Общепризнана лидирующая роль науки, научных исследований по отношению к технике и производству, в том числе в области строительства. Свидетельством этому является появление новых строительных материалов, создание эффективных конструкций и методов их расчёта, возведение и эксплуатация уникальных сооружений, оптимизация конструктивных решений и повышение надёжности.
Строительная наука не стоит на месте, а постоянно развивается. Важнейшими факторами развития являются: создание научного заде-
готовка квалифицированных инженерных и научных кадров. Основ-
ла и практическая реализация новых научных идей, последовательное формирование передовой инженерной и экономическойИ мысли, под-
науки; использование достижений естественных наук; усиление кон-
ные особенности процесса развития:Ддифференциация и интеграция
тактов и взаимосвязи научных дисциплин; математизация и компью-
учных дисциплин), а интеграциябАнеобходима для оперативного использования научныхидостижений не только в строительстве, но и в других отраслях. Пр мером усиления контактов между разделами науки являетсяСпостепенный переход к системному проектированию
теризация; усиление связи между наукой, техникой и производством.
Дифференциация науки связана с усложнением задач и потреб-
ностей практики (примерно каждые 10 лет происходит удвоение на-
сооружений на основе дост жений теории расчёта сооружений и программирования [4].
К строительной науке принято относить, прежде всего, теорию сооружений, строительную механику и механику грунтов, а также строительную физику. В рамках строительной науки ведутся исследования в области материаловедения, проектирования и технологии изготовления строительных конструкций, решаются вопросы технологии, организации и управления строительством, проблемы инже- нерно-технического оборудования городов, зданий и сооружений и экономические проблемы строительства. Основополагающее значение имеют исследования в области механики грунтов и фундаментостроения.
6
1.3. Направления в исследовании строительных конструкций
Наука о строительных конструкциях – это наука о конструктивной форме, её общих закономерностях, теории расчёта и методов изготовления и монтажа.
Научные исследования в области строительных конструкций направлены, главным образом, на развитие (совершенствование и обновление) конструкций для зданий и сооружений различного назначения. Ядром развития строительных конструкций являются исследования теории расчёта сооружений. Их цель – развитие теорий прочности и разрушения, разработка методов статического и динамического расчёта сооружений как пространственныхИсистем, а также методов расчёта на вероятностной основе, базирующихся на использовании статистических методов обработки данныхДо нагрузках, их сочетаниях, свойствах материалов и конструктивных элементов. Достижения в области строительных конструкций являются основным источником повышения надёжности и эффективностиА сооружений. Результаты научных исследований строительных конструкций легли в основу методики расчёта по предельнымбсостояниям, принятой на вооружение проектировщиками разных стран.
Перечисленныеизадачи относятся к конструкциям из различных материалов. Но возн кают специфические задачи для каждого конкретного видаСстро тельных конструкций. В частности, до сих пор отсутствует единая теор я железобетона из-за двойственности самого понятия «железобетон». Есть мнение, что развитие теории железобетона возможно в двух аспектах: железобетона как композитного материала и как конструктивных систем из этого материала, и поэтому теория железобетона должна быть теорией в широком смысле этого слова, т.е. простым набором знаний. Тем не менее предпринимаются попытки создания общей модели железобетона – необходимого условия теории классического типа. Большое практическое значение имеет проблема обеспечения надёжной совместной работы элементов железобетонных конструкций [10].
Совместная работа, взаимодействие элементов конструктивных систем – одно из основных направлений в исследовании строительных конструкций.
7
Исследования в области металлических конструкций направлены, главным образом, на улучшение свойств конструкций и повышение надёжности. На фоне значительных успехов в области технологии изготовления стальных профилей толщиной менее 2 мм ощущается серьёзный недостаток исследований конструкций из них.
Научные дисциплины отличаются не только характером и содержанием изучаемого предмета, но и специфическими, так называе-
мыми конкретно-научными методами. |
И |
Вместе с тем различные науки, несмотря на своеобразие, имеют много общего. Поэтому существуют общенаучные методы и познавательные приёмы, к которым относятД: моделирование и сравнение, идеализация и абстракция, наблюдение и эксперимент, анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и ограничение и др.
