Цели и задачи:
Конструкциите са основни компоненти на сградата. Креативността и въображението на архитектите се превръщат в реалност чрез приемане на подходяща конструктивна система. Разбирането на основните принципи и концепции на строителната механика е основна част от архитектурното образование.
Целта на дисциплината е студентите от специалност Архитектура да се запознаят с основните концепции на конструктивното проектиране като се ограничи до минимум теоретичните и математически формулировки. По време на часовете студентите научават за различните типове товари, сили, операции с вектори, концепцията на равновесието, разрезни усилия, геометрични и материални свойства на конструктивните елементи и правилата за оразмеряване на някои основни конструктивни елементи като въжета, дъги, ферми, греди, колони и рамки.
Характеристика:
Дисциплината въвежда основните методи на конструктивния анализ и проектиране на прости конструкции. Основна черта на строителната механика е интегрирането на проектантските и аналитичните умения при използването на съвременни конструкции и материали, които проявяват задоволително поведение и икономичност при строителството.
Дисциплината комбинира основната конструктивна теория и проектантски способности, които ще дадат добра основа за по-нататъшните специализирани конструктивни дисциплини през следващите семестри.
Съдържание:
- Въведение в дисциплината: Дефиниране на конструкция и конструктивно проектиране. Преглед на курса и неговата организация. Натоварване върху конструкциите- статични и динамични товари; постоянни и експлоатационни товари; натоварвания от сняг, вятър и земетръс; товарни площи; Основни функционални изисквания към строителните конструкции.
- Статика: Основни закони на статиката; характеристики на силата- приложна точка, големина, направление и посока; Външни и вътрешни сили; събиране на вектори- аналитичен и графичен метод; Система от сили- разлагане на сили на техните компоненти; Момент на сила; двоица сили и момент на двоица; разлагане на сила в сила и момент за друга приложна точка.
- Равновесие: Равновесни уравнения за двумерна задача; Равновесие в точка и равновесие на свободно тяло; типове опори, изчисляване на опорни реакции; статическа неопределимост и неправилно подпиране.
- Висящи конструкции: основни елементи (стълбове, основни кабели, анкериране и стабилизиране); геометрия и характеристики на въжетата; Въжета, натоварени с концентрирана сила и с разпределен товар;
Равнинни ферми: дефиниция и образуване; типове ферми; приложения в сгради и мостове; основни предпоставки; определяне на усилията чрез метода на възлите и метода на сеченията. - Опорни реакции: прости и конзолни греди от разпределени товари; многоподпорни греди със стави; основни и второстепенни греди; Триставни рамки и рамки с обтегач- процедура за изчисляване на опорните реакции и ставни сили; Триставни дъги и дъги с обтегач- поведение на дъгата, опорни реакции и ставни сили.
- Свойства на напречното сечение на конструктивния елемент: Център на тежестта, инерционен момент на просто сечение; инерционен момент на съставно сечение; теорема на Steiner, инерционен радиус.
- Напрежение и относителна деформация: Концепция за напрежение, нормална и срязваща компонента.
- Материално поведение: Еластичност, якост, пластичност и коравина; връзка между напрежение и деформация; области на диаграмата напрежение-деформация; провлачване и деформационно уякчаване; гранично и разрушително напрежение; коефициент на Poisson; диаграми на дуктилни и крехки материали.
- Разрезни усилия за греди: Функции на разрезните усилия; зависимости между натоварването, срязващата сила и огъващия момент; основни правила за чертане на диаграмите на разрезните усилия.
- Напрежения в гредите: Деформации и напрежение при огъване; срязващо напрежение;
Деформиране на гредите- еластична линия и формули за определяне на преместването
Въведение в граничните състояния; принципи за проектиране по Еврокод- метод на частните коефициенти; оразмеряване на огъване и срязване - Анализ и оразмеряване на колони: Оразмеряване на опънати елементи; оразмеряване на къси колони; Дълги колони- загуба на устойчивост по Euler, изкълчвателна дължина и стройност; критично напрежение; влияние на опорните условия и междинното укрепване; Оразмеряване на колони от конструктивна стомана и дървесина по Еврокод; оразмеряване на колони при ексцентрично натоварване.
- Статически неопределими греди и рамки: Предимства и недостатъци на неопределимите конструкции; основни положения при силовия метод; анализ на неопределими греди чрез таблици; приблизителен анализ на окачени и укрепени греди; опорни реакции на ставно подпрени греди.
- Подземни конструкции: Конструкция на планетата Земя; геология- магмени, седиментни и метаморфни скали; геоложко изследване на строителната площадка; почвата като конструктивен материал; фундиране за гравитачни товари- единични фундаменти, пилоти, фундаментни плочи и сутеренни конструкции; подпорни конструкции- сутеренни и пилотни стени; влияние на слягането на почвата върху сградната конструкция.
- Принципи на конструктивното проектиране:
Конструктивни системи за гравитачни товари: Конструктивни елементи и растерни мрежи- избор на елементите и организация; основни стратегии- еднопосочна и двупосочна система; хоризонтални растерни мрежи- ортогонална, триъгълна, радиална и нерегулярна система; преход между различни растерни мрежи.
Конструктивни системи за хоризонтални товари: Основни проблеми при проектирането; шайби и подови диафрагми; трансфер на силите и основни принципи; ниски и средновисоки сгради; многоетажни сгради- типични конструктивни подходи; контрол на трептенето и преместванията; принципи на сеизмичното проектиране.
Критерии за оценка:
Курсови задачи (15%)+Контролни (2х25%)+Изпит (35%)=100%
Литература:
- B. Onouye and K. Kane, Statics and strength of materials for architecture and building construction, 4th ed., Pearson 2014
- D. Schodek and M. Bechthold, Structures, 7th edition, Pearson education, 2014
- R. Hibbeler, Statics and mechanics of materials, Pearson education, 2019
- B. Sandaker, A. Eggen and M. Cruvellier, The structural basis of architecture, 3rd edition, Taylor & Francis, 2019
- F. Ching, B. Onouye and D. Zuberbuhler, Building structures illustrated: patterns, systems, and design, John Wiley & Sons 2014
- E. Allen, W. Zalewski, Form and forces, John Wiley & Sons 2010
- M. Millais, Building Structures: Understanding the Basics, Routledge, 2017
- J. Schwartz, Ph. Block, Tragwerksentwurf I und II, ETH Zurich, 2021
- A. Muttoni, The Art of Structures: Introduction to the Functioning of Structures in Architecture, EPFL Press, 2011
- Г. Тодоров, Строителна механика, (https://e-learn20.uacg.bg/course/view.php?id=102)
- Ц. Кръстев, Строителна механика, Техника, 1990