Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата. «Строительная механика»

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Строительная механика»

Направление подготовки

270100 «Архитектура» (бакалавриат)

Профиль подготовки

«Архитектурное проектирование»,

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

Очная, Очно-заочная

Ростов-на-Дону

Цели освоения дисциплины

Научить студентов понимать и оценивать:

принципы объединения отдельных элементов в новые тела и прийти к пониманию синтеза конструкций, пригодных для формирования архитектурного объекта;

взаимодействие отдельных элементов, природу и способы определения сил взаимодействия;

напряженно-деформированное состояние строительных конструкций под действием различных типов нагрузок.

Сформировать у изучающего основы инженерного мышления, которое дисциплинирует процесс архитектурного творчества, способствует созданию реалистических замыслов.

Изучение дисциплины «Строительная механика» призвано вооружить будущего бакалавра архитектуры и родственных направлений знаниями и навыками науки, обеспечивающей изучение дисциплин, позволяющих реализовать одну из главных задач профессиональной деятельности архитектора – прочность, жесткость и устойчивость проектируемых архитектурно-строительных зданий и сооружений.

Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Курс является для архитектора базовым при изучении и освоении цикла «Общепрофессиональные дисциплины», профессионального цикла «Конструкции гражданских и промышленных зданий» обучения по направлению подготовки 270100 «Архитектура» 270200 «Дизайн архитектурной среды», 270300 «Реставрация архитектурного наследия», 290400 «Градостороительство» (бакалавриат).

При освоении курса используются знания дисциплин: математика, информатика, архитектурное материаловедение. Последующие дисциплины, базирующиеся на приобретенных компетенциях: архитектурные конструкции и теория конструирования, архитектурное и дизайнерское проектирование.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
«Строительная механика»

Основная компетенция:представлять механизм работы элементов конструкций, применяемых для реализации архитектурного замысла. Предусматривать риски при возведении и эксплуатации сооружения. Вести профессионально грамотный диалог с конструктором, принимающим участие в создании объекта и строителями, возводящими объект при осуществлении авторского надзора. Владеть принципами управления прочностью, жёсткостью и устойчивостью сооружения.

УК-3; УК-6; ПК-4; ПК-5; ПК-6; ППК-2;

В результате изучения курса студент должен

знать:

· историю развития изучаемой дисциплины;

· основные принципы, аксиомы и теоремы теоретической механики, сопротивления материалов и строительной механики;

· принципы построения геометрически неизменяемых систем;

· основные физико-механические свойства материалов конструкций;

· законы силового воздействия и распределение усилий в зависимости от расстановки опор и связей;

· методы определения внутренних усилий в различных стержневых системах (одно- и многопролетные балки, арки, фермы, рамы);

· определение поперечных размеров и деформаций элементов строительных конструкций в зависимости от действующих нагрузок;

· особенности расчета гибких стержней на устойчивость;

· особенности расчета сооружений при особых нагрузках, как то температурные воздействия, осадка опор, оползневые явления;

· отличительные особенности работы статически определимых и неопределимых систем;

· общие теоремы строительной механики, определяющих работу внешних и внутренних сил;

· основные методы определения перемещений и определение внутренних усилий в статически неопределимых системах;

· основы расчета строительных конструкций на динамическую нагрузку и устойчивость.

уметь:

· строить расчётную схему сооружения;

· проводить анализ геометрической неизменяемости расчетных схем строительных конструкций и сооружений;

· определять управляющие силы для обеспечения равновесия конструкций;

· подбирать сечения несложных элементов строительных конструкций из условий прочности, а также проверять прочность и жесткость элементов строительных конструкций при заданных нагрузках и назначенных сечениях;

· выбирать ориентацию конструктивного элемента в пространстве в зависимости от его жёсткости

· производить простейшие проверки на устойчивость центрально сжатых стержней;

· определять перемещения и внутренние усилия в простейших статически определимых и неопределимых конструкциях от различного вида внешних воздействий.

владеть:

· математическим аппаратом для анализа прочности, жесткости и устойчивости основных элементов строительных конструкций;

· навыками по оценке напряженно-деформированного состояния и приемами по определению опасных сечений для основных строительных конструкций;

· навыками обеспечения жёсткости проектируемого сооружения.

