Будівельна механіка, наука про принципи і методи розрахунку споруд на міцність, жорсткість, стійкість і коливання. Основні об'єкти вивчення С. м. — плоскі і просторові стрижньові системи і системи, що складаються з пластинок і оболонок . При розрахунку споруд враховується цілий ряд дій, головними з яких є статичні і динамічні навантаження і зміни температури. Мета розрахунку полягає у визначенні внутрішніх зусиль, що виникають в елементах системи, у встановленні переміщень її окремих крапок і з'ясуванні умов стійкості і коливань системи. Відповідно до результатів розрахунку встановлюються розміри перетинів окремих елементів конструкцій, необхідні для надійної роботи споруди і забезпечуючі мінімальні витрати матеріалів. В С, що розробляється. м. теорія розрахунку базується на методах теоретичною механіки, опору матеріалів, теорій пружності, пластичності і повзучості (див. Пружності теорія, Пластичності теорія . Повзучість ) .
Інколи С. м. називається теорією споруд, маючи при цьому у вигляді весь комплекс вказаних вище дисциплін, які в сучасній науці про міцність настільки тісно взаємозв'язані, що точне встановлення їх кордонів скрутне. Інше (тепер уже застаріле) назва С. м. — статика споруджень — виникло в той час, коли в С. м. не включалися питання динамічного розрахунку (див. Динаміка споруджень ) .
Основні методи С. м. Для виконання розрахунку споруди встановлюють його розрахункову схему (модель). З цією метою з реальної споруди в думках видаляють елементи, місцеві навантаження, що сприймають лише, і споруди, що практично не беруть участь в роботі, в цілому, і отримують схему (як би скелет) споруди, що ідеалізується, спрощену. Елементи споруди на розрахунковій схемі умовно зображаються у вигляді ліній, плоскості, а також деяких кривих поверхонь. Відповідно до тих, що розглядаються в С. м. системами споруд розрізняють розрахункові схеми 3 видів: дискретні, такі, що складаються з окремих стрижнів або елементів, зв'язаних між собою у вузлах (ферми, рами, арки); контінуальниє, що полягають, як правило, з одного безперервного елементу (наприклад, оболонки); діськретно-контінуальниє, що містять поряд з контінуальнимі частямі також і окремі стрижні (наприклад, оболонка, що спирається на колони). У розрахунках враховується спільність (взаємозв'язана) деформацій всіх елементів споруди.
системи споруд, що Зустрічаються на практиці, залежно від методики їх розрахунку, підрозділяють на 2 основних типа: статично визначні системи, які можуть бути розраховані з використанням лише рівнянь статики; статично невизначні системи, для розрахунку яких на додаток до рівнянь статики складаються рівняння спільності деформацій.
При розрахунку дискретних статично невизначних систем (для яких справедливий принцип незалежності дії сил) застосовують 3 основних методу: метод сил, метод переміщень і змішаний. При розрахунку по методу сил частина зв'язків (див. Зв'язки в конструкціях ) у вибраній розрахунковій схемі споруди «відкидається», з тим щоб перетворити задану систему статично визначну і геометрично незмінну (основну) систему. «Відкинуті» зв'язки замінюють силами (т.з. зайвими невідомими), для визначення яких складають (виходячи з умови тотожності деформацій основної і заданої систем) канонічні рівняння. Знайдені при вирішенні цих рівнянь зайві невідомі «прикладаються» разом з навантаженням до основної системи як зовнішні сили, після чого визначаються (методами опору матеріалів) внутрішні зусилля в елементах системи і переміщення її окремих крапок. На відміну від методу сил, при методі переміщень основна система виходить з даної шляхом накладення додаткових (зайвих) зв'язків, з тим щоб перетворити її на поєднання елементів, деформації і зусилля яких заздалегідь вивчені. За зайвих невідомих приймаються переміщення по напряму зайвих зв'язків. Для їх визначення складається система рівнянь, витікаючих з умови рівності нулю реакції в зайвих зв'язках. Змішаним методом є поєднання методів сил і переміщень; основна система утворюється шляхом видалення одних і накладення ін. зв'язків. Тому зайвими невідомими є і сили, і переміщення.
