Что мешало развитию методики расчета конструкций в начале 19 века

Лекция 3. Методики расчета конструкций

При расчетах различных конструкций, элементов конструкций или деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость важно не только выбрать расчетную схему, максимально точно соответствующую реальным условиям, но и использовать такие значения сопротивления материала, при котором действительное напряженно-деформированное состояние рассматриваемой системы никогда не достигнет опасного предела.

Величины коэффициентов запаса прочности зависят прежде всего от степени соответствия принятых предположений о расчетной схеме действительным условиям работы. Проще говоря, чем меньше уверенности в правильности выбора расчетной схемы, тем большим следует принимать значение коэффициента запаса. Также коэффициенты запаса должны учитывать возможные отклонения эксплуатационных нагрузок от расчетных, разброс величин опасных напряжений, получаемый при экспериментальном определении, возможную неточность принятых методов расчета, неточность изготовления деталей, степень однородности материала, класс сооружения, экономию материала и др.

При определении упругих и пластических деформаций допускается использовать меньшие величины запаса прочности (более низкие запасы прочности), так как пластические деформации сами по себе не означают разрушение конструкции. При расчете на сопротивление хрупкому статическому разрушению запасы прочности следует повышать из-за опасности таких разрушений, большого влияния неоднородности материала и т. д. При расчете на выносливость (усталостную прочность) конструкций, подвергающихся многократно повторяющемуся воздействию нагрузок, запас прочности также будет повышенным и определяется в зависимости от достоверности определения усилий и напряжений, уровня технологии изготовления и т. д.

На сегодняшний день существует три методики расчета конструкций и деталей машин на силовые воздействия:

1. По допускаемым напряжениям.

2. По разрушающим нагрузкам.

3. По предельным состояниям.

Расчет по допускаемым напряжениям

При данной методике материал рассматривается, как некое упругое тело, деформации которого прямо пропорциональны напряжениям.

Методика расчета по допускаемым напряжениям основана на сравнении расчетных напряжений с так называемыми допускаемыми. Допускаемые напряжения определяются как опасные, деленные на коэффициент запаса k, учитывающий все изложенные выше факторы:

Для пластических материалов опасным напряжением считается предел текучести, за которым следуют значительные пластические деформации:

По этим формулам определяются величины допускаемых напряжений при растяжении [σ]_р и при кручении тонкостенных стержней [т]_к для сталей различных марок.

Для элементов конструкций или деталей машин, выполненных из хрупких материалов, не имеющих ярко выраженного предела текучести, за опасное напряжение принимается предел прочности:

При повторно-переменных нагрузках опасное состояние связано с появлением усталостных трещин, поэтому опасным напряжением считается предел выносливости:

Особенности работы элемента или конструкции могут учитываться введением коэффициентов снижения основных допускаемых напряжений. Ориентировочные значения допускаемых напряжений приведены в таблице 319.1:

Таблица 319.1. Ориентировочные значения допускаемых напряжений

В машиностроении при определении допускаемых напряжений используется один из следующих методов.

Второй метод менее точен, но более прост, поэтому он нашел более широкое применение в практике проектирования, особенно — в проверочных прочностных расчетах. В данной статье допускаемые напряжения, принимаемые в машиностроении, не приводятся.

В СССР в строительной отрасли методика расчета по допускаемым напряжениям использовалась для расчета железобетонных конструкций до 1938 г., металлических и деревянных конструкций до 1955 г. Тем не менее проектировщики старой закалки и сейчас еще рассчитывают металлические конструкции, пользуясь данной методикой, в частности принимая расчетное сопротивление стали 160 МПа. При расчете конструкций, производящихся в большом количестве, такая методика расчета может приводить к завышенному расходу материалов. А вот в индивидуальном строительстве, при расчете конструкций, выполняемых в количестве от 1 до 10, да еще и с учетом того, что расчет производится непрофессиональным проектировщиком, методика расчета по допускаемым напряжениям, на мой взгляд, должна применяться и сейчас.

Расчет железобетонных конструкций без учета стадии пластических деформаций приводил к повышенному запасу прочности и соответственно завышенному расходу материалов, поэтому для расчета железобетонных конструкций в 30-е годы ХХ столетия была разработана более точная методика расчета железобетонных конструкций:

Расчет по разрушающим нагрузкам

При данной методике дополнительно учитывается работа материала в области пластических деформаций в отдельных элементах или сечениях конструкции.

