Роль и значение дисциплины «Анализ структуры зданий» в архитектурном проектировании

1.

Тема: Роль и значение
предмета «Анализ
структуры зданий» в
архитектурном
проектировании.
В данной теме
освещаются цель, задачи
данного предмета и его
место в процессе
архитектурного
проектирования.
Докладчик: Ражапова Ш.Қ.

2. План:

1. Фундаментальная цель дисциплины
«Анализ структуры зданий»
2. Основные задачи, стоящие перед дисциплиной
3. Роль и практическое значение в процессе
архитектурного проектирования
4. Современные технологии и цифровой
анализ (CAE/BIM)

3.

Введение
•Архитектура представляет собой синтез искусства и инженерного дела, целью
которого является создание безопасного, функционального и эстетически
совершенного пространства для человечества. Однако, чтобы любая архитектурная
идея воплотилась в реальном мире, она должна подчиняться законам физики и
механики. Именно на стыке этих аспектов на передний план выходит дисциплина
«Анализ структуры зданий» (анализ строительных конструкций и строительной
механики).
•Данный предмет считается «скелетом и сердцем» современной системы
архитектурного проектирования (Architectural Design). Ниже представлен
всесторонний анализ фундаментальной основы, задач, роли этой дисциплины в
современной архитектуре, а также её практического значения на этапах
проектирования.

4.

1. Фундаментальная цель дисциплины «Анализ
структуры зданий»
• Главная цель дисциплины — определение и расчет наиболее оптимальной
конструктивной системы с обеспечением прочности (strength), устойчивости
(stability) и долговечности (durability) здания.
• В архитектуре эта цель направлена на поиск баланса между тремя
основными критериями:
• Безопасность (Safety): Недопущение разрушения элементов здания (колонн,
балок, фундамента) под воздействием любых непредвиденных природных
или техногенных нагрузок.
• Функциональность (Serviceability): Предотвращение чрезмерных
колебаний, прогибов или трещин в здании. Например, когда очень высокое
высотное здание колеблется при сильном ветре, находящиеся внутри люди
не должны этого замечать и испытывать дискомфорт.
• Экономическая эффективность (Economy): Достижение максимальной
прочности с минимальными затратами, без избыточного расхода
материалов.

5.

6. FARQI: TAHLIL VA AMALIYOT - Разница: Анализ и практика Binolar Tuzilishi Tahlili (Structural Analysis) - Анализ структуры

•FARQI: TAHLIL VA AMALIYOT - Разница: Анализ и практика
•Binolar Tuzilishi Tahlili (Structural Analysis) - Анализ структуры зданий
•Konstruksiya (Construction/Structure) - Конструкция / Строительство
•LOYIHALASH VA QURILISH JARAYONI - Процесс проектирования и строительства
Chap tomon: Tahlil qismi (Анализ)
•Nazariya (Theory) $\rightarrow$ Теория
•Hisob-kitob (Calculation) $\rightarrow$ Расчет
•Tushuncha (Concept) $\rightarrow$ Концепция /
Понимание
•Load $\rightarrow$ Нагрузка
•Shamol $\rightarrow$ Ветер
•Zilzila $\rightarrow$ Землетрясение
•Internal Forces (Ichki Kuchlar) $\rightarrow$
Внутренние силы
•Stability Check (Turg'unlik Tekshiruvi)
$\rightarrow$ Проверка устойчивости
O‘ng tomon: Amaliyot / Qurilish qismi (Практика
/ Строительство)
•Amaliyot (Practice) $\rightarrow$ Практика
•Material (Material) $\rightarrow$ Материал
•Qurilish (Construction) $\rightarrow$
Строительство
•Ulanish-rigid (ulanish) $\rightarrow$ Жесткое
соединение
•Ko'taruvchi Devor (Load-bearing Wall)
$\rightarrow$ Несущая стена
•Poydevor (Foundation) $\rightarrow$
Фундамент

7.