4. Структура и содержание дисциплины «Строительная механика»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единицы, 252 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины	Семе-стр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра). Форма промежуточной аттестации (семестрам)
Лек.	Пр.	СР	КнР

Лекции 3 семестр. Модуль 1. Статика абсолютно твердого тела.
1.	Введение в механику. Три части теоретической механики – статика, динамика и кинематика. Основные понятия и положения. Влияние внешних воздействий на архитектурную композицию. Основные понятия статики: сила, система сил, эквивалентные системы, равнодействующая системы сил, равновесие системы сил; абсолютно твёрдое (жесткое) тело; материальная точка; свободное тело;. Силы распределённые и сосредоточенные. Момент силы – понятие, знак. Связи – функции и направление. Реакция связей. Кинематика системы тел. Степени свободы точки, диска. Условия геометрической неизменяемости..
	Система сходящихся сил. Равнодействующая системы, графический и аналитический способы её определения. Условие равновесия системы сходящихся сил. Теорема о трех силах. Теорема Вариньона. Система параллельных сил. Силы, направленные в одну сторону. Теорема о равнодействующей двух сил. Силы, направленные в противоположные стороны, теорема о равнодействующей
	Теорема о поведении равнодействующей при повороте сил. Центр параллельных сил. Центр тяжести тела. Теоремы о переносе силы параллельно самой себе в плоскости и пространстве, о переносе пары, о равнодействующей пары
	Произвольная система сил. Приведение произвольной системы сил к общему центру. Определение центра приложения силы, исключающего вращение. Главный вектор и главный момент. Определение и свойства. Различные случаи приведения плоской системы произвольно расположенных сил. Условия равновесия (главная форма и частные случаи).
		-	-	-	-	-	-	зачёт.
Практические занятия 3 семестр
	Векторная алгебра. Действия с векторами: сложение, разложение, графические и аналитические методы. Проекции на оси, плоскости.
	Контольная работа по первому занятию. Исследование геометрической неизменяемости и мгновенной изменяемости плоских стержневых систем.							.
	Система сходящихся сил. Опеделение суммы и равнодействующей. (Графический, графо-аналитический методы решения задач и метод проекций). Равновесие трёх непараллельных сил.
	Равновесие сходящихся сил. Определение усилий в узле фермы. (Графический, графо-аналитический методы). Контрольная работа: Определение равнодействующей и суммы сил.
	Система параллельных сил. Сложение сил. Вычисление равнодействующей и точки её приложения. Равновесие.						Р1
	Контрольная работа: определение равнодействующее параллельных сил. Центр тяжести. Определение центра тяжести простых фигур.
	Определение центра тяжести сложных фигур.
	Момент пар сил. Сложение пар сил. Равновесие пар сил. Момент силы относительно точки. Теорема Вариньона.							.
	Контрольная работа: определения моментов относительно центра. Определение момента пары. Определение опорных реакций однопролетных балок путём приведения нагрузки к трём силам. .							Сдача РГР №1
	Произвольная система сил. Определение равнодействующей произвольной плоской системы сил. Три формы равновесие произвольной плоской системы сил в плоскости.						Р2
	Произвольная система сил. Определение опорных реакций разрезных многопролетных балок.
	Произвольная система сил Расчет опорных реакций ферм и рам.
	Определение усилий в стержнях фермы.
	Трение. Определение неизвестных из условия предельного равновесия с учетом сил трения. Устойчивость от опрокидывания при боковой нагрузке.							Сдача РГР №2
	Определение реакции по линиям влияния
	Итоговая контрольная работа с защитой 4-5 студентами от имени подгупп (пятёрок)
	Итого по 3 семестру						-
Модуль 2. Сопротивление материалов. Лекции 4 семестр.
	Наука о сопротивлении материалов. Основные понятия – прочность, жесткость, устойчивость. Расчётная схема. Классификация элементов. Метод сечений. Внутренние силовые факторы –N, M, Q. Эпюры усилий. Виды деформаций, соответствующие составляющим главного вектора и главного момента. Напряжения полные, нормальные и касательные. Напряжения по наклонным площадкам. Закон парности касательных напряжений. Главные площадки. Абсолютная и относительная продольные деформации.
	Растяжение и сжатие. Диаграммы растяжения и сжатия пластичных и хрупких материалов. Закон Гука. Модуль упругости. Принцип Сен-Венана. Изменение поперечных размеров при растяжении и сжатии. Коэффициент Пуассона.
	Чистый сдвиг. Условие прочности при сдвиге. Закон Гука при сдвиге. Модуль упругости второго рода. Зависимость между модулем упругости первого и второго рода. Смятие, срез, скалывание.