Рассматривая схему разрушения, определяют так называемую разрушающую нагрузку, соответствующую полному исчерпанию несущей способности системы. Условие расчета состоит в том, что эксплуатационная нагрузка должна быть меньше или равна разрушающей нагрузке, деленной на коэффициент запаса прочности. Методика использовалась в СССР для расчета железобетонных конструкций с 1938 до 1955 г., каменных — с 1943 до 1955 г.

Данная методика больше соответствовала действительной работе ж/б конструкций, подтверждалась экспериментально и таким образом способствовала дальнейшему развитию теории железобетона. Главным недостатком методики расчета сечений по разрушающим нагрузкам как и методики расчета по допускаемым напряжениям было использование единого коэффициента запаса. Кроме того, на работу ж/б конструкций большое влияние оказывают трещины в растянутой зоне сечения, точнее не сами трещины, а их наличие, которое может приводить к повышенной коррозии арматуры и как следствие, к снижению несущей способности конструкции. В связи с этим к 50-м годам ХХ столетия была разработана новая методика расчета конструкций:

Расчет по предельным состояниям

Данная методика является дальнейшим развитием методики расчета по разрушающим нагрузкам и на сегодняшний день является основной при расчете строительных конструкций из любых строительных материалов.

Особенность методики расчета по предельным состояниям состоит в том, что рассматривается некоторое расчетное предельное состояние, а один коэффициент запаса заменяется системой расчетных коэффициентов: по напряжениям, по нагрузкам и по условиям возведения и эксплуатации конструкции. Например, при расчете перемычки в сарае, рассчитываемом на 10 лет эксплуатации расчетное сопротивление материала перемычки будет больше, чем при расчете по допускаемым напряжениям или по разрушающим нагрузкам, за счет использования нескольких расчетных коэффициентов. И наоборот, расчетное сопротивление материала балки моста, рассчитываемого на 100 лет эксплуатации, будет меньше.

Принято различать две группы расчетных предельных состояний

Превышение предела первой группы приводит к потере несущей способности конструкции из-за хрупкого, вязкого или усталостного разрушения (расчет, не допускающий подобного разрушения, часто называется расчетом на прочность), или к потере устойчивости из-за изменения геометрической формы или положения некоторых элементов или всей конструкции в целом (расчет по устойчивости).

Превышение предела второй группы нарушает нормальную эксплуатацию конструкции из-за появления недопустимых деформаций, осадок, колебаний и т. д., а также из-за образования трещин или чрезмерного их раскрытия (для ж/б конструкций).

А теперь рассмотрим значения коэффициентов, используемых при расчетах по предельным состояниям более подробно:

Нормативные и расчетные нагрузки

Наибольшие нагрузки и воздействия, установленные СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», которые могут действовать на рассчитываемую конструкцию в процессе нормальной ее эксплуатации, называются нормативными. Нормативные нагрузки используются при расчетах по второй группе предельных состояний.

Расчетные нагрузки используются при расчетах по первой группе предельных состояний (при расчетах на прочность). Расчетные нагрузки определяются как произведение нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке γ_n, учитывающий возможные отклонения нагрузок от их нормативных значений:

Значение коэффициента надежности по нагрузке в зависимости от вида и значения приложенной нагрузки можно определить по следующей таблице:

Таблица 319.2. Некоторые коэффициенты надежности по нагрузке.

Примечание: Коэффициент в скобках применяется в случае, когда уменьшение нагрузки приводит к ухудшению работы конструкции. Значения коэффициентов надежности по нагрузке для различных видов конструкций следует уточнять по СНиП 2.01.07-85. Например, в новой редакции снеговые нагрузки определяются сразу как расчетные, а для определения нормативного значения расчетное значение нужно умножить на коэффициент 0.7.

Более подробно основные виды нагрузок в зависимости от времени их действия рассматриваются отдельно.

Нормативные значения всех нагрузок приводятся в СНиП 2.01.07-85. Например нормативные равномерно распределенные нагрузки на плиты перекрытия, лестницы и полы на грунтах можно определить по следующей таблице:

Таблица 319.3. Нормативные нагрузки (согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»)

Нагрузки могут действовать на конструкцию в различных сочетаниях. Как правило расчет производится на самое неблагоприятное сочетание нагрузок. Принято различать два вида сочетаний нагрузок: основное и особое. Одновременное действие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок называется основным сочетанием. Особое сочетание нагрузок состоит из основного сочетания с добавлением одной из особых нагрузок.