• Фундаментальная цель-требование дисциплины «Анализ структуры
зданий» заключается в научно-практическом обучении анализу
структуры, функциональных решений, конструктивных систем, а также
архитектурно-планировочной организации жилых, общественных и
других типов зданий.
• Основные цели дисциплины включают в себя следующее:
• 1. Изучение конструктивной структуры зданий — анализ функций
фундамента, стен, колонн, балок, перекрытий, кровли и других
конструктивных элементов.
• Оценка архитектурно-планировочных решений — определение
расположения помещений, функционального зонирования, удобства
перемещения и эксплуатации внутри здания.
• Анализ прочности и устойчивости — несущая способность конструкци

8.

• Определение взаимосвязи между функцией и структурой
здания — умение оценивать объемно-планировочные и
конструктивные решения здания в соответствии с его
назначением, изучение его долговечности и безопасности.
• Изучение современных строительных технологий — анализ
возможностей использования новых конструктивных систем,
энергоэффективных и экологических решений.
• Оценка эксплуатационных качеств зданий — учет требований
комфорта, безопасности, санитарии и гигиены, освещения,
вентиляции и микроклимата.
• Формирование аналитического и проектного мышления —
выявление недостатков в существующих зданиях и разработка
решений по их совершенствованию.

9.

10.

Главный заголовок (Asosiy sarlavha):
•СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЗДАНИЙ: ДИАГРАММЫ И МОДЕЛИ (Binolarning tizimli tahlili:
Diagrammalar va modellar)
1. Эпюры свободных тел / Диаграммы свободных
тел (ДСТ)(1. Erkin jismlarning diagrammalari (EJD))Ветер
(Shamol)Постоянная нагрузка (Doimiy yuk)Подвижная
нагрузка (Harakatlanuvchi yuk)Внешний (изгибающий
момент) (Tashqi (bukuvchi moment))Изоляция
системных элементов (Tizimli elementlarni alohida
oshirish)Анализ внутренних сил и равновесия (Ichki
kuchlar va muvozanatni tahlil qilish)
2. Эпюры моментов и сдвигающих сил
(2. Moment va kusanchez diagrammalari) Верхняя
нагрузка (Yuqori yuk)Простая опора / Свободно опертая
балка (Oddiy qo'llab-quvvatlangan)Изгибающий момент
(Bukuvchi moment)Макс. изгибающий момент (Maks.
Bukuvchi Moment)Сдвигающая сила / Поперечная сила
(Kusanchez kuchi)Точка нулевого сдвига (Point of zero
schi)Визуализация внутренних напряжений (Ichki
zo'riqishlarni vizuallashtirish)Важно для проектирования
балок и элементов (To'sin va a'zolarni loyihalash uchun
muhim)
3. Компьютерное моделирование (МКЭ/FEA)
(3. Kompyuterda modellashtirish (FEM/EA))Сетка конечных
элементов (Finite elementlar to'ri)Контуры напряжений
(Stress konturlari)Высокое напряжение (Yuqori
stress)Среднее напряжение (Past stress)Низкое
напряжение (Low stress)Прогнозирование поведения
сложных сооружений (Murakkab inshootlarning xulqatvorini bashorat qilish)Симуляция реальных сценариев
нагрузок (Haqiqiy yuk ssenariylarini simulyatsiya qilish)
4. Аналитические модели (ОСМ)
(4. Tahliliy modellar (OSM))Растяжение (Tortishish /
Растяжение)Сжатие (Siqilish /
Сжатие)Моделирование путей передачи нагрузок в
фермах (Yig'ma qo'shilmalarda yuk yo'llari
modellashtirish)Определение аксиальных (осевых)
сил в стержневых элементах (Osma elementlardagi
aksial kuchlarni aniqlash)

11.

• Развитие навыков применения нормативных требований —
использование действующих строительных норм и стандартов при
проектировании и строительстве зданий и сооружений.
• Фундаментальная цель дисциплины — комплексный анализ
функциональных, архитектурных, конструктивных, технических и
эксплуатационных характеристик зданий, определение их взаимосвязи, а
также формирование профессиональных знаний и навыков для создания
безопасных, комфортных, прочных, экономичных и современных
объектов.
• Фундаментальная цель дисциплины «Анализ структуры зданий»
заключается в формировании у студентов навыков глубокого анализа
архитектурно-планировочной, конструктивной, функциональной и
технической структуры жилых, общественных и других типов зданий,
понимания их взаимосвязи и оценки в соответствии с современными
требованиями проектирования и строительства.

