Исследования в области металлических конструкций направлены, главным образом, на улучшение свойств конструкций и повышение надёжности. На фоне значительных успехов в области технологии изготовления стальных профилей толщиной менее 2 мм ощущается серьёзный недостаток исследований конструкций из них.

1.4. Основы методологии научных исследований

Научные дисциплины отличаются не только характером и содержанием изучаемого предмета, но и специфическими, так называе-

Вместе с тем различные науки, несмотря на своеобразие, имеют много общего. Поэтому существуют общенаучные методы и познавательные приёмы, к которым относятД: моделирование и сравнение, идеализация и абстракция, наблюдение и эксперимент, анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и ограничение и др.

Главная цель методологииАнауки – изучение и анализ методов, средств, приёмов, с помощью которых приобретается новое знание. Методология научного исследованияб рассматривает наиболее существенные особенности и признаки методов исследования. Существуют, например, конкретныеиспосо ы осуществления экспериментов, наблюдений и измерен й, но методология выделяет признаки, которые присущи любымСэкспер ментам [8].

Наиболее важным пр ложением методологии науки является постановка проблемы, построение предмета исследования и научной теории, а также проверка истинности результатов.

Наиболее наглядной характеристикой теории является логика научного познания, которая определяется отношением объекта теории к объекту исследования. Пусть, например, для решения какойлибо проблемы железобетонных конструкций (объекта исследования) используется теория, объектом которой является материал железобетон. В этом случае железобетон относится к конструкции как часть к целому, а проблема целого решается через её части (элементы) – такова логика теории. Практика поэлементного (несистемного) проектирования часто оказывается основной причиной расхождений теоретических и опытных результатов исследований и причиной возникновения некоторых проблем взаимодействия элементов в слож-

8

ных конструктивных системах. Однозначное использование теории железобетона с логикой от частного к общему усугубляет проблемы железобетонных конструкций, мало продвигая их решения. Примером может быть проблема взаимодействия или совместной работы элементов, которая длительное время остаётся одной из основных в области строительных конструкций. Для решения этой проблемы нужна теория с логикой от общего к частному (метод дедукции).

Единство основных методов познания и, прежде всего, анализа и синтеза проявляется при системном подходе. Системный подход – это общее направление, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Основная особенность системного подхода – изучение элементов с учётом целого. Любая конструкция – это система, поэто-

му при её исследовании следует применять системный подход. Считается, что системный подход способствуетИ адекватной по-

становке проблем и выработке эффективной стратегии их изучения

[5]. Методологическая специфика системногоДподхода определяется

тем, что он ориентирует исследование на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину, он акцентирует исследование на изучение соединений элементов и их взаимодействие в пространственной системе сооружения.

Системный подходби о щаяАтеория систем являются основой системного анализа,ик процедурам и методам которого обращаются при решении проблем в условиях неопределённости и отсутствии строгой количественнойС оценки. Таковы, например, проблемы, свя-

занные с прогноз рован ем надёжности и долговечности конструкций.

1.Положение технических наук в общей классификации.

2.Цели фундаментальных и прикладных наук.

3.Факторы развития строительной науки.

4.Основные дисциплины строительной науки.

5.Основная цель науки о строительных конструкциях.

6.Особенности современной теории железобетона.

7.Главная цель научной методологии.

8.Примеры общенаучных методов и познавательных приёмов.

9.Место логики в научном познании.

10.Роль системного подхода при исследовании сложных проблем.

9

Лекция 2. ОБОБЩЁННАЯ МОДЕЛЬ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ

2.1.Строительные конструкции как системы

Внаиболее общем понимании система – это упорядоченная совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения определённых задач.

Существуют разные системы, классифицированные по опреде-

лённым признакам. Конструктивные системы в этих классификациях не упоминаются, но по ряду признаков на Иразных этапах создания и применения их следует отнести к широкому кругу технических и механических систем. Д

Понятие «строительная конструкция» также связано с составом

ивзаимным расположением частей и элементов, а также со способом их соединения и взаимодействияА. В этих понятиях много общего, очевидно, поэтому термин «система» часто употребляется в смысле конструкции и наоборотб, например, в понятиях пространственной системы или пространственной конструкции подразумевается одно и то же. Часто к системамиотносят отдельные конструктивные части зданий и сооружен й, напр мер, система перекрытия или здания в целом, в частностиС, каркасная система здания. По выражению проф. В.В. Болотина, современные здания – это сложные системы, предназначенные для выполнения разнообразных функций [2]. В.В. Болотин считает понятия «конструкция» и «конструктивная система» тождественными.

Таким образом, если конструкция – это система, то имеются все предпосылки использования системного подхода для их исследования

ипостроения теории. Системами при этом являются конструкции на всех этапах их развития: от проектной модели до реального изделия. Чтобы разобраться с особенностями системного подхода, обратимся к методологическому инструментарию общей теории систем, основные принципы которой применимы к любым системам. Значение общей теории систем неоценимо для развития теории конструкций, так как она вооружает исследователя конструкций общей (принципиальной) моделью и чёткой дедуктивно-диалектической логикой.

10

Частями общей теории систем могут быть специальные теории, в частности, специализированная теория конструктивных систем. Главная задача теории конструктивных систем – объединить, синтезировать научные знания на основе системного подхода.

