ВВЕДЕНИЕ

Профессиональная деятельность специалиста в любой отрасли хозяйства требует не только знания теоретических основ специальности, но и определенных навыков исследований для эффективного решения практических задач.

Теоретическую подготовку будущий специалист получает в процессе обучения в вузе. Для этого в учебных планах технических вузов предусмотрены дисциплина «Основы научных исследований», из которой студент получает сведения о методологии научных иссле-

дований, и специальные курсы, которые знакомят его с основными закономерностями технического прогресса и научными достижениями по выбранной специальности.

зультатами, но и своевременное привлечениеИих к научноисследовательской работе для получения результатов, необходимых,

Опыт преподавания показывает, что в процессе обучения требуется не только ознакомление студентов с новейшими научными ре-

в частности, при написании магистерскойДдиссертации. Именно участие в научной деятельности вырабатывает потребность работы с технической литературой и поиска необходимой информации. Науч-

студентам и магистрантам строительного факультета одновременно с привлечением их к исследовательской работе.

Объектами строительной деятельности являются конструктивные системы зданий и сооружений. Строительные конструкции – это специфические системы различной сложности, поэтому изучение конструктивных элементов и частей сооружений требует знания системного подхода, важнейшего инструмента научных исследований.

Значение системного подхода возрастает в связи с тем, что строительная наука не располагает конкретной теоретической моделью строительной конструкции, а теории, которые она использует, не являются научными теориями в классическом их представлении. Изза недостаточного развития теории иногда возникают препятствия

3

при исследовании конструкций зданий и сооружений, по этой же причине требования к конструкциям в нормах проектирования разных стран сильно отличаются и часто пересматриваются.

Представление об обобщенной модели строительной конструкции можно получить в общей теории систем, которую часто рассматривают как некоторую философию наук или теорию общих систем. Конкретные системы являются объектами специализированных теорий, задача которых – построение научных знаний о конкретных типах и аспектах систем. При отсутствии специализированной теории практическая реализация принципов общей теории систем выполняется методами системного подхода и системного анализа. Использование принципов общей теории систем даёт возможность сформули-

ние при исследовании обобщенной модели конструктивной системы в виде последовательной реализации основных принципов: структурности, функционирования, надежности и эффективности, которые базируются на основных принципахАобщей теории систем.

На примерах авторских исследований строительных (железобетонных, металлических, бдеревянных и др.) конструкций различной сложности, выполненных в разное время с привлечением студентов, магистрантов и аспирантови, показано, что применение системного подхода позволяет быстро качественно провести исследование, решить практическуюСзадачу тем самым способствовать техническому прогрессу в области стро тельства.

Материал лекций в основном был опубликован в различных журналах и сборниках и апробирован в учебном процессе инженерностроительного института Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные публикации отражены в библиографическом списке.

Представляется, что изложенный в книге материал должен быть полезен в учебном процессе при преподавании дисциплины «Основы научных исследований» и специальных дисциплин строительных факультетов, а также может быть использован при проектировании и исследовании зданий и сооружений.

4

Лекция 1. СТРОИТЕЛЬНАЯ НАУКА И МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Классификация наук

Наука – непрерывно развивающаяся сфера исследовательской деятельности, направленная на выявление, изучение и систематизацию закономерностей природы и общества с целью их практического использования.

Различают три главных раздела научных знаний: естествозна-

ние, общественные (социальные) науки и философию. Промежуточное положение между ними занимают техническиеИнауки и математи-

ка. Технические науки представляют специфическую систему знаний

о методах конструктивно-техническойДдеятельности и способах

функционирования технических объектов, в том числе зданий и сооружений.

По своей направленностиАи отношению к практике науки принято подразделять на фундаментальные и прикладные.

Задачей фундаментальныхбнаук является познание основополагающих законов, к которым относятся большая группа физикотехнических (в томичисле физика твёрдого тела) и математических наук, химия и биолог я, группа наук о земле и др. Фундаментальные науки делятсяСна свободные целенаправленные. Как те, так и другие могут быть поисковыми, поэтому они отличаются значительной неопределённостью конечного результата.