12.

13.

14.

15. Основные цели дисциплины заключаются в следующем: Изучение структуры и состава зданий — разъяснение элементов здания,

конструктивных частей и их назначения.
Анализ функционально-планировочных решений — оценка
расположения помещений, их взаимосвязи, движения людей и
удобства эксплуатации.
Изучение конструктивных систем — анализ совместной работы
фундамента, стен, колонн, балок, перекрытий, кровли и других
конструкций.
Обеспечение гармонии архитектурных и конструктивных
решений — определение взаимосвязи между внешним видом
здания, внутренним пространством и конструктивной системой.
Оценка прочности, устойчивости и безопасности зданий.

16. Учет санитарно-гигиенических и экологических требований — анализ таких факторов, как естественное освещение, вентиляция, тепло-

и
звукоизоляция.
Изучение возможностей использования современных строительных
технологий и материалов.
Освоение принципов формирования энергоэффективных и устойчивых
зданий.
Развитие практических навыков по анализу и совершенствованию
существующих зданий.
Формирование способности самостоятельно оценивать проектноинженерные решения и выбирать оптимальные варианты.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

Постоянные нагрузки (Dead Loads): Собственный вес
конструкции, стены, фундамент и постоянно
установленное инженерное оборудование.
Временные (полезные) нагрузки (Live Loads):
Находящиеся в здании люди, мебель, технологическое
оборудование.
Нагрузки от окружающей среды (Environmental
Loads):Вес снегового покрова и ветровое давление
(особенно на верхних этажах высотных зданий сила
ветра увеличивается в геометрической прогрессии).
Динамические и аварийные (особые)
нагрузки:Землетрясения (сейсмические силы), взрывы

23.

Основные задачи и содержание дисциплины: Изучение
конструкций: Анализ устройства фундаментов, стен, колонн,
перекрытий, покрытий (кровли) и других частей зданий.
Определение действующих сил: Оценка постоянных и
временных нагрузок, воздействующих на здания, включая
сейсмические (землетрясения) и другие природные
воздействия.
Устойчивость и безопасность: Определение технического
состояния зданий, уровня их сейсмостойкости и
огнестойкости, а также проверка на соответствие
нормативным документам.
Б. Правильное моделирование конструктивной схемы В
зависимости от архитектурной формы здания выбирается

24.

Каркасные системы:
Нагрузка в основном передается на фундамент через сеть
колонн (columns) и балок (beams) (характерно для офисов,
торговых комплексов).
Стеновые (панельные) системы:
Нагрузка ложится на несущие внутренние и наружные стены
(широко применяется в жилых зданиях).
Объемно-блочные и висячие (подвесные) системы:
Структурные решения для необычных и футуристических
архитектурных форм.
C. Анализ сопротивления материалов
Изучается устойчивость различных материалов (железобетон,
металл, дерево, композитные материалы) к напряжениям и
деформациям. Определяется точка начала пластической

25.

3. Роль и практическое значение в процессе архитектурного
проектирования
• Архитектор — это не просто художник, рисующий красивый фасад, а
творец, создающий пространство. Знание анализа структуры зданий дает
архитектору следующие возможности:
• Проверка жизнеспособности (реализуемости) концептуальной идеи
Когда архитектор создает необычную идею (например, подвесные
консоли, наклонные стены или здания со спиральной симметрией), эта
дисциплина гарантирует, что идея не рухнет. Если зодчий понимает
строительную механику, он может правильно рассчитать центр масс
(center of mass), приходящийся на фундамент, и удержать форму здания в
равновесии.
• Устойчивость в сейсмических зонах (сейсмостойкость)
В высокосейсмичных регионах, таких как Узбекистан, роль этого
предмета является вопросом жизни и смерти. С помощью сейсмического
анализа:

26.

