10716

упругое (в некотором приближении) основание. Математически тип связи «упругое основание» можно описать как распределенную по площади или длине конструктивного элемента связь с линейной податливостью (рис.1), то есть такую связь, реакция в каждой точке, которой прямо пропорциональна линейному перемещению в ее направлении. При этом основным параметром, описывающим упругое основание, является модуль Юнга материала. В зависимости от геометрического типа объекта (линейный, поверхностный) модуль упругости может быть представлен в виде производных единиц, отнесенных к различным степеням длины, в этом случае он называется коэффициентом постели.

Рис.1. Модель связи типа «упругое основание»

Большинство грунтовых оснований можно считать упругими лишь условно, поскольку поведение грунта обычно является нелинейным.

По типу воздействия объекты, опирающиеся на упругое основание, можно разделить на 3 группы:

-объекты, подверженные воздействию преимущественно статических нагрузок. К ним можно отнести различные типы фундаментных конструкций зданий и сооружений: фундаментные плиты, балки, отдельно стоящие фундаменты (рис 2, а);

-объекты, воспринимающие помимо статических нагрузок еще и подвижные динамические нагрузки: асфальтобетонное дорожное полотно, дорожные плиты, шпалы железнодорожных и крановых путей (рис 2, б);

-объекты, воспринимающие помимо статических нагрузок и подвижных динамических нагрузок значительные ударные нагрузки. К таким объектам в первую очередь следует отнести покрытия взлетнопосадочных полос аэродромов (рис 2, в).

120

вертикальных перемещений самого фундамента, возникающих в результате включения в работу упругого основания.

В случае, когда основание имеет достаточно однородные свойства по всей площади опирания, фундамент проектируется таким образом, чтобы величины его осадок мало отличались друг от друга в различных точках, вследствие чего вертикальные перемещения не оказывают заметного влияния на напряженно-деформированное состояние надземных несущих конструкций.

Из курса строительной механики известно, что любая неравномерная осадка опорных связей вызывает дополнительные усилия в элементах статически неопределимых систем [4]. Это означает, что при проектировании зданий на неоднородных по составу и свойствам грунтах необходимо учитывать возникновение неравномерных осадок.

Так же неравномерные осадки могут возникать и при однородном упругом основании при значительных различиях в величине давлений под базой колонны.

Литература

1.Лампси, Б. Б. Исследование процессов многоцикловой усталости / Б. Б. Лампси, П. А. Хазов // Вестник Волжского регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук: сб. науч. тр. / Нижегор. гос. архитектур. -строит. ун-т. – Нижний Новгород,

2014. – Вып. 17. – С. 155-159.

2.Лампси, Б. Б. Методы определения собственных частот многоэтажных зданий / Б. Б. Лампси, П. А. Хазов, О. М. Кофорова, А. А. Генералова // Вестник волжского регионального отделения российской академии архитектуры и строительных наук / Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т. – Нижний Новгород, 2016. – № 19. – С. 176-180.

3.Лампси, Б. Б. Прочность тонкостенных строительных конструкций / Б. Б. Лампси. – Москва: Стройиздат, 1987. – 278 с.

4.Лампси, Б. Б. Анализ инженерных методов расчета металлических конструкций на усталость / Б. Б. Лампси, П. А. Хазов // Вестник ВРО РААСН: сб. науч. тр. / Нижегор. гос. архитектур. -строит. ун- т. – Нижний Новгород, 2013. – Вып. 16. – С. 200-203.

122

Чеберева О.Н.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ПРОБЛЕМЫ, ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПОДХОДА К КОГНИТИВНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ В АРХИТЕКТУРЕ

Архитектура соединяет в себе науку и искусство. Когнитивные исследования теории архитектурного формообразования получают междисциплинарный характер и все соответствующие проблемы.

Попытки сравнивать язык архитектуры с его вербальным аналогом, искать в архитектурных композициях художественные приемы, свойственные литературе успешны лишь в той степени, в какой шаблоны архитектуры и приемы манипулирования ими понятны обществу. Не вполне корректно сравнение форм пространственной среды, созданной человеком для самого себя с вербальными средствами коммуникации, когнитивные основы восприятия которых иные. Суть не только в различии механизмов и объемов фонетического и зрительного восприятия, но в том, что создание новых форм и функциональное их насыщение являются в архитектуре, в отличие от языка, самоцелью творческого поиска – создание «иного».