При расчете на основное сочетание нагрузок, включающее только одну, наиболее существенную, кратковременную нагрузку, последняя учитывается полностью. Если включаются две или более кратковременных нагрузки, то их значения снижаются умножением на коэффициент сочетаний n_с = 0,9.

При расчете конструкций на особые сочетания нагрузок расчетные значения кратковременных нагрузок умножаются на n_с — 0,8. При этом особая нагрузка принимается без снижения.

Нормативные и расчетные сопротивления материалов

Основным параметром, определяющим прочностные свойства различных материалов, считается нормативное сопротивление материала R_n (может обозначаться как R_н), Па (кгс/см 2 ). Величина нормативного сопротивления представляет собой значение контрольной или браковочной характеристики данного материала, определяемое соответствующими ГОСТами. Величина нормативного сопротивления определяется путем статистической обработки большого числа опытных данных. При этом обеспеченность значений нормативных сопротивлений материалов должна составлять не менее 0,95, т. е. чтобы не менее чем в 95% случаев материал имел прочность, равную или большую, чем R_n.

При выполнении расчетов по первой группе предельных состояний используют так называемые расчетные сопротивления R, Па (кгс/см 2 ), которые получают делением нормативных сопротивлений на соответствующий коэффициент надежности по материалу γ_m (γ_m > 1):

Коэффициент γ_m учитывает возможные отклонения сопротивлений материалов в неблагоприятную сторону. Численные значения этого коэффициента устанавливаются существующими нормами в зависимости от свойств материалов и статистической изменчивости этих свойств. Нормативные и расчетные сопротивления некоторых марок стали, бетона и арматуры можно посмотреть здесь. Расчетные сопротивления древесины также приводятся отдельно.

Коэффициенты условий работы и коэффициенты надежности по назначению

Наступление предельного состояния зависит не только от значения нагрузок и прочностных характеристик материалов, но также и от условий работы конструкции. Приближенность расчетных предпосылок и расчетных схем, перераспределение внутренних усилий и деформаций, длительность воздействия, многократность повторяемости нагрузки, влияние агрессивности окружающей среды и др. учитываются умножением расчетного или нормативного сопротивления на коэффициент условий работы γ с, определяемый согласно действующих норм.

При этом следует учитывать, какое именно сопротивление: сжатию, растяжению, изгибу, смятию, кручению и т.п., следует использовать для расчетов.

Коэффициенты надежности по назначению принимаются согласно «Правил учета степени ответственности зданий и сооружений. » и составляют:

Для временных зданий и сооружений со сроком службы до 5 лет допускается принимать γ_н = 0.8.

UPD 2016. В этом году актуализирован ГОСТ 27751-14. Согласно этому нормативному документу теперь нет коэффициентов надежности по назначению, а есть коэффициенты надежности по ответственности и эти значения следует принимать по таблице 2:

Таблица 2. (согласно ГОСТ 27754-14)

Кроме того, при расчете различных конструкций необходимо учитывать также планируемый срок эксплуатации, условия эксплуатации и другие факторы.

Как видим, определить расчетное значение нагрузки и сопротивления материала при расчете по предельным состояниям при использовании всех вышеуказанных коэффициентов совсем не просто и потому для людей, не сведущих в расчете строительных конструкций, расчет по допускаемым напряжениям более чем предпочтителен.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Если грубо, то трубы можно рассматривать как некую жидкость. Тогда задача сводится к определению давления на подпорную стенку, с той только разницей, что это не сплошная стенка а стойки. Вроде бы в комментах в статье «Расчет деревянного перекрытия» я приводил решение подобной задачи. Сейчас точно не помню, воспользуйтесь поиском по сайту.

Р приложена на высоте 2/3 Н – распределенная. Реакции на стойки = Р/2= 9430:2=4715 кГ.
Тогда момент, действующий на стойку М = 4715 х 0,5 = 2357 кГ*м
И усилие на конце (вверху) стойки будет= М / 1,5=2357:1,5=1572 кГ

Прошу сообщить, верно ли я рассчитал?