Сейсмостойкость
здания
проверяется с
помощью
программного
комплекса ПК
ЛИРА (LIRA).

27.

• Центр жесткости (center of rigidity) и центр масс (center of mass)
здания максимально приближаются друг к другу (это
предотвращает кручение здания во время землетрясения).
• Деформационные и сейсмические швы прокладываются
правильно, в результате чего блоки здания при колебаниях не
сталкиваются между собой и не наносят друг другу повреждений.
• Создание свободных визуальных пространств
(Большепролетные конструкции / Large-span structures): В
современных аэропортах, стадионах, выставочных залах и театрах
требуется отсутствие колонн, которые перекрывали бы обзор
людям. С помощью анализа структуры зданий рассчитываются
пространственные фермы, оболочечные (shell) конструкции и
вантовые подвесные системы, что позволяет создавать крытые
пространства шириной в сотни метров без использования
промежуточных колонн.

28.

• Роль и практическое значение в процессе архитектурного
проектирования
• Дисциплина «Анализ структуры зданий» считается одной из
важнейших теоретических и практических основ в процессе
архитектурного проектирования. Посредством данного предмета
функциональные, конструктивные, эстетические, технические и
эксплуатационные характеристики зданий и сооружений анализируются
в их взаимной связи.
• 1. Роль в процессе архитектурного проектирования
• В архитектурном проектировании здание рассматривается не просто как
внешний облик или план, а как единая функционально-конструктивная
система. По этой причине анализ структуры здания приобретает важное
значение, начиная с самых первых этапов проектирования.
• Дисциплина играет ключевую роль в следующих процессах:
• выбор функционально-планировочных решений для здания;
• определение взаимосвязи помещений и функциональных зон;
• выбор конструктивной схемы здания.

29.

• оценка совместной работы таких элементов, как фундамент, стены,
колонны, перекрытия и кровля;
• формирование объемно-пространственной композиции здания;
• учет условий естественного освещения и вентиляции;
• обеспечение прочности, устойчивости и безопасности
строительных конструкций;
• выбор энергоэффективных и экологических решений;
• обеспечение взаимного соответствия (гармонии) между
архитектурой и конструкциями.
• Практическая значимость в проектировании
• Практическая ценность данной дисциплины заключается в том, что
она позволяет будущему специалисту анализировать реальные
здания, выявлять существующие недостатки и разрабатывать
оптимальные архитектурно-конструктивные решения.

30.

С практической точки зрения дисциплина:
1. Повышает качество проекта — выбираются правильные
решения с функциональной и конструктивной точек зрения.
2. Обеспечивает безопасность строительства — особое внимание
уделяется прочности и устойчивости конструкций.
3. Повышает экономическую эффективность — позволяет
рационально использовать материалы и конструкции.
4. Обеспечивает удобство эксплуатации — создается среда,
соответствующая потребностям жильцов или пользователей
здания.
5. Улучшает эстетический облик — гармонизируются форма,
объем, фасад и внутреннее пространство здания.
6. Повышает энергоэффективность — выбираются решения,
направленные на сохранение тепла, естественное освещение и
снижение энергопотребления.

31.

Помогает в реконструкции и модернизации — создает
возможность оценивать техническое состояние
существующих зданий и совершенствовать их.
Взаимосвязь между архитектурой и конструкцией
При анализе структуры зданий основным принципом
считается взаимосвязь между цепочкой «функция – форма
– конструкция – среда».
Функция → Планирование → Объемнопространственное решение → Конструктивная система
→ Инженерные решения → Эксплуатация

32.

4. Современные технологии и цифровой анализ
(CAE/BIM)
На сегодняшний день анализ структуры зданий
выполняется не вручную, а с помощью сложных
компьютерных программ и технологии BIM (Building
Information Modeling), то есть «Информационного
моделирования зданий». Этот процесс неразрывно
связан с архитектурным проектированием:
Благодаря этому цифровому анализу архитектор и
инженер-конструктор работают над одной моделью в
режиме реального времени. Если архитектор изменит
положение стены, программа автоматически
рассчитает, насколько изменилась несущая
способность здания.

33.

34.

