26. Начертите схему простейшей балки на двух опорах. Начертите известные вам примеры объёмных конструкций, расчетная схема которых описывается схемой простейшей балки
Простейшая балка, рассматриваемая в начальном курсе «сопро-тивления материалов», описывает значительную часть окружающего нас рукотворного мира.
Уяснив принципиально поведение простейшей балки, мы достаточно логично можем перейти к уяснению более сложных конструктивных систем, хотя все они могут быть сведены к схеме устройства, воспринимающего статические нагрузки от некоей массы, устремляющейся к центру земного тяготения, так как именно простейшая балка и принимает усилия, возникающие в препятствии, ограничивающем устремление описываемой «массы» к поверхности земли. Так или иначе «простейшая балка» возникает в каждом случае, если «масса» удалена на некоторое расстояние от поверхности земного шара и стремится занять положение с минимальным удалением от земной поверхности. В случае «нулевого» удаления теряется смысл в существовании «собственно балки», как препятствия на пути движения «упомянутой массы» к поверхности земли. Во всяком случае, изображение «простейшей балки» в курсе «Сопротивления материалов» по определению предполагает наличие неких опор, через которые сила, действующая перпендикулярно оси балки, «уходит в землю».
27. Начертите схему купольного перекрытия. Объясните работу его элементов.
«Простейшая балка» исторически легла в качестве перекрытия некоего замкнутого пространства, исходя из предположения, что перекрытие должно воспрепятствовать несанкционированному проникновению нежелательных элементов, в ограждаемое пространство. Часть функций ограждения восприняли вертикальные стены. Стены покоились на земной поверхности, а вот замкнуть пространство должно было перекрытие. На стены, как на опоры из рисунка в «Сопромате», положили простейшую балку или некоторое количество «простейших балок», образовавших собственно перекрытие. Но под воздействием полезной нагрузки балка или балки прогибались, образуя вогнутую поверхность, в ёмкости которой и скапливались эти самые нежелательные элементы.
А у природы подсмотрели, так было и будет во все времена развития человечества, что если простейшей балке принудительно придать кривизну, но расположить кривую балку выпуклость вверх, то возникает ряд дополнительных свойств. Прежде всего выпуклая балка не прогибается, на ней не образовывается отстойник для сбора нежелательных элементов, более того они, эти элементы, скатываются с перекрытия. Кроме того выпуклая балка выдерживает большую нагрузку. Так возникло купольное перекрытие.
28 Начертите схему купольного перекрытия старинного храма. Объясните работу всех элементов такого рода конструкции
Если простейшей балке принудительно придать кривизну, но расположить кривую балку выпуклость вверх, то возникает ряд дополнительных свойств. Прежде всего, на выпуклой балке под воздействием рабочей нагрузки не образовывается отстойник для сбора нежелательных элементов. Более того, они, эти элементы, скатываются с перекрытия. Выпуклая балка, оставаясь простейшей балкой, выдерживает большую нагрузку, так как стремясь прогнуться и восстановить первичную прямолинейную форму, поглощает энергию деформирования балки полезной нагрузкой. Так возникло купольное перекрытие.
Так как стремление балки распрямиться и восстановить прямолинейную форму, сопровождается появлением горизонтальной составляющей реакции на опорах, то возникает эффект распора стен перекрываемого сооружения.
Создание купольного перекрытия было вызвано необходимостью сооружения кровли в возводимом сооружении, а таким сооружением явились церковные храмы - первые «общественные сооружения» такого масштаба, в храме для богослужения собиралось большое количество людей, требовались сооружения с большим внутренним объёмом, с большими пролётами, так как наличие промежуточных, поддерживающих кровлю, опор было нежелательным, масса молящихся не должна была быть разобщена. Потребность в таких сооружениях возникла не вдруг, а образовывалась по мере увеличения масштабов культовых сооружений. История их развития хорошо прослеживается, так как храмы были единственными сооружениями такого масштаба, промышленных или бытовых сооружений еще не было.
Первым решением по принятию распирающих усилий было возведение вне внутреннего функционального объёма подпирающих элементов - контрфорсов. Как правило, такое конструктивное решение, характерно для католических храмов.
Интересное решение было найдено при возведении православных храмов - распорное усилие блокировалось введение горизонтальной металлической стяжки оконечностей арки. Такое решение избавило от необходимости возведения контрфорсов.