Современные здания и сооружения характеризуются большим разнообразием конструктивных решений и сложностью архитектурных форм. Анализ работы конструкции с учетом всех ее особенностей весьма сложен, поэтому при расчете реальную конструкцию заменяют идеализированной, т.е. упрощенной системой – расчетной схемой. Расчетная схема должна отражать основной характер работы реальной конструкции, пропуская несущественные второстепенные факторы и детали.

40 лет назад в «докомпьютерную эпоху» расчетные схемы, принимавшиеся при расчете конструкций, были весьма примитивные, упрощенные. Основным сдерживающим фактором была невозможность быстро решать системы уравнений с большим количеством неизвестных, к которым сводится задача расчета. В настоящее время инженеры-конструкторы, благодаря компьютерным программам, в состоянии производить расчет любых пространственных конструкций, анализируя любую геометрию и любые деформативные свойства строительных материалов. И, несмотря на это, вопрос о соответствии расчетных схем реальным условиям работы конструкции остается весьма актуальным.

Упрощения, которые принимались при расчете гениальными инженерами прошлого – Шуховым В.Г., Феплем, Винклером, Эйфелем и другими, позволяли им на интуитивном уровне принимать верные расчетные предпосылки, которые позволяли избегать решения громоздких систем линейных уравнений.

Так, например, пространственный стержневой купол заменялся сплошной оболочкой и, получив усилия в сплошной оболочке, делался переход к усилиям в стержнях купола. Подобные упрощения приводят к определенным погрешностям в расчете, однако они невелики.

Грунтовое основание часто заменяют набором упругих пружин, которые, сжимаясь, имитируют поведение грунта под нагрузкой (модель предложена Российским академиком Н.И. Фуссом в 1801 году и названная по имени ее исследователей – модель Винклера-Циммермана).

Талантливые инженеры прошлого хорошо понимали, какие упрощения идут в запас прочности или устойчивости, а какие приводят к рискованным решениям. Подобная интуиция должна быть характерна для современных инженеров, несмотря на мощный арсенал компьютерных программ.

Для выявления действительных условий работы конструкции необходимо проведение натурных испытаний, а в случае их невозможности или дороговизны – проведение испытаний на малых моделях, например из полистирола или иных материалов. При этом необходимо применять соответствующие переходные коэффициенты, отражающие масштабный фактор и иные условия.

Ряд ответственных сооружений, такие как мосты, или листовые конструкции перед эксплуатацией обязательно испытываются на наибольшую расчетную нагрузку при самых неблагоприятных сочетаниях.

Наибольший практический интерес представляет испытание натурных конструкций. При этом выявляются все особенности их действительной работы с учетом реальной податливости узловых сопряжений, податливости грунтов и прочих многочисленных специфических факторов, которые невозможно учесть расчетом. Соответствие реальных усилий или перемещений расчету определяется конструктивным коэффициентом. Чем этот коэффициент ближе к единице, - тем точнее расчетная модель к действительной работе конструкции.

При назначении расчетной схемы сооружения сталкиваются два противоположных требования: простота и соответствие реальным условиям.

Поэтому, стремясь сделать расчетную схему более простой, пренебрегают массой факторов, называемых второстепенными. Т.е. тех, которые не имеют решающего значения.

При этом особо важное значение принимает оценка этих факторов при работе сооружения в натуре: создают ли они запас прочности или снижают его несущую способность.

При расчетах конструкций колонн их нижнее сечение рассматривается как жестко заделанное или шарнирно опертое.

Жесткая заделка считается обеспеченной, если арматурные стержни железобетонной колонны стыкованы с выпусками арматуры фундамента. Монолитное соединение колонны и фундамента не исключает их совместного поворота при внецентренном приложении нагрузки. Неравномерное давление на грунт приводит к неравномерным осадкам его и наклонам фундамента.

Для оценки этого явления необходимо знать характеристики грунта, которые в каждом случае определяется экспериментально. Влажность, длительная вибрационная нагрузка и т.д. влияют на работу конструкции в целом.

Потому для выявления действительный условий работы сооружения необходимо проведение натурных испытаний.