Строительные конструкции. Расчет и проектирование

СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ

Расчет и проектирование

УЧЕБНИК

Москва

ИНФРА-М

201В.И. СЕТКОВ, Е.П. СЕРБИН

Допущено

Государственным комитетом Российской Федерации

по строительству и жилищно-коммунальному комплексу 

в качестве учебника для студентов средних специальных учебных заведений,

обучающихся по специальности 08.02.01

«Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

3-е издание, исправленное и дополненное

УДК 624(075.32)
ББК 38.5я723
          С33

Р е ц е н з е н т ы: 

Загустина И.А., преподаватель Кировского государственного колледжа 

строительства, экономики и права;

Зубова Г.Б., преподаватель Донского государственного колледжа строи
тельства, экономики и предпринимательства

Сетков В.И.

Строительные конструкции. Расчет и проектирование : учеб
ник / В.И. Сетков, Е.П. Сербин. – 3-е изд., испр. и доп. — М. : 
ИНФРА-М, 2019. – 444 с. – (Среднее профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-003989-3 (print)
ISBN 978-5-16-102378-5 (online)

В учебнике излагаются основы проектирования и расчета наи
более простых и широко распространенных в строительной практике несущих конструкций.

Издание рассчитано на студентов и преподавателей строительных 

колледжей и техникумов, а также других средних профессиональных 
учебных заведений, ведущих подготовку специалистов по строительным специальностям и прежде всего по специальности 08.02.01 
«Строительство зданий и сооружений» со всеми ее специализациями базового уровня. Может представлять интерес для студентов 
высшей школы, где дисциплина «Строительные конструкции» 
имеется в учебных планах, но не является профилирующей. Может 
быть полезным для техников-строителей, занимающихся производственной деятельностью или проектным делом в области нового строительства или реконструкции в жилищно-коммунальном 
комплексе, особенно в малом бизнесе.

УДК 624(075.32)

ББК 38.5я723

С33

ISBN 978-5-16-003989-3 (print)
ISBN 978-5-16-102378-5 (online)

© Сетков В.И., Сербин Е.П., 2005
© Сетков В.И., Сербин Е.П., 2011, 

с изменениями

ПРЕДИСЛОВИЕ

Третье издание учебника «Строительные конструкции» перера
ботано с учетом новых норм расчета бетонных и железобетонных 
конструкций. Учебник дополнен справочными материалами, а в 
учебный материал внесены необходимые исправления. Вместе с тем 
сохранена ранее существовавшая структура учебника. 

Предпосылки для написания такого учебника следующие. Во
первых, учебники по строительным конструкциям для средних специальных заведений не издавались уже более 10 лет. За это время 
изменились требования строительных норм и правил, во многом 
другими стали и сами конструкции и применяющиеся для них материалы. Во-вторых, за последние годы объем учебного курса «Строительные конструкции» в техникумах и колледжах значительно сократился, из учебных планов исключен курсовой проект. В Государственном образовательном стандарте СПО заложены новые подходы 
к объему и глубине изложения учебного материала по этой дисциплине.

По мнению авторов, настоящий учебник во многом отличается 

от существующих как по содержанию, так и по построению. Действующие учебники по строительным конструкциям для средних 
профессиональных учебных заведений строительного направления 
написаны по аналогии с вузовскими учебниками, где традиционно 
выделяется пять частей в зависимости от используемых материалов: 
металлические конструкции, железобетонные и бетонные конструкции, деревянные и конструкции из пластмасс, каменные и армокаменные конструкции и, наконец, несколько обособленно — основания и фундаменты. Ранее издававшиеся учебники для техникумов и 
колледжей в основном копируют аналогичные учебники для высшей 
школы, которые, как правило, представляют отдельные книги по 
каждому из перечисленных материалов и написаны разными авторами или авторскими коллективами — специалистами в той или 
иной области, что оправдано для студентов университетов и академий.

