Designskemaet for en struktur - i strukturel mekanik , et forenklet billede af en struktur, accepteret til beregning. Der er flere typer af regneskemaer, der adskiller sig i de hovedhypoteser, der ligger til grund for beregningen, samt i det matematiske apparatur, der anvendes i beregningen. Jo mere nøjagtigt beregningsskemaet svarer til den faktiske struktur, jo mere tidskrævende er dets beregning.
Beregningsskemaet består af betingede elementer: stænger , plader , skaller, arrays og bindinger.
Stænger bruges i designskemaer af stangstrukturer (søjler, bjælker , buer osv.), Systemer af sådanne strukturer ( spær , rammer , netskaller) samt til omtrentlig beregning af plane strukturer (for eksempel bærende vægge af bygninger).
Trekantede og rektangulære plader er de vigtigste endelige elementer i beregningen af plane strukturer (vægge og gulvplader i bygninger) ved finite element-metoden .
Skaller er et beregningsskema for forskellige rumlige strukturer (kupler, hvælvinger, skaller).
Arrays i designskemaerne bruges som regel som ikke-deformerbare understøtninger af spændstrukturer baseret på en komprimerbar base.
Links i designskemaerne forbinder individuelle elementer såvel som strukturen med basen. I designskemaerne adskiller forbindelserne sig i antallet af frihedsgrader, som de tager fra systemet. Forbindelser kan være diskrete og distribuerede (kontinuerlige). Stænger og plader forbundet med fordelte forbindelser kaldes sammensatte stænger og plader [1] .
En bygning i flere etager er et komplekst rumligt system, som afhængigt af antallet af etager, træk ved det strukturelle system og eksisterende belastninger beregnes med varierende detaljeringsgrad ved hjælp af forskellige designskemaer. I moderne designpraksis udføres beregningen af en bygning som regel ved hjælp af specielle programmer ved hjælp af computerteknologi [2] [3] .
Med et endimensionelt designskema betragtes bygningen som en cantilever tyndvægget stang eller et system af stænger, elastisk eller stift fastgjort i bunden. Det antages, at den tværgående kontur af en stang eller et system af stænger er uforanderlig.
Med et todimensionelt designskema betragtes bygningen som en flad struktur, der kun er i stand til at modtage en sådan ekstern belastning, der virker i sit plan. For at bestemme kræfterne i lodrette bærende konstruktioner er det betinget antaget, at de alle er placeret i samme plan og har samme vandrette forskydninger i gulvniveau.
Med et tredimensionelt designskema betragtes en bygning som et rumligt system, der er i stand til at opfatte det rumlige system af belastninger, der påføres den.
I diskrete designskemaer bestemmes ukendte kræfter eller forskydninger for et begrænset antal systemknudepunkter ved at løse systemer af algebraiske ligninger. Diskrete beregningsskemaer er mest velegnede til beregning ved finite element-metoden. Sådanne ordninger bruges i vid udstrækning til modellering af ikke kun stangsystemer, men også solide plader og skaller.
I diskrete kontinuum designskemaer er ukendte kraftfaktorer eller forskydninger specificeret som kontinuerlige funktioner langs en af koordinatakserne. Ukendte funktioner bestemmes ved at løse et grænseværdiproblem for et system af almindelige differentialligninger. Diskret-kontinuum designskemaer blev særligt udbredt i 1960'erne-80'erne af det sidste århundrede til beregning af vægge og lodrette afstivningsmembraner i etagebygninger med et regelmæssigt arrangement af åbninger, da computernes computerkapacitet var meget begrænset. Disse designskemaer er baseret på teorien om kompositstænger, som i 1938-1948. udviklet af A. R. Rzhanitsyn [4] [5] . Tilsyneladende blev teorien om sammensatte stænger brugt for første gang i [6] . Herefter R. Rosman, [7] . P. F. Drozdov [8] , D. M. Podolsky [9] og andre forfattere foreslog forskellige ændringer af teorien om sammensatte stænger til beregning af bygninger med et øget antal etager.
I teorien om sammensatte stænger antages det, at stængerne kun deformeres af langsgående kræfter og bøjning. I mellemtiden har lodrette membraner af stivhed i bygninger med flere etager ofte sådanne forhold mellem dimensioner i plan og højde af bygningen, for hvilke det er nødvendigt at tage højde for forskydningsdeformationer. Beregningen af rumlige sammensatte systemer af bygninger med flere etager, under hensyntagen til forskydningsdeformationer baseret på syntesen af teorien om kompositstænger af A. R. Rzhanitsyna og teorien om tyndvæggede rumlige systemer af V. Z. Vlasov [10] , blev udviklet af V. I. Lishak [2] [11] , B. P Wolfson [12] og andre forfattere.
I kontinuumdesignskemaer er ukendte kraftfaktorer eller forskydninger angivet som kontinuerlige funktioner langs to eller tre koordinatakser. Ukendte funktioner bestemmes ved at løse et grænseværdiproblem for et system af partielle differentialligninger. I nogle tilfælde gør brugen af et kontinuumsberegningsskema det muligt at opnå en løsning i form af endelige formler. Disse tilfælde er dog meget sjældne. Derfor anvendes en sådan beregningsordning sjældent.
Eksempler på todimensionelle designskemaer af en væg med åbninger, som er en lodret membran af bygningens stivhed, er vist i figuren til højre.