Главная цель методологииАнауки – изучение и анализ методов, средств, приёмов, с помощью которых приобретается новое знание. Методология научного исследованияб рассматривает наиболее существенные особенности и признаки методов исследования. Существуют, например, конкретныеиспосо ы осуществления экспериментов, наблюдений и измерен й, но методология выделяет признаки, которые присущи любымСэкспер ментам [8].
Наиболее важным пр ложением методологии науки является постановка проблемы, построение предмета исследования и научной теории, а также проверка истинности результатов.
Наиболее наглядной характеристикой теории является логика научного познания, которая определяется отношением объекта теории к объекту исследования. Пусть, например, для решения какойлибо проблемы железобетонных конструкций (объекта исследования) используется теория, объектом которой является материал железобетон. В этом случае железобетон относится к конструкции как часть к целому, а проблема целого решается через её части (элементы) – такова логика теории. Практика поэлементного (несистемного) проектирования часто оказывается основной причиной расхождений теоретических и опытных результатов исследований и причиной возникновения некоторых проблем взаимодействия элементов в слож-
8
ных конструктивных системах. Однозначное использование теории железобетона с логикой от частного к общему усугубляет проблемы железобетонных конструкций, мало продвигая их решения. Примером может быть проблема взаимодействия или совместной работы элементов, которая длительное время остаётся одной из основных в области строительных конструкций. Для решения этой проблемы нужна теория с логикой от общего к частному (метод дедукции).
Единство основных методов познания и, прежде всего, анализа и синтеза проявляется при системном подходе. Системный подход – это общее направление, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Основная особенность системного подхода – изучение элементов с учётом целого. Любая конструкция – это система, поэто-
му при её исследовании следует применять системный подход. Считается, что системный подход способствуетИ адекватной по-
становке проблем и выработке эффективной стратегии их изучения
[5]. Методологическая специфика системногоДподхода определяется
тем, что он ориентирует исследование на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину, он акцентирует исследование на изучение соединений элементов и их взаимодействие в пространственной системе сооружения.
Системный подходби о щаяАтеория систем являются основой системного анализа,ик процедурам и методам которого обращаются при решении проблем в условиях неопределённости и отсутствии строгой количественнойС оценки. Таковы, например, проблемы, свя-
занные с прогноз рован ем надёжности и долговечности конструкций.
1.Положение технических наук в общей классификации.
2.Цели фундаментальных и прикладных наук.
3.Факторы развития строительной науки.
4.Основные дисциплины строительной науки.
5.Основная цель науки о строительных конструкциях.
6.Особенности современной теории железобетона.
7.Главная цель научной методологии.
8.Примеры общенаучных методов и познавательных приёмов.
9.Место логики в научном познании.
10.Роль системного подхода при исследовании сложных проблем.
9
Лекция 2. ОБОБЩЁННАЯ МОДЕЛЬ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ
Внаиболее общем понимании система – это упорядоченная совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения определённых задач.
Существуют разные системы, классифицированные по опреде-
лённым признакам. Конструктивные системы в этих классификациях не упоминаются, но по ряду признаков на Иразных этапах создания и применения их следует отнести к широкому кругу технических и механических систем. Д
Понятие «строительная конструкция» также связано с составом
ивзаимным расположением частей и элементов, а также со способом их соединения и взаимодействияА. В этих понятиях много общего, очевидно, поэтому термин «система» часто употребляется в смысле конструкции и наоборотб, например, в понятиях пространственной системы или пространственной конструкции подразумевается одно и то же. Часто к системамиотносят отдельные конструктивные части зданий и сооружен й, напр мер, система перекрытия или здания в целом, в частностиС, каркасная система здания. По выражению проф. В.В. Болотина, современные здания – это сложные системы, предназначенные для выполнения разнообразных функций [2]. В.В. Болотин считает понятия «конструкция» и «конструктивная система» тождественными.
Таким образом, если конструкция – это система, то имеются все предпосылки использования системного подхода для их исследования
ипостроения теории. Системами при этом являются конструкции на всех этапах их развития: от проектной модели до реального изделия. Чтобы разобраться с особенностями системного подхода, обратимся к методологическому инструментарию общей теории систем, основные принципы которой применимы к любым системам. Значение общей теории систем неоценимо для развития теории конструкций, так как она вооружает исследователя конструкций общей (принципиальной) моделью и чёткой дедуктивно-диалектической логикой.
10