- •«Курский государственный университет»
- •Кафедра технической графики
- •Основы строительной физики
- •Основы строительной физики
- •Раздел 1. Элементы механики.
- •1.1. Разделы механики, основные понятия.
- •1.2. Кинематика.
- •1.3. Сложное движение.
- •1.4. Динамика. Законы динамики.
- •1.5. Сложение и разложение сил.
- •1.6. Статика, основные понятия и аксиомы статики.
- •1.7. Момент силы. Главный вектор сил и главный момент системы сил.
- •Раздел 2. Элементы теории сопротивления материалов.
- •2.1. Задачи, решаемые в сопротивлении материалов. Допущения, лежащие в основе.
- •2.2. Нагрузки: сосредоточенные и распределённые. Напряжения нормальные и касательные. Виды напряженных состояний.
- •2.3. Понятие деформации и их классификация.
- •2.4. Закон Гука при растяжении и сжатии. Модуль Юнга.
- •2.5. Плоское нагружение. Обобщённый закон Гука.
- •2.6. Сдвиг. Модуль упругости второго рода. Закон Гука при сдвиге.
- •2.7. Кручение. Закон Гука при кручении.
- •2.8. Изгиб, поперечная сила, напряжения при изгибе.
- •Раздел 3. Элементы климатологии.
- •3.1. Метеорологические факторы и их влияние на строительство.
- •Гигиенические требования к тепловому режиму жилых помещений в разных климатических районах (по рекомендациям Киевского нии общей и коммунальной гигиены)
- •Гигиенические требования к тепловому режиму жилища при конвекционном обогреве в зависимости от возрастной группы (по рекомендациям Киевского нии общей и коммунальной гигиены)
- •3.2. Взаимодействие строительства и окружающей природы.
- •3.3. Типы погоды
- •3.4. Человек, климат и строительство.
- •Связь категорий архитектурной композиции
- •Классификация типов погоды
- •Раздел 4. Основы светологии.
- •4.1. Глаз. Зрение.
- •4.2. Понятие света. Спектр. Характеристики света.
- •Характеристики зрительного анализатора
- •Границы участков спектра
- •Зависимость разрешающего угла глаза α от яркости объекта
- •4.3. Фотометрия. Основные величины, их взаимосвязь, единицы.
- •4.4. Естественный и искусственный свет. Совмещённое освещение.
- •Относительная световая активность фонарей при одинаковой площади светопроемов
- •Нормированные (допустимые) значения кео
- •4.5. Нормирование освещения.
- •4.6. Источники искусственного света и их характеристики.
- •Основные характеристики источников искусственного света,
- •4.7. Инсоляция, солнцезащита и светорегулирование.
- •Единство положительных и отрицательных воздействий инсоляции в архитектуре
- •4.8. Воспроизведение цвета.
- •Особенности цветопередачи ламп искусственного света
- •Раздел 5. Акустика.
- •5.1. Упругие волны. Звуковая среда в городах и зданиях.
- •5.2. Основные понятия акустики.
- •Звук и слух.
- •Шкалы звуковой мощности, уровни звуковой мощности и
- •Источники шума и их характеристики.
- •5.5. Нормирование шума и звукоизоляция.
- •Раздел 1. Элементы механики 3
- •Раздел 2. Элементы теории сопротивления материалов 18
- •Раздел 3. Элементы климатологии 32
- •Раздел 4. Основы светологии 45
- •Раздел 5. Акустика 89
Раздел 2. Элементы теории сопротивления материалов.
2.1. Задачи, решаемые в сопротивлении материалов. Допущения, лежащие в основе.
Сооружения и машины должны обладать:
Прочностью – сопротивляться разрушению (расчёт на прочность – первая задача сопромата).
Жесткостью – сопротивляться деформации (расчёт на жесткость – вторая задача сопромата).
Устойчивостью – сопротивляться отклонению от положения равновесия (расчёт на устойчивость – третья задача сопротивления материалов).
