Designschemat för en struktur - i strukturell mekanik , en förenklad bild av en struktur, accepterad för beräkning. Det finns flera typer av beräkningsscheman som skiljer sig åt i huvudhypoteserna som ligger till grund för beräkningen, såväl som i den matematiska apparatur som används i beräkningen. Ju mer exakt beräkningsschemat motsvarar den faktiska strukturen, desto mer tidskrävande är beräkningen.
Beräkningsschemat består av villkorliga element: stavar , plattor , skal, arrayer och bindningar.
Stavar används i designscheman för stångkonstruktioner (pelare, balkar , bågar , etc.), system av sådana strukturer ( fackverk , ramar , nätskal), såväl som för ungefärlig beräkning av plana strukturer (till exempel bärande väggar) av byggnader).
Triangulära och rektangulära plattor är de huvudsakliga finita elementen i beräkningen av plana strukturer (väggar och golvplattor i byggnader) med finita elementmetoden .
Skal är ett beräkningsschema för olika rumsliga strukturer (kupoler, valv, skal).
Arrayer i designscheman används som regel som icke-deformerbara stöd av spännkonstruktioner baserade på en komprimerbar bas.
Länkar i designscheman förbinder individuella element, såväl som strukturen med basen. I designscheman skiljer sig anslutningarna åt i antalet frihetsgrader som de tar bort från systemet. Anslutningar kan vara diskreta och distribuerade (kontinuerliga). Stavar och plattor förbundna med fördelade kopplingar kallas kompositstavar och plattor [1] .
En flervåningsbyggnad är ett komplext rumssystem, som, beroende på antalet våningar, struktursystemets egenskaper och befintliga belastningar, beräknas med varierande detaljeringsgrad med hjälp av olika designscheman. I modern designpraxis utförs beräkningen av en byggnad som regel med hjälp av speciella program som använder datorteknik [2] [3] .
Med ett endimensionellt designschema betraktas byggnaden som en fribärande tunnväggig stång eller ett system av stavar, elastiskt eller styvt fixerade vid basen. Det antas att den tvärgående konturen av en stång eller ett system av stavar är oföränderlig.
Med ett tvådimensionellt designschema betraktas byggnaden som en platt struktur, som endast kan ta emot en sådan extern belastning som verkar i dess plan. För att bestämma krafterna i vertikala bärande konstruktioner antas villkorligt att de alla är placerade i samma plan och har samma horisontella förskjutningar i golvnivån.
Med ett tredimensionellt designschema betraktas en byggnad som ett rumsligt system som kan uppfatta det rumsliga systemet av belastningar som appliceras på den.
I diskreta designscheman bestäms okända krafter eller förskjutningar för ett ändligt antal systemnoder genom att lösa system med algebraiska ekvationer. Diskreta beräkningsscheman är mest lämpade för beräkning med finita elementmetoden. Sådana scheman används ofta för att modellera inte bara stavsystem utan också solida plattor och skal.
I diskreta kontinuumdesignscheman specificeras okända kraftfaktorer eller förskjutningar som kontinuerliga funktioner längs en av koordinataxlarna. Okända funktioner bestäms genom att lösa ett gränsvärdesproblem för ett system av vanliga differentialekvationer. Diskret-kontinuum designscheman användes särskilt allmänt under 1960-80-talet av förra seklet för att beräkna väggar och vertikala förstyvningsmembran i flervåningsbyggnader med ett regelbundet arrangemang av öppningar, när datorernas beräkningskapacitet var mycket begränsad. Dessa designscheman är baserade på teorin om kompositstavar, som 1938-1948. utvecklad av A. R. Rzhanitsyn [4] [5] . Tydligen användes teorin om kompositstavar för första gången i [6] . Härefter R. Rosman, [7] . P. F. Drozdov [8] , D. M. Podolsky [9] och andra författare föreslog olika modifieringar av teorin om sammansatta stavar för beräkning av byggnader med ett ökat antal våningar.
I teorin om kompositstavar antas det att stavarna deformeras endast av längsgående krafter och böjning. Samtidigt har vertikala styvhetsmembran hos flervåningsbyggnader ofta sådana dimensionsförhållanden i plan och höjd av byggnaden, för vilka det är nödvändigt att ta hänsyn till skjuvdeformationer. Beräkningen av rumsliga sammansatta system av flervåningsbyggnader, med hänsyn till skjuvdeformationer baserade på syntesen av teorin om kompositstavar av A. R. Rzhanitsyna och teorin om tunnväggiga rumsliga system av V. Z. Vlasov [10] , utvecklades av V. I. Lishak [2] [11] , B. P Wolfson [12] och andra författare.
I kontinuumdesignscheman specificeras okända kraftfaktorer eller förskjutningar som kontinuerliga funktioner längs två eller tre koordinataxlar. Okända funktioner bestäms genom att lösa ett gränsvärdesproblem för ett system av partiella differentialekvationer. I vissa fall gör användningen av ett kontinuumberäkningsschema det möjligt att få en lösning i form av slutliga formler. Dessa fall är dock mycket sällsynta. Därför används ett sådant beräkningsschema sällan.
Exempel på tvådimensionella designscheman för en vägg med öppningar, som är ett vertikalt membran av byggnadens styvhet, visas i figuren till höger.