	Кручение. Напряжения, деформации, перемещения. Три типа задач сопротивления материалов. Расчёт на прочность при растяжении и сжатии и кручении.
	Изгиб. Изгибающий момент и поперечная сила, правило знаков. Чистый изгиб. Гипотезы, нормальные напряжения при чистом изгибе. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью нагрузки. Поперечный изгиб. Касательные напряжения. Формула Д.И.Журавского для касательных напряжений. Распределение касательных напряжений в сечениях балок различной формы.							тестирование
	Перемещения при изгибе. Дифференциальное уравнение оси изогнутого бруса и его решение. Метод непосредственного интегрирования. Граничные условия. Статически неопределимые задачи
	Сложное сопротивление. Косой изгиб. Нулевая линия, силовая линия, плоскость кривизны, напряжения. Прогиб и угол поворота. Условие прочности. Внецентренное сжатие коротких стоек. Общий случай. Напряжение. Нулевая линия Ядро сечения. Построение ядра сечения простейших сечений.
	Устойчивость сжатых стержней. Формула Эйлера для определения критической силы. Подбор сечений сжатых стержней с учётом устойчивости. Методы обеспечения устойчивости.
	Основы расчёта на динамические нагрузки. Степени свободы, основные понятия, Равновесие. Свободные колебания
	Вынужденные колебания, резонанс, биение, динамический коэффициент							тестирование
	Статика сооружений. Классификация сооружений по назначению и способам расчета. Расчетная схема сооружения. Ферма, шпренгельная ферма.
	Статически определимые плоские рамы. Правила знаков. Правила определения внутренних сил в сечениях элементов рамы. Правила построения эпюр Q, M, N для рамных конструкций.							Тестирование
								экзамен
Практические занятия 4 семестр.
	Растяжение и сжатие. Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений. Закон Гука.
	Растяжение и сжатие. Построение эпюр продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Учет собственного веса.						Р3
	Растяжение и сжатие. Статически неопределимые задачи. Самостоятельная работа.
	Контрольная работа: задачи на растяжение. Фермы. 4 способа расчета усилий в стержнях ферм.
	Геометрические характеристики поперечных сечений. Построение главных центральных осей и эллипсов инерций сечений с осью симметрии.						Р1 ч.2	Сдача РГР №3.
	Геометрические характеристики поперечных сечений. Построение главных центральных осей и эллипса инерции сложного сечения.
	Изгиб. Построение эпюр M и Q простых балок.						Р5
	Изгиб. Построение эпюр M и Q разрезной балки.							Сдача РГР №1 (ч.2)
	Изгиб. Подбор сечений балки. Построение эпюры нормальных напряжений.
	Изгиб. Построение эпюр касательных напряжений для балок различных сечений.
	Построение изогнутой оси балки методом начальных параметров.							Контрольная работ: Изгиб
	Внецентренное сжатие. Определение напряжений во внецентренно-сжатых стойках. Построение ядра сечения.						Р1 ч.3	Сдача РГР №5.
	Косой изгиб. Построение нулевой линии и линии кривизны. Расчет прогибов и напряжений
	Расчет стержней на кручение.
	Устойчивость сжатых стержней. Определения критической силы.							Сдача РГР №4 (часть 3).
	Устойчивость сжатых стержней. Подбор сечения сжатого стержня.
	Итого по 4 семестру
	Итого за 2 курс							144 (4 зе)
Модуль 3. Статика стержневых систем Лекции 5 семестр.
	Распорные конструкции (Трехшарнирные арки и рамы). Аналитический расчет трехшарнирной арки. Рациональное очертание оси арки.
	Основные энергетические теоремы для упругих систем. Основные понятия и гипотезы. Обобщенные силы и обобщенные перемещения. Работа внешних сил (теорема Клайперона). Работа внутренних сил. Потенциальная энергия. Теоремы Кастилиано и Лагранжа
	Возможная работа внешних и внутренних сил. Теорема о взаимности работ (теорема Бетти). Теорема о взаимности перемещений (теорема Максвелла).. Теорема о минимуме потенциальной энергии. Теорема и формула Мора. Правило Верещагина.
	Определение перемещений в статически определимых системах от действия внешних сил. Статически неопределимые системы. Степень статической неопределимости. Метод сил. Выбор основной системы метода. Уравнение совместности деформаций
	Канонические уравнения метода сил. Коэффициенты канонических уравнений метода сил. Эпюры внутренних усилий статически неопределимых рам.
	Метод сил. Уравнение трёх моментов Расчёт статически неопределимых балок методом сил Усилия от осадки опор и перепада температур.
	Расчёт статически неопределимых ферм
	Определение перемещений в статически неопределимых стержневых системах
Практические занятия 5 семестр.
	Определение усилий в шпренгельной ферме
	Построение эпюр усилий в простых рамах (методом сечений).						Р6
	Построение эпюр усилий в рамах с наклонным стержнем (методом сечений).
	Построение эпюр усилий в составных рамах (методом характерных сечений).
	Определение усилий в распорных конструкциях (трехшарнирных рамах).							Контрольная работа.
