Наконец, принцип множественности общих систем можно отождествить с принципом эффективности конструктивных систем, так как именно в многообразии вариантов мы находим наиболее приемлемое оптимальное решение.

Таким образом, подтверждая соответствие общесистемных принципов и общих признаков классификации конструкций, преобразуем принципиальную схему иерархической системы (см. рис. 2.2) в общую (принципиальную) модель (см. рис. 2.3), которая может быть положена в основу специализированной теории конструктивных систем.

		Контрольные вопросы
1.	Что такое система?			И
2.	Понятие о конструктивной системе.
3.	Взаимосвязь теорий в системе знаний о железобетонных конструкциях.
4.	Общие принципы систем.		А
5.	Смысл принципа иерархичности.
6.	Принципиальная модель системы.
		б
7.	Основные принципы конструктивнойДсистемы.
8.	Принципиальная модель конструктивной системы.
	и
	Лекция 3. ТЕОРИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ –
	С

ИНСТРУМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Структура и задачи теории конструктивных систем

Основной объект теоретического исследования – конструктивные системы зданий, сооружений или их части, многообразие которых в определенной степени можно объяснить недостатком системных исследований и в связи с этим хаотичностью нормирования, проектирования и строительства. В результате строительства сооружений с неопределённой надёжностью и долговечностью увеличиваются затраты на содержание, снижается безопасность жизнедеятельности.

15

Одной из причин этого является слабая теоретическая база дисциплин, изучающих строительные конструкции, недостаточная связь между ними и отсутствие единой модели конструктивных систем.

Проведению системных исследований способствует специализированная теория конструктивных систем. Для построения такой теории имеются все необходимые компоненты: эмпирическая и теоретическая основы, содержание и логика.

Исходная эмпирическая основа теории включает множество зафиксированных в области строительных конструкций фактов, полученных в ходе экспериментов, наблюдений, обследований и требующих теоретического объяснения. Эмпирическая основа – одна из сторон обобщённой модели конструктивной системы, без которой не

конструктивных систем по критериям, соответствующим принципам

реален полный анализ большого объёма эмпирической информации. Исходную теоретическую основу составляютИ классификация

схемы (см. рис. 2.2), иллюстрирующей процесс теоретического рас-

обобщённой модели, и теоретическаяДмодель в виде принципиальной

крытия конструкции. Принцип структурности раскрывает внутренние

свойства, строение и состав конструкции; принцип функционирова-

ния – общесистемные свойства или поведение; принцип надёжности –

щённой модели, являетсябрасчётный принцип. Теоретическая модель

внешние свойства, определяемые условиями эксплуатации, а принцип

эффективности – качество системы, обусловливающее пригодность
и
конструкции удовлетворять определённыеА	потребности. Основным
инструментом, обеспеч вающ м взаимодействие всех сторон обоб-
С

предусматривает возможность повторения циклов познания в зависимости от сложности решаемой проблемы и способа развития объекта исследования. Объект теоретического исследования – конструктивная система здания, сооружения или их части.

Системный подход определяет логику теории конструктивных систем, т.е. правила логических выводов и доказательств, которые должны допускаться в рамках теории. Логика вытекает из главного системного принципа – познание от общего к частному. Это означает, что для выводов и доказательств по теории конструктивных систем применяется дедуктивный метод, а теория относится к типу дедуктивных.

Основное содержание теории на данном этапе развития составляют основные понятия и принципы обобщённой модели конструктивной системы. Системные принципы – это различные стороны тео-

16

ретической модели, требующие тщательного изучения и совершенствования. Каждый из принципов является предметом специальных теорий и дисциплин (теории расчёта сооружений, строительных конструкций, теории надёжности и эффективности). Главная задача теории конструктивных систем – объединить, синтезировать научные знания на основе системного подхода с целью познания конструкций

иуспешного решения их проблем.

3.2.Конкретизация теоретической модели при исследовании

ча и выбирается конкретный объект исследования. На основе обоб-

Для исследования конструктивных системИформулируется зада-

щённой теоретической модели составляетсяДпрограмма и уточняется

цель исследования. В программе предусматривается разработка или конкретизация моделей для реализации основных принципов теории конструктивных систем.