Архитипами следует считать устойчивые элементы форм архитектуры и составляемые из них композиционные структуры, несущие определенные символические значения и соотносимые с эпохой, стилем: те структуры, которые прочно вошли в общепринятый символический ряд. Архетип по своей сути является продуктом межсубъектных социальных взаимодействий и культурных условностей.

Структура визуальной информации характеризуется разной степенью сложности или простоты в соответствии с используемыми средствами композиционной организации. Первичные элементы композиции, их простые признаки, приобретают свойства (сложные признаки) и определяющие композиционные качества: целостность и выразительность (Рис.1а). Иерархия признаков и свойств композиции является отображением системы и ее элементов из теории систем, но при этом целесообразность системы заменена ее выразительностью, а связи элементов - физиомиметическими (природоподобными) средствами композиционной организации, эта иерархическая структура соответствует трехступенчатой структуре когнитома по теории мозга К.В. Анохина.

123

сухожилий, суставов), и соответствующие им возбуждения композиций нейронов. Реализация постулярных начал воображения в архитектурной форме происходит, в основном, в структуре статических и динамических (тонических) осей, а также проявляется при градиентном распределении визуальной массы вдоль этих осей.

Дигестивный режим воображения [2, с. 301] основной физиологической основой является пищевой инстинкт, потребность в потенциальной энергии для построения систем и индивидуального роста конкретного организма (этот процесс и является онтогенезом). Метафора дигестивного режима в архитектуре – масса. Основой ментальных репрезентаций режима «массы» - материальные тела и, шире - вещество в плотном, конденсированном состоянии. Анатомически при включении дигестивного режима доминируют интероцептивные (с рецепторов внутренних органов) сигналы центральной нервной системы (ЦНС). Реализация дигестивных начал воображения концентрируется в соотношении массы и пространства в форме архитектуры.

Копулятивный [2, с. 48] режим воображения cледует трактовать шире поля значений опорного термина, как ритмизующий, т.е. организующий членения, интервалы, пропорции массы и пространства. Он отражает биофизику филогенетически присущих человеку физиологических процессов высшей нервной деятельности, соответствуя одноименной (филогенетической [3, с. 15], т.е. именно антропогенной) модальности мышления. Смыслообразующий подтекст ритмизации – изменчивость, как важнейшее свойство жизни, необходимое для выделения отдельных ощущений и состояний (радость, горе), функциональный – переход от одного процесса к другому, от одного режима к следующему, что действует на психику гармонизирующе. Общим физическим смыслом и архетипической базой копулятивных начал воображения является волновая, т.е. колебательная природа вещества, как такового, в том числе биомассы, и в основе физиологических процессов – электрогенезе ЦНС. Физиологическая основа - сигналы экстероцептивных рецепторов (кожных, зрительных, слуховых, обонятельных), прекогнитивная интроцепция электрогенеза (переменные токи) головного мозга и ЦНС, низкоэнергетических электромагнитных полей клеток тела.

Режимы воображения осваивают пространство, как объективную (т.е. существующую безотносительно имажинера) реальность. Художественной метафорой, предельной гиперболой смысла «временисмерти» может является антимасса, т.е. пустота, вакуум, энергия нулевых колебаний, первоисточник вещества, мира неживой и живой природы. Дифференциацию режимов воображения производил Ж. Дюран, опираясь на труды В.М. Бехтерева. Физиологическая основа - сигналы экстероцептивных рецепторов (кожных, зрительных, слуховых, обонятельных), прекогнитивная интроцепция электрогенеза головного

125

мозга, низкоэнергетических электромагнитных полей клеток тела. По А.А.Ухтомскому влиянием доминант определяются впечатления, образы, убеждения. Связь учения о доминанте с понятием архитектуры как неизбежного искусства - научное изучение опосредованного влияния на массовое сознание.