Спасибо за помощь!
Усилие на конце стойки рассчитывается для проведения испытаний,исходя из максимального момента, действующего на стойку при загрузке штабеля. Таким образом испытательная нагрузка будет = 1572х1,25= 1965 кГ.
Методики расчета испытательных нагрузок для таких случаев отсутствуют в НТД.
Еще раз спасибо. Ваш сайт очень качественный.

Добрый день!
Прошу помочь рассчитать высоту штабеля из трех труб диаметром 1м, погруженных на площадку шириной 2,30м, расстояние между двумя трубами первого ряда 0,30м.
Заранее спасибо.

Ваша задача из раздела геометрии, а не теории сопротивления материалов, а тем более к методикам расчета конструкций никакого отношения не имеет.
Просто возьмите циркуль и лист бумаги, да нарисуйте ваши трубы или воспользуйтесь каким-нибудь графическим редактором.
Если так, на глаз, то высота штабеля будет около 1.6-1.7 м, но это на глаз.

Добрый день! Подскажите, а как рассчитывать железобетонные колодцы для кабельной канализации на разрушающую нагрузку? Я в растерянности.

Ответ на ваш вопрос будет зависеть от того, какой формы вы планируете колодцы, будут они монолитными или сборными и на какой глубине. Если монолитный и в форме кольца, то бетон кольца будет работать в основном на сжатие (арочный эффект). При расчете сборных колодцев следует предусмотреть транспортную и монтажную нагрузки и соответственно арматуру. Если колодец будет прямоугольной формы, то стенки колодца можно рассматривать как балку на жестких опорах.
Примерно так.

Добрый день, у Вас неплохо получается простыми словами систематизировано доносить информацию.
В связи с этим, уважаемый Доктор Лом, могли бы вы все-таки уделить больше внимания методикам нелинейного и пластического расчетов для упругих материалов?

Вы так элегантно сформулировали свою мысль, что даже я не ее не понял. Не могли бы вы уточнить, что именно вас интересует?

Док, можно по методике из комментариев (по трубам на стеллаже) рассчитывать бассейн или купалку? Я так понимаю, что нагрузка изменяющаяся по высоте линейно, в случае прямоугольной формы, и 2\3 h стенки берется от верха вниз?

В вашем случае применять подобную методику для расчета стенок бассейна можно только тогда, когда высота стенок значительно меньше длины. Но все равно это будет очень приближенный метод расчета. Если высота стенок сопоставима с длиной, то более правильно рассматривать такие стенки, как пластины с шарнирными опорами или даже жестким защемлением по трем сторонам на действие равномерно изменяющейся нагрузки, при этом максимальное значение нагрузки будет на стороне, противоположной не опертой. Кроме того, если материал стенок достаточно тяжелый, то следует учитывать влияние собственного веса стенки, увеличивающего значение сжимающих нормальных напряжений.
Примеров подобного расчета на моем сайте пока нет.

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Источник

Исторический путь развития конструкций

Взаимосвязь строительных конструкций и архитектурного образа.

Основной задачей архитектуры является организация среды жизнедеятельности человека. Решение её осуществляется с помощью строительных конструкций. Эстетически осмысленная конструкция становится частью архитектуры только лишь тогда, когда конструкция выполняет конкретные задачи:

— выражает замысел архитектора;

— является несущей основой здания;

— выполняет утилитарную функцию.

Выражение художественной образа, формы в конструкции одна из сложных проблем архитектурного проектирования. Решению этой задачи помогают принципы тектоники. Понятие тектоники отражает взаимосвязь архитектурного образа и конструкции. Основные принципы тектоники:

— художественная выразительность материально-пространственной структуры;

— отражения статической работы;

— гармоничное выявление и эффективное использование свойств и качеств строительных материалов;

— отражение основного способа изготовления, технологии и производства конструкций.

От конструктивного решения во многом зависят эстетические свойства произведений архитектуры. Здание должно не только быть, но и выглядеть прочным. Излишек материала вызывает впечатление чрезмерной тяжести; зримая (кажущаяся) недостаточность материала ассоциируется с неустойчивостью, ненадёжностью и вызывает отрицательные эмоции. В ходе развития строительной техники новые принципы архитектурной композиции, отвечающие свойствам новых материалов и конструкций, могут вступать в конфликт с традиционными эстетическими взглядами. Но по мере распространения и дальнейшего освоения конструкции, определяемые ею формы, не только перестают восприниматься как необычные, но и превращаются в массовом сознании в источник эмоционально-эстетического воздействия. Что же касается традиционных форм, то при изменении конструктивных приёмов они могут сохраняться как декоративные, либо как символическое выражение определенного эстетического идеала, утратив прямую связь с конструкцией. Например, ордер, сложившийся в античной Греции как эстетически осознанная стоечно-балочная конструкция из камня, служил подчас не связанным с конструкцией художественным средством в архитектуре барокко и классицизма.