В предлагаемом учебнике авторами сделана попытка рассмотреть 

строительные конструкции в первую очередь не в зависимости от 
материала, а в зависимости от статической схемы работы: сжатые, 
изгибаемые, стержневые и т.д. Здесь сначала указывается на общие 
для всех конструкций подходы к расчету на базе теории сопротивления материалов, а затем уже материал рассматривается как частное 
проявление тех или иных свойств конструкций. Более того, авторы 
поставили в качестве основной цели объединить учебный материал 

всего курса «Строительные конструкции» в одной книге, что вполне 
оправдано и имеет ряд преимуществ. С одной стороны, из учебника 
исключены некоторые теоретические подходы и расчеты сложных 
инженерных сооружений, которые были заимствованы из вузовских 
учебников и являлись «избыточной» информацией при изучении 
базового курса студентами среднего специального учебного заведения. С другой стороны, исключено дублирование тех или иных сведений (например, темы «Нагрузки и воздействия», «Расчет по предельным состояниям» и др.), которые в прежних изданиях повторяются в каждой из книг.

Таким образом, предлагаемый учебник ориентирован на конкрет
ного адресата — будущего техника-строителя базового уровня.

ВВЕДЕнИЕ

«Строительные конструкции» как учебная дисциплина специаль
ного цикла в соответствии с Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования в качестве основной своей цели имеет обучение студентов указанного уровня основам 
расчета и проектирования конструкций, оснований и фундаментов, 
с которыми наиболее часто приходится иметь дело в строительной 
практике.

Учебник адресован техникам-строителям базового уровня, по
этому речь пойдет о наиболее простых и в то же время широко распространенных строительных конструкциях, используемых в зданиях и сооружениях.

Дисциплина «Строительные конструкции», как и другие, опира
ется на данные многих учебных дисциплин, но теснее всего связана 
с такими, как «Техническая механика», «Строительные материалы» 
и «Архитектура зданий».

«Техническая механика», и прежде всего «Сопротивление материа
лов» как ее часть, является элементарной теорией о прочности, она 
ближе всего к «Строительным конструкциям» с точки зрения главной цели — выполнения расчета для обеспечения надежной работы 
отдельных конструкций и сооружений в целом. Основное же отличие 
заключается в том, что в «Сопротивлении материалов» рассматриваются абсолютно упругие и однородные материалы, а в «Строительных конструкциях» — и неоднородные (например, железобетон), 
и необязательно абсолютно упругие (бетон, кирпич).

«Строительные материалы» как учебная дисциплина рассматри
вает физико-механические свойства материалов, определяемые с 
помощью лабораторных и других испытаний. «Строительные конструкции», прежде всего, интересуют прочностные характеристики 
строительных материалов и базирующиеся на этой основе расчетные 
формулы.

«Архитектура зданий» занимается основами архитектурно-строи
тельного проектирования, конструктивными элементами зданий и 
способами их соединений, не вникая глубоко в вопросы обеспечения 
их прочности, которые являются главной задачей дисциплины 
«Строительные конструкции».

Строительные конструкции также тесно связаны с такими дис
циплинами как «Экономика» и «Технология строительного производства». Первая решает вопросы экономичности и целесообразности при проектировании конструкций, а вторая — удобства их изготовления, монтажа и транспортирования.

Современные расчеты немыслимы без использования компьюте
ров, особенно при выполнении расчетов сложных конструкций и 
сооружений. Выполнение расчетов простейших конструкций «вручную» в учебных целях необходимо для развития инженерного мышления, осознанной и обоснованной оценки их надежности в работе. 
По ряду причин авторы не приводят в этой книге расчетов с помощью компьютеров.

1. ОбщИЕ ПОЛОжЕнИя

Строительные конструкции, рассматриваемые в данном учебни
ке, являются, как правило, несущими, т.е. благодаря им обеспечивается надежность в работе (неразрушаемость) здания или сооружения 
в целом на протяжении всего периода эксплуатации, который может 
достигать 100 и более лет.

При всем многообразии несущих строительных конструкций их 

можно объединить в целые группы или, иначе говоря, классифицировать их.