Рассмотрение формы под таким углом позволяет провести обоснованные аналогии между музыкальной и архитектурной композициями, имеет целью составить стратегию изучения психофизиологии восприятия архитектуры и системную, обоснованную научно стратегию соответствующего исследования архитектурной формы для системного аппаратного исследования на базе лаборатории психофизиологии ФСН ННГУ. Важнейшей задачей является изучение и прогнозирование влияния визуальных монотонных сред и сред с доминированием одного оператора на интеллектуальную, социальную активность человека в урбанизированном пространстве. Уточнение методологии теории архитектурного формообразования возможно только при условии объективного всестороннего изучения проблем визуального восприятия и пространственного мышления испытуемых разных социальных категорий и образовательных уровней с использованием оборудования, позволяющего фиксировать психофизиологические константы и переменные восприятия, стрессмаркеры, функциональные состояния ЦНС, статистические параметры каскадных эффектов. К такому оборудованию относятся – eyetreaker, аппараты ЭЭГ и ЭКГ, тепловизор. Постановка такой серии экспериментов должна строиться на подборе видеорядов архитектурных форм с преобладанием определенного оператора, архетипа, и может строиться по аналогии с соответствующими экспериментами по изучению воздействия формальных аспектов построения музыкальных произведений М.Н. Крейн, в которых изучается пропорциональное построение музыкальных произведений, темпоральный (в архитектурепространственный) аспект построения форм. В том числе М.Н. Крейн [6] ставила эксперименты по мысленной ротации фигур, в подтверждение гипотезы супрамодальности. Интересно в этой связи повторение нейропсихологических исследований антрополога Девида Льюиса Вильямса [7]. Опыты выявивили в воображении и моторике современных испытуемых геометрические примитивы полностью аналогичные неолитическим пещерным изображениям: метрические линейные сетки, орнаменты, концентрические мотивы и ритмические мотивы спиралевидных форм и т.п.

Литература 1. Голов Г.М. Краткий конспект лекций по формообразованию.

Н.Новгород, 2011. (рукопись).

126

2.Gilbert Durand - Les structures anthropologiques de l'imaginaire. Paris: DUNOD, 1992. 536 р.

3.Гусев А.Н. Психофизика сенсорных задач. Системнодеятельностный анализ поведения человека в ситуации неопределенности. М., изд-во Моск. Гос. Ун-та. МПК «Психология», 2004. -316 с.

4.Янковская Ю. С. Архитектурный объект: образ и морфология: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора архитектуры/ Ю.С.Янковская: Моск. Архит.-строит. Ин-т. -М., – 2006. –

[32]c.:ил.

5.Rupert Soar, Physiomimetics: A Process Architecture and Construction Paradigm. Series: Adaptive Ecologies Evening Lecture Series ,

http://www.aaschool.ac.uk/VIDEO/lecture.php?ID=2073]

6.Крейн М.Н. Музыка: Рассказ о Tональной Гравитации, Mелодических Oбъектах, и Движении в Тональном Пространстве. 2014. 142 с. Илл.

7.David lewis-Williams. The mind in the Cave. Consciousness and the Origins of art. London: Themes and Hadson limited, 2004. – 320p.

Кириллова Н. А.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА СТЕРЖНЕЙ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

История развития металлических конструкций в строительстве насчитывает несколько веков. Первоначально металлические конструкции выполнялись из отдельных стержней, объединенных в плоские или пространственные решетчатые конструкции (фермы, арки, купола и т.д.). Сплошностенчатые конструкции, сечения которых составлялось из отдельных плоских листов, начали применяться несколько позже и в гораздо меньших объемах, чем решетчатые. Одним из первых примеров использования сплошностенчатых конструкций, является железнодорожный мост «Британия», построенный Стефенсоном в 40-х годах ХIX века в Англии. Сечение моста выполнено в виде прямоугольной трубы, полки и стенки которой были выполнены из листовой стали и воспринимали изгибающие моменты и продольные силы [1].