Механическое (несистемное) соединение гипотез и законов раз-

личных теоретических дисциплин с эмпирическими данными, напри-

Рис. 2.1. Схема взаимосвязи теорий вИсистеме знаний о железобетонных Дконструкциях

мер о железобетонных конструкциях, будет малоуспешным, если все стороны знаний развиватьбнезависимо. Необходимо взаимопроникно-

вение развивающихся наук, эффективностьА которого обеспечивается посредством спец ализ рованной теории конструктивных систем. В использовании системных пр нципов содержится механизм построения и развитияСзнан й о железобетонных конструкциях (рис. 2.1).

2.2. Основные принципы и методы общей теории систем

Основная цель общей теории систем заключается в описании и объяснении сложных явлений, не заменяя, а дополняя другие науки и объединяя их посредством обобщённой модели. Иначе говоря, общая теория систем вооружает исследователя конструкций некоей обобщённой моделью конструктивной системы. Такой моделью может быть совокупность принципов, характеризующих основные стороны и свойства системы.

Наиболее общими принципами для любых систем являются:

11

– принцип структурности (возможность описания системы в виде структуры с устойчивыми связями), характеризующий состав, свойства и внутреннее строение системы;

– принцип целостности (отличие свойств и функций целого от свойств и функций частей целого – элементов, подсистем), характеризующий общесистемные, интегральные свойства, поведение системы;

– принцип взаимозависимости системы и среды (проявление и формирование свойств системы в процессе взаимодействия с внешней средой), характеризующий внешние свойства, качество системы;

– принцип множественности описания каждой системы (потребность построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определённый аспект системы).

Отметим также принцип иерархичности (возможность рассмотрения каждой системы в качестве элемента более сложной системы и каждого элемента исходной системы в качестве системы другого уровня). Однако этот принцип не является общим и используется как признак систем с особой структурой. Конструктивные системы имеют

Рис. 2.2. Принципиальная схема иерархической системы

В последнее время предпринимаются попытки создания математической основы общей теории систем, например, в виде теоретикомножественного отношения входного (X) и выходного (Y) параметров (система «вход – выход»):

Рис. 2.3. Принципиальная модель конструктивной системы

Использование принципов общей теории систем даёт возможность сформулировать общие требования к конструкциям и на их ос-

нове конкретизировать общую модель исследования, представленную на рис. 2.3.

2.3. Вывод обобщённой моделиДконструктивнойИ системы

Для построения общей моделиАконструктивной системы в качестве основной предпосылкибпринята гипотеза соответствия общесистемных принципов и о щих признаков классификации конструкций. Вообще классификацияикак форма научного знания генетически предшествует теор , нередко сосуществует и взаимодействует с ней. В наиболее общемСопределен и классификация – это система понятий, классов, признаков объекта, используемая как средство для установления связей между разнообразными их типами и точной ориентации. Классификация способствует определению места объекта теории в системе и позволяет упорядочить процесс его изучения.

Наиболее общие признаки классификаций различных конструкций: конструктивный, расчётный, функциональный, надёжности и эффективности. Рассмотрим, соответствуют ли эти признаки общесистемным принципам (см. рис. 2.2) и в какой степени.

Очевидно, что общесистемный принцип структурности полностью соответствует конструктивному признаку, характеризующему внутреннее строение и состав конструкции. Как структурное образование любая система рассматривается в виде целостного объекта, который допускает различные варианты декомпозиции (членения на составные части – элементы и подсистемы). Свойство членения на эле-

13

менты характерно и для конструктивных систем, особенно при решении вопросов унификации и индустриализации. Из общей теории систем известно, что не всякое членение позволяет получить простые и достаточно доступные для изучения части. Эффективность решения этой задачи зависит от числа связей, объединяющих выделяемый элемент с остальными частями. С выявления необходимых и устойчивых связей системы начинается её познание, поэтому принцип структурности следует признать первичным при исследовании конструктивных систем. Понятие связи, как части конструкции, объединяющей основные элементы в единое целое, играет важную конструктивную роль не только при исходном расчленении объекта изучения, но и в процессе его воспроизведения в целостной теоретической

Принцип целостности общей теории систем объединяет основные требования к функциональным свойствам, поведению системы,

обусловленному взаимодействием элементовД. Применительно к кон-

структивным системам действие принципа функционирования прояв-

ляется в том, что в результате взаимодействия элементов конструкция

ной схеме, при объединениибмежплитнымиА швами образуют систему в виде диска, способнуюира отать на горизонтальные воздействия. Свойства такого д ска нельзя получить суммированием свойств отдельных плит,Стак как в д ске, вследствие включения в работу межплитных связей (соед нен й), происходит взаимодействие плит.

приобретает специфические (системные) свойства, отличающиеся в

той или иной степени от свойств элементов. Например, плиты пере-

крытия, предусмотренные для работы на поперечный изгиб по балоч-

Любая система должна быть способна к функционированию в той или иной среде, в результате чего происходит их взаимодействие. Взаимозависимость конструктивной системы со средой наиболее наглядно проявляется в условии прочности, которое обычно представляется в виде отношения случайных величин внешнего воздействия

Условие (2.2) называют ещё условием надёжности, поскольку именно в таком виде рассматривается математическая модель надёжности конструктивной системы. Поэтому принцип взаимозависимости системы со средой применительно к конструктивным системам следует отождествлять с принципом надёжности.

14