При розрахунку контінуальних статично невизначних систем за невідомих приймають функції переміщень або зусиль, для визначення яких складають необхідні диференціальні рівняння. В результаті рішення останніх знаходять величини внутрішніх силових чинників (зусиль). Використання в розрахунковій практиці ЕОМ(електронна обчислювальна машина) дозволяє застосовувати для розрахунку контінуальних систем також і дискретні розрахункові схеми. В цьому випадку контінуальную систему розділяють на т.з. кінцеві елементи, які з'єднуються між собою жорсткими або пружними зв'язками. При розрахунку систем з розділенням їх на кінцеві елементи застосовується як метод сил, так і метод переміщень, причому, якщо вибір методу при розрахунку традиційними способами зв'язувався з кількістю спільно вирішуваних рівнянь, то з появою ЕОМ(електронна обчислювальна машина) перевага, як правило, віддається методу переміщень, що дозволяє простіше визначати коефіцієнти при невідомих. Для визначення переміщень пружних систем застосовується формула Мору, отримана на базі основних теорем С. м., і, зокрема, узагальненого принципу можливих (віртуальних) переміщень (див. Можливих переміщень принцип ) .
При обліку пластичних деформацій матеріалу завдання стає фізично нелінійним, т.к. в цьому випадку принцип незалежності дії сил непридатний. Зустрічаються також геометрично нелінійні системи, при розрахунку яких унаслідок значної величини переміщень необхідно враховувати зміни геометрії системи і зсув навантаження в процесі деформації. При розрахунку нелінійних систем зазвичай застосовується метод послідовних наближень, причому в межах кожного наближення система вважається пружною.
Важливим завданням С. м. є вивчення умов стійкості і коливань споруд. При розрахунках на стійкість застосовуються статичні, енергетичні і динамічні методи, за допомогою яких визначаються критичні параметри, що характеризують сукупність сил, що діють. Величини критичних параметрів (у простих випадках — критичних сил) залежать від геометрії споруди, особливостей навантажень і дій, а також від констант, що характеризують деформатівность матеріалу. Найбільш складними є розрахунки споруд на стійкість при дії динамічних сил. Теорія коливань в С. м., окрім методів визначення частот і форм коливань споруд, містить розділи, присвячені питанням гасіння вібрацій, принципам і методам віброізоляції.
Використання ЕОМ(електронна обчислювальна машина) дозволяє широко застосовувати при вирішенні завдань сучасною С. м. методи лінійної алгебри з матричним записом не лише систем рівнянь, але і всіх обчислень, пов'язаних з визначенням силових чинників і переміщень, критичних навантажень і т.д. У зв'язку з цим складаються спеціальні алгоритми і програми з повною автоматизацією всіх обчислювальних процесів.
Історична довідка. На різних етапах розвитку С. м. методи розрахунку споруд в значній мірі визначалися рівнем розвитку математики, механіки і науки про опір матеріалів.