1.1.
КЛаССИфИКацИя СтРОИтЕЛьных КОнСтРуКцИй

Строительные конструкции очень разнообразны по своему на
значению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. проклассифицировать, уточнив при этом некоторые понятия. Возможны различные подходы к классификации конструкций.

Имея в качестве основной конечной цели учебника расчет кон
струкций, целесообразнее всего проклассифицировать их по следующим признакам:

1) по геометрическому признаку конструкции принято разделять 

на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержневые системы (рис. 1.3):

• массив — конструкция, в которой все размеры достаточно 

большие и одного порядка. Например, у фундамента размеры могут быть такими: а = 1,8 м; b = 1,2 м; h = 1,5 м. Размеры могут быть и 
другими, но порядок их один — метры;

• брус — элемент, в котором два размера во много раз меньше 

третьего, т.е. они разного порядка: b << l, h << l. Например, у железобетонной балки они могут быть такими: b = 20 см, h = 40 см, 
а l = 600 см, т.е. они могут отличаться друг от друга на целый порядок (в 10 и более раз).

Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с 

криволинейной осью — аркой (рис. 1.2, а, б);

• плита — элемент, в котором один размер во много раз мень
ше двух других: h << а, h << l. В качестве примера можно привести 
ребристую железобетонную плиту (точнее, ее часть — поле плиты), 
у которой толщина h может быть 3–4 см, а длина и ширина — по

рядка 150 см. Плита является частным случаем более общего понятия — оболочки, которая, в отличие от плиты, имеет криволинейное очертание (рис. 1.1, г). Рассмотрение оболочек выходит за рамки нашего курса;

• стержневые системы представляют собой геометрически не
изменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балочные или консольные) (рис. 1.3).

Размеры во всех примерах приведены в качестве ориентира и не 

исключают их многообразия. Есть случаи, когда трудно отнести кон
Рис. 1.1. Классификация конструкций по геометрическому признаку: 

а) массив; б) брус; в) плита; г) оболочка

Рис. 1.2. Разновидности брусьев: а) рама; б) арка

струкцию к тому или иному виду по этому признаку. В рамках данного учебника все конструкции вполне вписываются в приведенную 
классификацию;

2) с точки зрения статики конструкции делятся на статически

определимые и статически неопределимые. К первым относятся системы (конструкции), усилия или напряжения в которых могут быть 
определены только из уравнений статики (уравнений равновесия); 
ко вторым — такие, для которых одних уравнений статики недостаточно. В настоящем учебнике преимущественно рассматриваются 
статически определимые конструкции;

3) по используемым материалам конструкции делятся на метал
лические, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

4) с точки зрения напряженно-деформированного состояния, 

т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений 
и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их на три группы: простейшие, простые и сложные (табл. 1.1). 
Такое разделение не является общепринятым, но позволяет привести в систему характеристики видов напряженно-деформированных 
состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике и будут рассмотрены в учебнике. В представленной 
таблице трудно отразить все тонкости и особенности указанных состояний, но она дает возможность сравнить и оценить их в целом. 
Подробнее о стадиях напряженно-деформированных состояний будет сказано в соответствующих главах.

1.2. МатЕРИаЛы ДЛя СтРОИтЕЛьных КОнСтРуКцИй 
И РЕКОМЕнДацИИ ПО Их ПРИМЕнЕнИю

Строительная практика имеет дело с большой номенклатурой 

строительных материалов, как конструкционных, так и теплоизоляционных и отделочных. Как уже говорилось выше, наиболее распространены в качестве конструкционных материалов, т.е. применяются для несущих конструкций, сталь, железобетон, древесина и кирпич (камень). Не останавливаясь на особенностях работы различных 

Рис. 1.3. Примеры простейших стержневых систем: 

а) балочная ферма; б) консольная ферма

Т а б л и ц а  1 . 1

Виды напряженнодеформированных состояний (нДС) и их характеристики

нормальные
касательные
N
M
Q
G