Структурная инженерия


Структу́рная инжене́рия (англ. structural engineering) — научная (инженерная) дисциплина[1], занимающаяся анализом и предсказанием свойств конструкции на основании известных свойств её компонентов (структурных элементов)[2].

Как раздел строительного дела структурная инженерия связана с проектированием и возведением больших зданий и сооружений (например, мостов, заводов, башен, стадионов). В задачи структурной инженерии входят в том числе изучение свойств материалов, оценка будущих нагрузок на конструкцию и нахождение наиболее оптимального баланса между архитектурными и функциональными достоинствами сооружения, а также будущими ремонтно-эксплуатационными затратами[3][4].

Структурная инженерия может использоваться в проектировании механических, аэрокосмических и наноразмерных конструкций, а также может применяться в медицине (для изготовления медицинского оборудования, его проектирование требует глубокого понимания структурной инженерии).

Теория структурной инженерии основана на прикладных физических законах и эмпирических знаниях о структурных характеристиках различных материалов и геометрии. Проектирование конструкций использует ряд относительно простых конструктивных элементов для построения сложных структурных систем. Инженеры-конструкторы несут ответственность за творческое и эффективное использование средств, структурных элементов и материалов для достижения этих целей.

Структурное проектирование восходит к 2700 г. до н.э., когда Имхотеп, первый в истории известный по имени инженер, построил ступенчатую пирамиду фараона Джосера. Пирамиды были наиболее распространенными крупными структурами, построенными древними цивилизациями, потому что структурная форма пирамиды по своей природе стабильна и может быть почти бесконечно масштабирована (в отличие от большинства других структурных форм, которые не могут быть линейно увеличены в размерах пропорционально увеличению нагрузки).

Структурная стабильность пирамиды, хотя и достигается главным образом благодаря её форме, зависит также от прочности камня, из которого она построена, и её способности выдерживать вес камня над ней. Известняковые блоки часто отбирались из карьера вблизи места строительства и имеют прочность на сжатие от 30 до 250 МПа (МПа=Па*10^6). Следовательно, структурная (конструкционная) прочность пирамиды проистекает из материальных свойств камней, из которых она была построена, а не из геометрии пирамиды.