При этом постоянно необходимо заботиться об экономии материалов. Сложные конструкции сводят к простым типам, используя следующие термины:
Брус – тело, у которого 2 размера малы по сравнению с третьим; при прямолинейной оси его называют стержнем.
Пластина – тело ограничено двумя плоскостями, между которыми расстояние мало.
Оболочка – тело ограничено двумя криволинейными поверхностями.
Массив – все три размера тела одного порядка.
Принимаются некоторые упрощения относительно свойств материалов, нагрузок и характера их действия:
Материал считается сплошным (имеющим непрерывное строение).
Материал считается однородным (во всех точках свойства одинаковы).
Материал считается изотропным (свойства одинаковы по всем направлениям).
До приложения нагрузки со стороны других тел в исследуемом теле нет внутренних начальных усилий.
Предполагается независимость действия сил (каждая сила создает свой результат, результат действия нескольких сил суммируется). Предполагается, что перемещение точек приложения сил при деформировании гораздо меньше размеров тела (тела считаются линейно деформируемыми).
В точках достаточно удалённых от места приложения нагрузки величина внутренних сил мало зависит от способа их приложения (принцип Сен-Венана).
2.2. Нагрузки: сосредоточенные и распределённые. Напряжения нормальные и касательные. Виды напряженных состояний.
Исследуемое тело подвергается действию других тел. Для описания действия используют силы, моменты сил. Это действие называется внешним. Силы могут быть сосредоточенными – действующими в точке (в природе таких нет, но их введение упрощает расчёт) и распределёнными по поверхности или объёму (поверхностные и объёмные).
И сосредоточенные, и распределённые нагрузки могут быть статическими (ускорение при этом равно или близко к нулю) и динамическими (ускорение не равно нулю и оно рождает силы инерции). Динамические силы могут иметь установившийся или неустановившийся режим действия.
Расчётную нагрузку определяют, вводя запас прочности, коэффициент запаса прочности определяет во сколько раз достигаемые нагрузки меньше предельных.
Если внешние силы лежат в одной плоскости, вводят продольную силу N, поперечную Q и изгибающий момент Ми. Внешняя нагрузка всегда рождает внутренние силы (силы упругости). Если внешние силы не лежат в одной плоскости, внутренних усилий возникает шесть: N; Qx и Qy (проекции поперечной силы на оси); Мих и Миу (проекции изгибающего момента на оси х и у); Мк = Мz.
В поперечном сечении могут возникать:
1. только продольная сила N (деформация растяжения или сжатия).
2. только Qx или Qy (деформация сдвига).
3. только Мк (деформация кручения).
4. только Мих или Миу (деформация изгиба).
5. несколько усилий – сложная деформация.
Под действием нагрузок происходит деформация – изменение формы и размеров тела. Деформации можно классифицировать по разным признакам:
1. По характеру проведения тела после снятия нагрузок – упругие и пластические (при упругих тело принимает первоначальную форму и размеры, при пластических имеются остаточные деформации). В конструкциях элементы всегда должны испытывать только упругие деформации.
2. По виду происходящих изменений формы – линейные и угловые (линейные – удлинение и укорочение, угловые – изгиб и кручение).
Расчёты удобнее производить, используя величины напряжений, – усилий, приходящихся на единицу площади. Используют нормальные напряжения σ (растягивающее и сжимающее, растягивающее считается положительным) и касательные τ (τzx и τzy). Совокупность напряжений называют напряжённым состоянием: если по граням выделенного в материале куба действуют только нормальные напряжения, грани называют главными площадками и напряжения главными σ1, σ2, σ3. Наибольшее обозначают σ1, наименьшее σ3. По числу главных напряжений имеем напряжённое состояние: объемное (все три не равны нулю); плоское (два главных напряжения не равны нулю) и линейное (только одно не равно нулю).
Прочность детали оценивают по наибольшему нормальному или касательному напряжению, которое не должно превышать допустимое (такое, которое обеспечивает нормальную эксплуатацию конструкции):
σмах ≤ [σ] или τмах ≤ [τ].