Качественные изменения строительной техники, создание новых конструкций и материалов существенно повлияли на современную архитектуру.

Чтобы уяснить сущность строительных материалов и конструкций, необходимо представить историю их развития, основные этапы архитектурно-технического применения.

Историю строительства можно разделить на два периода:

1) Первый (ранний), когда методы строительства были главным образом эмпирическими;

2) Второй, когда строительная техника в возрастающей степени стала базироваться на научной основе (с XIX в.).

На людей Древнего мира, как и на современников, большое впечатление производили физические размеры сооружений. Вот семь чудес света, перечень которых был составлен в I в. до н.э. и позднее цитировался греческими и римскими авторами:

2) висячие сады Семирамиды в Вавилоне;

3) храм Артемиды (Дианы) Эфесской в Малой Азии;

4) статуя Зевса в Олимпии;

5) гробница царя Мавзола (Мавзолей) в Малой Азии;

6) Колосс Родосский (статуя Гелиоса в Родосе);

7) маяк (Фарос) в Александрии.

В античную эпоху, когда уровень развития строительной техники был низок, для строительства использовались материалы в их природном состоянии.

Дерево применялось в конструкциях перекрытий, крыш и для опор галерей. Использовались стволы пальм, связки из тростника и камыша.

В V в. до н.э. Афины стали центром греческой науки и архитектуры. Греки заложили основы геометрии, механики, статики, что явилось впоследствии основой развития инженерии.

Конструкции общественных зданий и жилья в Греции оставались сравнительно примитивными: стена и стоечно-балочная система.

Массовым материалом для стен был кирпич-сырец, а обожженный кирпич имел ограниченное применение. Широко применялось дерево. В стоечно-балочных конструкциях, наряду с деревянными балками, использовались доски в виде настилов, прокладок, облицовок. Кладка стен и колонн зданий из камня проводилась без раствора — «насухо». Швы тщательно подгонялись, возможно, с притиркой песком. Колонны складывались из цилиндрических блоков-барабанов и скреплялись между собой дюбелями из твердых пород дерева, железа или бронзы, предохранявшими их от смещения.

Развитые греками в VI-IV вв. до н.э. дорический, ионический и коринфский ордера, несмотря на свои конструктивные ограничения, оказывали большое воздействие на архитектурное проектирование вплоть до XX в.

В императорском Риме высокий технический уровень имело строительство из бетона. Пески вулканического происхождения, обладающие цементирующим свойством, при смешивании с известью позволяли получать раствор, напоминающий современное цементное вяжущее. В качестве заполнителя использовались дробленая керамика или кирпич, природный камень или бут от разрушенных строений. Постоянная опалубка выполнялась из сплошной каменной кладки. Прочность бетонных сооружений после отвердевания бетонной массы не вызывала сомнений. Конструкции отличались массивностью: толщина стен иногда достигала нескольких метров.

Значительным вкладом римлян стало дальнейшее развитие свода и купола. Они усовершенствовали их до степени, не превзойденной до середины XIX в. Как правило, применялись истинные своды, что снижало массу сооружения, но требовало устройства кружал, необходимость которых отпадала при возведении сводов с навесной кладкой (ложных сводов).

В Европе дерево использовалось для каркаса стен – так называемый фахверк. В качестве заполнения каркаса применялись кирпич, плетенка из древесных прутьев с обмазкой глиной, саман (глина с соломой) со слоем штукатурки и побелки.

В русской средневековой архитектуре деревянные конструкции имели огромное значение. Дерево как строительный материал было широко доступно в связи с лесными богатствами Руси. Популярности дерева способствовала легкость его обработки, малая теплопроводность, быстрота возведения построек, несмотря на то, что они страдали от гнили и были пожароопасными. Из дерева на Руси строились не только жилые дома для народа, но и богатые дворцы князей и бояр, культовые здания, оборонительные сооружения.

В эпоху феодализма (средние века) строительство велось, в основном, из дерева и камня и базировалось на мастерстве ремесленников. Применялись механизмы, заменяющие ручной труд человека.