	Определение усилий в распорных конструкциях (трехшарнирных арках).		6,7				Р7	Сдача РГР №6.
	Определение перемещений в статически определимых конструкциях от силового воздействия.
	Определение перемещений в статически определимых конструкциях от температурного воздействия.							Контрольная работа.
	Определение перемещений в статически определимых конструкциях от смещения опор.							Сдача РГР №7
	Метод сил. Определение внутренних усилий в статически неопределимой раме от действия внешних сил, осадок опор, температурных воздействий.		11,12,13				Р8
	Определение усилий в статически неопределимой ферме		14,15					Сдача РГР №8
	Итоговая контрольная работа							зачёт
	Итого по 5 семестру
Лекции 6 семестр.
	Метод перемещений. Степень кинематической свободы. Канонические уравнения метода перемещений.
	Блок-схемы алгоритмизация методов сил и перемещений.
	Смешанный метод расчёта статически неопределимых конструкций,
	Метод конечных элементов расчёта конструкций.
	Приближенные методы расчёта стержневых систем.
	Обзор: Напряженное состояние плоских конструкций – балка-стенка, фундаменты, основания
	Напряженное состояние плит перекрытий и оболочек
	Анализ разрушений при техногенных и природных катастрофах
								экзамен
Практические занятия 6 семестр.
	Расчёт неразрезной балки						Р8
	Определение перемещений в статически неопределимых конструкциях		4,6
	Метод перемещений. Расчет кинематически неопределимой рамы на действие внешних сил. Выбор основной системы. Построение единичных и грузовых эпюр. Нахождение и проверка правильности коэффициентов канонических уравнений.						Р9	Сдача РГР№8.
	Решение системы канонических уравнений. Построение эпюр внутренних усилий и проверка правильности построения эпюр.
	Расчет статически неопределимых систем смешанным методом.							Сдача РГР №9
	Приближенный расчёт рам
	Определение усилий в пространственных конструкциях
	Итого по 6 семестру
	Итого по 3 курсу							108(3зе)
	Итого по дисциплине							252(7зе)
Самостоятельная работа
	Теоретическая механика, как наука, история её развития.
	Метод проекций. Понятие проекции, направление, знак. Проекция силы на ось и на плоскость.
	Кинематика системы тел. Степени свободы точки, диска. Условия геометрической неизменяемости. Анализ образования геометрически неизменяемых систем. Мгновенно изменяемые системы. Аксиомы статики и следствия из аксиом. Практическое применение аксиом в повседневной жизни. Реакция связей. Виды связей. Конструктивное решение связей. Создать альбом связей.
	Равнодействующая системы параллельных сил. Равновесие системы параллельных сил. Определение центра тяжести, центры тяжести простых фигур. Методы нахождения центра тяжести (симметрии, разбиения и отрицательных масс, экспериментальный метод).							Тестирование
	Пара сил. Основные свойства пары (теорема о равнодействующей пары сил; теорема об алгебраической сумме моментов сил, составляющих пару, следствия из этих теорем). Теорема о переносе силы параллельно самой себе в плоскости и в пространстве. Центр тяжести тела.
	Элементы графической статики. Силовой и веревочный многоугольники. Принцип возможных перемещений. Определение опорных реакций.
	Трение. Законы Кулона. Реакции шероховатых связей. Угол и коэффициент трения. Конус трения и его свойства. Трение на наклонной плоскости. Устойчивость против опрокидывания. Коэффициент устойчивости.							Тестирование
	Линии влияния реакций.
								зачёт
	Нагрузки, их классификация, особые нагрузки. Напряжения по наклонным площадкам. Закон парности касательных напряжений. Главные площадки.
	Наиболее важные свойства материалов – прочность, твердость, упругость, пластичность. Вязкость, ползучесть, релаксация, выносливость. Зависимость упругих и прочностных характеристик от температуры
	Методы расчета строительных конструкций – метод допускаемых напряжений, метод разрушающих нагрузок, метод предельных состояний. Две группы предельных состояний Понятие о Теориях прочности – теория наибольших нормальных напряжений,
	Поперечный изгиб. Определение напряжений, подбор сечений из различных материалов.							тестирование
	Построение изогнутой оси методом начальных параметров.
	Внецентренное сжатие коротких стоек. Общий случай. Напряжение. Нулевая линия Ядро сечения. Построение ядра сечения простейших сечений
	Устойчивость сжатых стержней. Подбор сечений сжатых стержней с учётом устойчивости. Методы повышения устойчивости.							тестирование
	Теория работ и её приложение в решении конструкций
	Метод сил. Вычисление коэффициентов канонических уравнений.
	Контрольная работа
	Составление таблиц коэффициетов метода перемещений							.
	Сравнительный анализ методов сил и перемещений
	Подготовить обзор напряженных состояний оболочек при различных загружениях