Цель прикладных наук заключается в применении результатов фундаментальных наук к решению не только практических, но и теоретических проблем. На стыке прикладных наук и производства развивается особая область исследований, так называемые разработки, переводящие результаты прикладных наук в конкретные конструкции, технологии и т.д.

Как правило, фундаментальные науки в своём развитии опережают прикладные, создавая для них теоретический задел. Технические науки, в том числе строительная наука, являются прикладными.

5

1.2. Строительная наука, её особенности и задачи

Общепризнана лидирующая роль науки, научных исследований по отношению к технике и производству, в том числе в области строительства. Свидетельством этому является появление новых строительных материалов, создание эффективных конструкций и методов их расчёта, возведение и эксплуатация уникальных сооружений, оптимизация конструктивных решений и повышение надёжности.

Строительная наука не стоит на месте, а постоянно развивается. Важнейшими факторами развития являются: создание научного заде-

готовка квалифицированных инженерных и научных кадров. Основ-

ла и практическая реализация новых научных идей, последовательное формирование передовой инженерной и экономическойИ мысли, под-

науки; использование достижений естественных наук; усиление кон-

ные особенности процесса развития:Ддифференциация и интеграция

тактов и взаимосвязи научных дисциплин; математизация и компью-

учных дисциплин), а интеграциябАнеобходима для оперативного использования научныхидостижений не только в строительстве, но и в других отраслях. Пр мером усиления контактов между разделами науки являетсяСпостепенный переход к системному проектированию

теризация; усиление связи между наукой, техникой и производством.

Дифференциация науки связана с усложнением задач и потреб-

ностей практики (примерно каждые 10 лет происходит удвоение на-

сооружений на основе дост жений теории расчёта сооружений и программирования [4].

К строительной науке принято относить, прежде всего, теорию сооружений, строительную механику и механику грунтов, а также строительную физику. В рамках строительной науки ведутся исследования в области материаловедения, проектирования и технологии изготовления строительных конструкций, решаются вопросы технологии, организации и управления строительством, проблемы инже- нерно-технического оборудования городов, зданий и сооружений и экономические проблемы строительства. Основополагающее значение имеют исследования в области механики грунтов и фундаментостроения.

6

1.3. Направления в исследовании строительных конструкций

Наука о строительных конструкциях – это наука о конструктивной форме, её общих закономерностях, теории расчёта и методов изготовления и монтажа.

Научные исследования в области строительных конструкций направлены, главным образом, на развитие (совершенствование и обновление) конструкций для зданий и сооружений различного назначения. Ядром развития строительных конструкций являются исследования теории расчёта сооружений. Их цель – развитие теорий прочности и разрушения, разработка методов статического и динамического расчёта сооружений как пространственныхИсистем, а также методов расчёта на вероятностной основе, базирующихся на использовании статистических методов обработки данныхДо нагрузках, их сочетаниях, свойствах материалов и конструктивных элементов. Достижения в области строительных конструкций являются основным источником повышения надёжности и эффективностиА сооружений. Результаты научных исследований строительных конструкций легли в основу методики расчёта по предельнымбсостояниям, принятой на вооружение проектировщиками разных стран.

Перечисленныеизадачи относятся к конструкциям из различных материалов. Но возн кают специфические задачи для каждого конкретного видаСстро тельных конструкций. В частности, до сих пор отсутствует единая теор я железобетона из-за двойственности самого понятия «железобетон». Есть мнение, что развитие теории железобетона возможно в двух аспектах: железобетона как композитного материала и как конструктивных систем из этого материала, и поэтому теория железобетона должна быть теорией в широком смысле этого слова, т.е. простым набором знаний. Тем не менее предпринимаются попытки создания общей модели железобетона – необходимого условия теории классического типа. Большое практическое значение имеет проблема обеспечения надёжной совместной работы элементов железобетонных конструкций [10].

Совместная работа, взаимодействие элементов конструктивных систем – одно из основных направлений в исследовании строительных конструкций.

7