Конструктивной основой русского деревянного здания являлась рубленая с помощью топора «клеть», состоящая из сосновых бревен-венцов, уложенных горизонтально с прокладкой из мха и связей — по углам врубками. Широкое применение имели шатровые покрытия над квадратными или восьмигранными в плане объема. Конструкция их была чаще всего рубленой с постеганным уменьшением к верху длины венцов, а с XVII в. встречается и стропильная конструкция, иногда в сочетании с рубленой. Шатры покрывали досками или мелкоразмерными элементами кровли. Применение шатра в венчании храмов привело к созданию великолепных произведений архитектуры. Высоким достижением деревянной строительной техники является многоглавая церковь Преображения в Кижах (1714).

В противовес монолитности древнеримских и романских построек готическая конструкция в большей степени уподобляется современным уравновешенным пространственным каркасам. Заполнение каркаса стало легким, распор уменьшился за счет облегчения массы свода. Стена несла только собственную тяжесть и стала более легкой, так как перестала помогать устойчивости свода, что позволило увеличить проемы и осветить интерьер. Тело стены стали заменять каменной решеткой, ячейки которой стеклили.

В средние века начали использовать железо в качестве затяжек для восприятия распора каменных сводов. С XVI в. применение железа для наслонных стропил (Архангельский собор, 1505—1508) и для каркасов куполов (колокольня «Иван Великий» в Москве, 1600) перестало быть редкостью.

Началом архитектурного освоения металла можно считать строительство чугунных мостов из арочных конструкций пролетами 30-70 м, напоминавших формы каменных мостов. Обычно элементы арок коробчатого сечения длиной до 3 м скрепляли болтами.

В 1801 г. в Сэлфорде (Англия) было построено семиэтажное здание фабрики с внутренним каркасом из чугунных стоек и балок, впервые объединенных в одну систему. Подобный каркас широко применялся в промышленных зданиях вплоть до XX в.

В готическую эпоху преобразуется и конструкция крыш. В романской архитектуре стропильная система, поддерживающая кровлю, часто опиралась на свод, дополнительно нагружая его. Готические строители отошли от этой конструкции, создав деревянную стропильную ферму, опирающуюся на стены.

Первой конструкцией, целиком выполненной из железа, было покрытие в виде шпренгельных ферм пролетом 6,5 м жилого дома во Франции (1785). В Петербурге в 1811 г. по проекту А. Воронихина был сооружен купол Казанского собора диаметром 17,7 м, образованный двумя рядами ребер из полосового железа, опирающийся внизу на общее опорное кольцо. Соединения были осуществлены на болтах или клиньях.

Параллельно с решением задачи увеличения выплавки железа велись поиски способов его обработки. В Англии (1769) появились первые станы для проката тонкого листового, а впоследствии круглого, квадратного и полосового железа. Позднее стали производить прокат уголкового, таврового и зетового железа (Англия, 1820), рельсов (Англия, 1832), двутавров и швеллеров (Франция, 1849).

Использование высокопрочных сталей при рациональных геометрических формах решетчатых конструкций и научных методах их расчета способствовало быстрому увеличению длины пролетов строящихся мостов. В США в 1874 г. был сооружен арочный мост пролетом 157 м. Консольно-балочный Фортский мост (Англия), построенный в 1890 г., имел наибольший пролет 521 м.

Крупной демонстрацией развития стержневых решетчатых высотных сооружений явилось строительство в 1889 г. Г. Эйфелем 300-метровой башни для Всемирной выставки в Париже. Автор использовал для конструкции башни схему шатровой мостовой опоры с четырьмя наклонными опорными пилонами. Для покрытий прямоугольных в плане зданий начинают использоваться решетчатые стальные рамы и арки. На той же парижской Всемирной выставке в покрытии «Галереи машин» использовались трехшарнирные арки пролетом 110,6 м и высотой 45 м. Спаренные решетчатые арки расставлены с шагом более 20 м и соединены между собой решетчатыми прогонами.

Большие остекленные плоскости, единство внутренней и внешней форм, впечатляющая выразительность открытых металлических конструкции ознаменовали собой рождение новой архитектуры металла, для признания и становления которой понадобились еще многие годы.