Широкое применение сплошностенчатых конструкций, в основном двутаврового сечения, началось после внедрения электросварки, особенно автоматизированной. Сварные двутавры начали использоваться в качестве подкрановых балок, элементов каркаса зданий, в пролетных строениях

127

мостов и т.д. Сплошностенчатые сварные конструкции из листовой стали позволили отказаться от большого количества мелких конструктивных и соединительных элементов, присущих решетчатым конструкциям. При этом некоторое увеличение массы их основного сечения зачастую с избытком компенсируется исключением массы соединительных элементов, возможностью использования стенки для восприятия одновременно продольной и поперечной сил и уменьшением общей высоты сечения, а, следовательно, и строительного объема здания.

Вместе с тем следует отметить, что анализ и проектирование сплошностенчатых конструкций переменного сечения является сложной и малоизученной задачей. В действующих нормативных документах отсутствуют какие-либо рекомендации по их расчету. Главным препятствием для этого является отсутствие методики расчета на устойчивость элементов переменной жесткости. Расчеты конструкций, в составе которых имеются такие элементы, могут производиться только численно, методом конечных элементов (МКЭ), что подтверждается рядом статей [4, 5, 6]. Однако, расчет элементов переменной жесткости с помощью расчетных комплексов в их плоскости не показывает реальной несущей способности и устойчивости таких конструкций.

Фундаментальные исследования проблемы устойчивости стержней выполнены многими учеными, среди которых следует отметить работы Ясинского Ф. С., Л. Эйлера, Н. К. Снитко, А. Р. Ржаницына, М. Д. Корчака и др. Множество работ посвящено устойчивости стержней переменной жесткости.

Необходимо отметить тот факт, что до сих пор нет единого мнения о методике определения коэффициента расчетной длины элемента переменного сечения. В настоящее время в различной литературе приводится ряд методик по определению коэффициента расчетной длины колонны переменного сечения. Эти методики построены на принципах:

1.Отыскания приведенного коэффициента расчетной длины.

2.Отыскания приведенного момента инерции колонны переменного сечения.

3.Отыскания приведенной высоты колонны переменного сечения. Однако эти исследования показали значительное отличие значений

коэффициентов расчетной длины, определенных по этим методикам. Первые решения практических задач об устойчивости стержней

переменной жесткости были сделаны академиком Александром Николаевичем. Динником, который предложил интегрировать дифференциальные уравнение продольного изгиба стержней, у которых жесткость изменяется по степенному закону, в функциях Бесселя. Впоследствии им так же рассмотрены задачи устойчивости при изменении жесткости по гиперболическому, показательному, ступенчатому закону, а

128

также для синусоидальной, косинусоидальной, эллиптической и других типов форм стоек [7].

Огромный вклад в развитие решений задач устойчивости стержней переменной жесткости был произведен А. Р. Ржаницыным [8]. Следуя А. Н. Диннику, он исследовал центрально-сжатые стержни, жесткость которых изменяется по степенному закону, однако результаты его исследования охватывают большее количество практически значимых частных случаев. В его монографии впервые в отечественной литературе представлен обзор приближенных методов расчета упругих стержней переменной жесткости на устойчивость. Все методы выделены в две большие группы: методы последовательных приближений и методы сведения к системе алгебраических уравнений.

Таким образом, для расчета стержневых элементов переменной жесткости необходимо знать формы потери устойчивости. При этом жёсткость изменяется по определённому закону.

Для рассмотрения данной проблемы в настоящей работе проведен анализ устойчивости отдельно стоящей шарнирно опертой колонны переменного сечения.

Расчетная схема отдельно стоящей колонны переменного сечения приведена на рис.1

а) б) Рис. 1. а – расчетная схема отдельно стоящей колонны переменного

сечения; б – переход колонны в неравновесное состояние

Для экспериментального определения расчетных длин колонн переменного сечения предлагается проведение ряда опытных испытаний образцов с различными геометрическими параметрами. После потери устойчивости необходимо выполнить аппроксимацию, т.е. математически описать уравнение оси стержня в отклоненном состоянии. Расстояние между точками перегиба при этом будет являться расчетной длинной. В этом случае становится возможным применение подхода Л.Эйлера с учетом того, что жесткость стержня является функцией координаты, а также нового уравнения оси стержня.

129