Современные технологии и цифровой анализ (CAE/BIM)
Использование современных цифровых технологий в рамках
дисциплины «Анализ структуры зданий» повышает
эффективность процессов проектирования,
моделирования, конструктивного расчета, анализа и
управления зданиями и сооружениями. В частности,
технологии BIM (Building Information Modeling) и CAE
(Computer-Aided Engineering) считаются важнейшими
инструментами современной архитектуры и строительства.
1. Технология BIMBIM — Building Information Modeling, то
есть система информационного моделирования зданий,
которая позволяет создавать трехмерную цифровую модель
объекта и хранить всю информацию о здании в единой
системе.

35.

36.

37.

• С помощью BIM:
• создается 3D-модель здания;
• моделируются стены, колонны, фундамент, кровля, окна и двери;
• определяются размеры и пространственное расположение
конструктивных элементов;
• взаимно координируются архитектурные, конструктивные и
инженерные системы;
• становится возможным точный расчет объемов материалов;
• оцениваются стоимость строительства и потребность в ресурсах;
• появляется возможность выявлять ошибки в проекте до начала
строительных работ;
• облегчаются процессы управления эксплуатацией и реконструкцией
здания.

38.

39.

Этот метод позволяет протестировать сложные конструкции в
виртуальной среде еще до начала реального строительства.
3. Взаимосвязь технологий BIM и CAE
Если BIM в основном помогает ответить на вопрос «Как
устроено здание?», то CAE анализирует задачу «Как эта
конструкция работает под воздействием нагрузок?».
BIM - 3D-модель - Конструктивные данные - CAE-анализ Оценка результатов - Совершенствование проекта
По этой причине совместное использование технологий BIM и
CAE значительно повышает качество проекта.
4. Практическое значение цифрового анализа
С помощью современных цифровых технологий:
сокращается время проектирования;

40.

41.

минимизируются ошибки, возникающие из-за человеческого
фактора;
оптимизируются затраты на строительство;
повышается безопасность конструкций;
оценивается энергоэффективность;
сопоставляются различные варианты проекта;
расширяются возможности управления полным жизненным
циклом здания.
Технологии BIM и CAE, составляя современный цифровой фундамент
дисциплины «Анализ структуры зданий», позволяют осуществлять
трехмерное моделирование объектов, оценивать конструктивную
безопасность, заблаговременно выявлять проектные ошибки и
выбирать оптимальные архитектурно-конструктивные решения.

42.

43.

Заключение
Если сравнить архитектуру с человеческим телом, где внешний вид,
эстетика и дизайн — это одежда и кожа здания, то анализ структуры
зданий — это его костная система и позвоночник.
Архитектор, глубоко освоивший эту дисциплину, не ограничивает себя в
процессе проектирования. Напротив, тонко чувствуя возможности
материалов и конструкций, он способен создавать самые смелые,
футуристические и, главное, безопасные для жизни людей образцы
архитектуры.
Дисциплина «Анализ структуры зданий» является одним из важнейших
фундаментальных предметов в сфере современной архитектуры и
строительства, позволяющим комплексно изучать функциональные,
архитектурные, конструктивные, технические и эксплуатационные
характеристики зданий и сооружений.

44.

• Fan orqali talabalarda binolarning tuzilishini tahlil qilish, konstruktiv
elementlarning o‘zaro bog‘liqligini aniqlash va loyihaviy yechimlarni
baholash ko‘nikmalari shakllanadi.
• Zamonaviy BIM va CAE texnologiyalaridan foydalanish esa
binolarni raqamli modellashtirish, konstruksiyalarning mustahkamligi
va barqarorligini baholash, loyihadagi xatolarni oldindan aniqlash
hamda qurilish jarayonini optimallashtirish imkonini beradi.
• Umuman olganda, mazkur fan xavfsiz, mustahkam, qulay, estetik,
iqtisodiy samarali va energiya tejamkor binolarni loyihalash
uchun zarur bo‘lgan nazariy bilim va amaliy ko‘nikmalarni
shakllantirishga xizmat qiladi.

45.

Спасибо за внимание!