Выдающийся русский инженер В. Шухов в 1896 г. получил привилегию на сетчатую конструкцию башни в форме однополостного гиперболоида вращения. Пространственный каркас башни образован склепанными между собой прямыми стержнями, соединенными по высоте горизонтальными кольцами. Первая такая башня была построена в Нижнем Новгороде, а впоследствии шуховские башни использовались при строительстве водонапорных башен, морских маяков, опор линий электропередач, вышек военных кораблей.

В 1824 г. при строительстве моста через Рону (Франция) М. Сегюин впервые применил металлические канаты. Эта идея была развита в США Дж. Реблингом. После строительства нескольких висячих мостов им был запроектирован и построен в 1883 г. крупнейший Бруклинский мост в Нью-Йорке с двухъярусной проезжей частью. Центральный 485-метровый пролет моста, поднятого на 40 м над уровнем воды, подвешен на четырех мощных канатах, каждый из которых сплетен из 5296 проволок диаметром 4 мм, а сами канаты закреплены на мощных каменных пилонах.

В европейских странах и, особенно, в США активизируется строительство многоэтажных зданий со стальным каркасом. В Нью-Йорке и Чикаго появляются районы небоскребов. Металлический каркас обеспечивал максимальную типизацию элементов конструкций и высокие темпы строительства. Так, монтаж каркаса Эмпайр-Стейт-Билдинг высотой 400 м (102 этажа) занял всего 6 месяцев, а все строительство здания завершено за 19 месяцев. В 1919—1922 гг. под руководством В. Шухова была построена башня радио-станции на Шаболовке в Москве. Она имела высоту 160 м при диаметре основания 42 м и состояла из шести ярусов. Все ярусы монтировались на земле, внутри башни, телескопически выдвигались в проектное положение и закреплялись болтами на верхнем кольце ранее установленного яруса.

В середине XX в. заклепочные соединения стальных конструкций начинают вытесняться электросваркой. Заслуга в развитии и совершенствовании электросварки принадлежит академику Е. Патону. Созданный им в 1940 г. метод автоматической сварки, впервые внедренный в Советском Союзе, стал во всем мире основным способом соединения элементов металлических конструкций.

В начале XX в. серьезный вклад в теоретическое освоение железобетона внесли ученые России. Они изучили сущность совместной работы бетона и арматуры, определили характер деформаций, дали приближенные методы расчета, создали первые нормы и технические условия.

Параллельно с этим был сделан ряд изобретений, которые имели важное значение для архитектуры: стоечно-балочная каркасная система инженера Ф. Эннебика (1892), безбалочные конструкции перекрытий А. Лолейта (1907), буронабивные сваи А. Страуса (1901), сборные железобетонные элементы (С. Рудницкий и Н. Пятницкий, 1910), каркасно-панельные системы зданий в США (1907-1912) и др. Эти изобретения впоследствии способствовали внедрению в практику строительства всего разнообразия конструкций из железобетона.

Древесина, несмотря на свои положительные качества, стала терять свою значимость в архитектурной практике, превращаясь во «второсортный» материал с применением там, где невозможно использование других материалов. В некоторой степени этому способствовало совершенствование металлических и железобетонных конструкций, их вовлечение в сферу индустриального строительного производства. Существовало даже мнение, что деревянные конструкции не отвечают требованиям индустриального строительства.

С развитием науки и техники к середине XX столетия это необоснованное предположение было опровергнуто появлением клееных деревянных конструкций. Технология изготовления таких конструкций позволяет организовать их массовый выпуск индустриальным методом в механизированных цехах. Развитию клееных конструкций способствовали достижения химической отрасли, производящей высококачественные клеи и средства защиты древесины, которая, соединенная в крупноразмерные элементы синтетическими клеями в условиях высокомеханизированной заводской базы, дала принципиально новый по качеству конструкционный материал, сохранив при этом все свойственные древесине положительные качества.

Значительную роль в развитии форм деревянных клееных конструкций сыграли Всемирные выставки в Брюсселе (1958) и Монреале (1967), где были продемонстрированы на примере множества павильонов оригинальные архитектурно-конструктивные решения.

Важно понимать, что какими бы рациональными не были конструкции (конструктивные элементы) с технической точки зрения, в руках архитектора они представляют собой «сырой материал», который может и должен быть преобразован. Для современной практики характерно рассмотрение конструкций как объектов эстетического освоения и включение их в качестве содержательных элементов архитектурных форм.

Термины и определения соответствуют нормативным документам в строительстве.

Источник