До кінця 19 ст в С. м. застосовувалися графічні методи розрахунку, і наука про розрахунок споруд носила назву «Графічна статика». На початку 20 ст графічні методи стали поступатися місцем досконалішим — аналітичним, і приблизно з 30-х рр. графічними методами практично перестали користуватися. Аналітичні методи, що зародилися в 18, — початку 19 вв.(століття) на основі робіт Л. Ейлера, Я. Бернуллі, Же. Лагранжа і С. Пуассона, були недоступні інженерним кругам і тому не знайшли належного практичного вживання. Період інтенсивного розвитку аналітичних методів настав лише в 2-ій половині 19 ст, коли в широких масштабах розвернулося будівництво залізниць, мостів, крупних промислових споруд. Труди Дж. До. Максвелла, А. Кастільяно (Італія), Д. І. Журавського поклали початок формуванню С. м. як науки. Відомий русявий.(російський) учений і інженер-будівельник Л. Д. Проськуряков вперше (90-і рр.) ввів поняття про лінії впливу і їх вживання при розрахунку мостів на дію рухливого навантаження. Наближені методи розрахунку арок були дани франц.(французький)узським ученим Брессом, а точніші методи розроблені Х. С. Головіним . Істотний вплив на розвиток теорії розрахунку статично невизначних систем надали роботи До. О. Мору, що запропонував універсальний метод визначення переміщень (формула Мору). Велике наукове і практичне значення мали роботи по динаміці споруд М. Ст Остроградського, Дж. Релея, А. Сен-Венана . Завдяки дослідженням Ф. С. Ясинського, С. П. Тимошенко, А. Н. Дінника, Н. В. Корноухова і ін. значний розвиток отримали методи розрахунку споруд на стійкість. Крупні успіхи в розвитку всіх розділів С. м. були досягнуті в СРСР. Працями сов.(радянський) учених А. Н. Крилова, І. Р. Бубнова, Би. Р. Галеркіну, І. М. Рабіновіча, І. П. Прокофьева, П. Ф. Папковіча, А. А. Гвоздева, Н. С. Стрілецького, Ст З. Власова, Н. І. Безухова і ін. були розроблені методи розрахунку споруд, що набули широкого поширення в проектній практиці. У наукових установах і вузах СРСР створені і успішно розвиваються нові наукові напрями в області С. м. Важливим проблемам С. м. присвячені дослідження В. В. Болотіна (теорія надійності і статистичні методи в С. м.), І. І. Гольденблата (динаміка споруд), А. Ф. Смирнова (стійкість і коливання споруд) і ін.
Проблеми сучасною С. м. Одному з актуальних завдань С. м. є подальший розвиток теорії надійності споруд на основі використання статистичних методів обробки даних про навантаження, що діють, і їх поєднання, про властивості будівельних матеріалів, а також про накопичення пошкоджень в спорудженнях різних типів. Великого значення набувають дослідження по теорії граничних станів, що мають на меті перехід до практичного розрахунку споруд на основі імовірнісних методів. Важливе завдання С. м. — розрахунок споруд як єдиних просторових систем, без розчленовування їх на окремі конструктивні елементи (балки, рами, колони, плити і т.д.); вона пов'язана з необхідністю використання тих запасів здатності споруд, які не можуть бути виявлені при поелементному розрахунку, що несе. Такий підхід дозволяє отримувати точнішу картину розподілу внутрішніх зусиль в спорудах і забезпечує істотну економію матеріалів. Розрахунок споруд як єдиних просторових систем вимагає подальшого розвитку методу кінцевих елементів; останній дає можливість розраховувати вельми складні споруди на дію статичних, динамічних (в т.ч. сейсмічних) і ін. навантажень. Великий науковий інтерес представляють: розробка методів рішення фізично і геометрично нелінійних завдань, які більш повно враховують реальні умови роботи споруд; вивчення питань оптимального проектування будівельних конструкцій з використанням ЕОМ(електронна обчислювальна машина); проведення досліджень, пов'язаних з розробкою теорії руйнування споруд, зокрема, питань їх «живучості»), що особливо важливе для будівництва в районах, схильних до землетрусів.
Літ.: Тимошенко С. П., Історія науки про опір матеріалів з короткими відомостями по історії теорії пружності і теорії споруд, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1957; Будівельна механіка в СРСР. 1917—1967, М., 1969; Кисельов Ст А., Будівельна механіка, 2 видавництва, М., 1969; Снітко Н. До., Будівельна механіка, 2 видавництва, М., 1972; Болотин Ст Ст, Гольденблат І. І., Смирнов А. Ф., Будівельна механіка, 2 видавництва, М., 1972.