Начинается исследование с определения целого (конструктив-

ной системы) и частей (элементов), анализа их связей и формирова-

ния структурной модели в виде конструктивной схемы. Конструктив-
		и
ную схему целесообразно сопроводитьАописанием (анализом) конст-
рукции по составу		структуре с разными комбинациями членения на
части.	С		б

При оценке целого целесообразно учитывать условия функционирования системы. Для этого конструкцию привязывают к внешней среде в пространстве и времени путём ограничения её габаритов, определения положения нагрузок, момента замыкания внутренних и наложения внешних связей. Привязка во времени необходима также для последующего учёта возможных изменений свойств элементов, параметров внешней среды и срока службы конструкции.

Для установления геометрических, физических и механических характеристик элементов целесообразно ориентироваться на их классификацию по наиболее важным признакам: взаимосвязи с внешней средой (нагружаемые или ненагружаемые), расчёта (рабочие или конструктивные), структурности (основные или связевые), состояния (с постоянными или изменяющимися свойствами) и др.

17

Особое внимание следует уделить связевым элементам (соединениям), которые должны обеспечивать целостность конструктивной системы.

Наиболее простой моделью функционирования конструктивной системы является описание механизма взаимодействия элементов. Знание механизма взаимодействия позволяет исследователю сформулировать требования к поведению, работе конструкции в различных условиях и обосновать расчётную схему.

В первую очередь функциональные требования связывают с назначением конструкции по несущему или ограждающему признакам. Но зачастую такой подход условен, так как в общем случае все конструкции многофункциональны. Теория систем располагает следующим

доказательством: для реализации технической системой любой его функции необходимо, чтобы хоть один элементИреализовал эту функ-

цию. Это означает, если в конструкции имеются несущие элементы,

то система способна выполнять несущиеДфункции.

Комплексное представление о конструктивной системе можно

получить из структурно-функционального анализа, способа систем-

ного исследования объектов как структурно-расчленённой целостно-

сти, в которой каждый элемент имеет определённое функциональное

назначение. Особенно полезен такой метод при моделировании кон-

структивных систем, в которых типы связей зависят от вида и вели-
	и
чины усилий взаимодействия. А
Результатом функц онального анализа и расчёта несущей кон-
структивной	С	быть	схемы	напряжённо-
	с стемы бмогут

деформированных состоян й отдельных элементов и системы в целом.

К исследованию надёжности, направленной на обеспечение безопасности конструкции, приступают после выбора структурной и расчётной моделей конструкции с учётом взаимодействия с внешней средой. Основными свойствами надёжности являются безотказность и долговечность, которые достигаются обоснованными запасами работоспособности, компенсирующими возможные разбросы нагрузок, несущей способности материалов и отклонениями от технологии изготовления и монтажа изделий.

Поскольку под надёжностью понимается, прежде всего, надёжность функционирования, то и основные модели надёжности связаны с расчётными схемами. Однако для подтверждения надёжности требуется проведение экспериментов, для которых часто необходимы

18

значительные материальные и временные затраты. Если испытания элементов можно провести в количестве, необходимом для гарантированной оценки результатов, то испытания конструктивных систем в целом из-за их сложности обычно уникальны. Основная цель таких испытаний – обнаружение слабейших элементов и уточнение механизмов взаимодействия. С целью сокращения затрат на испытания всё большее внимание уделяется численным экспериментам и статистическому моделированию.

Практически все задачи по обеспечению надёжности систем могут быть решены методами теории надёжности. Особое место применительно к конструктивным системам имеет метод предельных состояний.

Для реализации принципа надёжности конструктивных систем применяют особые модели надёжности в виде структурных схем (рис. 3.1) с последовательным (а), параллельным (б) или смешанным (в) со-

единением элементов.				И
			Д
		А
Р с. 3.1. Структурные схемы надёжности
	б
и

В структурныхСмоделях отражаются не все свойства элементов, да и членение на элементы зачастую условно. Главная цель таких моделей заключается в выявлении связей и степени влияния элементов на надёжность системы.

Эффективность – это степень выполнения требований (технических, экономических) или достижения цели. В общем случае исходным пунктом исследования эффективности является цель исследования. Операция по достижению цели включает стратегию, средства и объект исследования, а также способ измерения эффективности.

Различают три критерия эффективности: пригодность, оптимальность и адаптивность.

С системных позиций целесообразно использовать критерии, позволяющие проводить комплексную оценку решений с учётом временного фактора, например, в виде соотношения полезного эффекта

19