabvány, több ezer egyedi kikötéssel kötelező érvényű, amelyek ideális esetben kötelezővé teszik az épület technikájának korszerűségét.

Az OIB 2.1.1. Számú iránymutatásában: A
szerkezeteket úgy kell megtervezni és gyártani, hogy elegendő teherbírással, használhatósággal és tartóssággal rendelkezzenek ahhoz, hogy elnyeljék azokat a hatásokat, amelyeknek a szerkezet ki van téve, és eloszlatják őket a talajban.

Ezeket a gyakorlatilag az összes modern építési szabályozásban megkövetelt stabilitási bizonyítékokat gyakran egy speciális mérnökök, az építőmérnökök vagy röviden a szerkezeti mérnökök készítik, akik szintén figyelemmel kísérik az építési munkákat, például a meghatározott acélerősítés betartását. általuk a betonszerkezet .

Lásd még

A ql² / 8 statika illusztrációja

irodalom

  • B. Hartung: A vasbeton gerenda mechanikájáról . Értekezés . TH Darmstadt, 1985, D 17.
  • B. Hartung, A. Krebs: A hajlítás elméleti részének kiterjesztése 1. In: Beton és vasbeton építés. 99. évfolyam, 2004. évi 5. szám.
  • A. Krebs, J. Schnell, B. Hartung: A műszaki hajlítási elmélet 2. részének kiterjesztése. In: Beton és vasbeton építés. 99. évfolyam, 2004. szám, 7. szám
  • A. Krebs, B. Hartung: A vasbeton és előfeszített betongerendák teherbírási és alakváltozási viselkedésének reális leírása az ETB-vel. In: építőmérnök. 82. évfolyam, 2007. évi 10. szám.
  • Karl-Eugen Kurrer : A strukturális elemzés története. Az egyensúly keresésére. 2., nagymértékben kibővített kiadás. Ernst & Sohn, Berlin 2016, ISBN 978-3-433-03134-6 .
  • Karl-Eugen Kurrer: A szerkezetek elméletének története. Az Arch elemzéstől a számítási mechanikáig . Ernst & Sohn, Berlin, 2008, ISBN 978-3-433-01838-5 .
  • Karl-Eugen Kurrer: A szerkezetek elméletének története. Az egyensúly keresése . 2., nagymértékben kibővített kiadás. Ernst & Sohn, Berlin, 2018, ISBN 978-3-433-03229-9 .
  • K.-J. Schneider: Építőasztalok mérnökök számára. 19. kiadás. Werner Verlag, Köln, 2008, ISBN 978-3-8041-5242-7 .
  • K.-J. Schneider: Építész asztalok építészek számára. 18. kiadás. Werner Verlag, Köln, 2008, ISBN 978-3-8041-5237-3

web Linkek

Egyéni bizonyíték

  1. ↑ Wilfried Wapenhans, Jens Richter: A világ első statikája 260 évvel ezelőtt. (pdf)
  2. ^ Theodor Kissel: tömegvezető. In: A Rheinpfalz vasárnap . 2009. május 31., 20. o.
  3. ↑ Statikus előírások - DIN. 2016. március 4, megtekintve 2020. október 27 .
  4. ↑ OIB 1. iránymutatás Mechanikai szilárdság és stabilitás. (PDF) Osztrák Struktúramérnöki Intézet, 2019. április, hozzáférés: 2019. június 20 .