Сборные железобетонные перекрытия и покрытия. Проектирование конструкций

Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 
 

УДК 624.012.3:692.5 
ББК 38.53:38.44 
К78 
 

: 

канд. техн. наук . . ; 
канд. техн. наук . .  
 
 
 
 
 
 
Сборные железобетонные перекрытия и покрытия. Проектирование конструкций :монография / Ю. В. Краснощёков. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2020. – 344 с. : ил., табл. 
      ISBN 978-5-9729-0383-2 
 
Изложены результаты системных исследований конструктивных элементов и систем сборных железобетонных перекрытий и покрытий зданий. Приведены сведения о стандартах и сериях типовых конструкций перекрытий и покрытий, которые применялись и применяются при проектировании зданий различного назначения и изготовлении изделий для них. 
  Для сотрудников научно-исследовательских, проектных организаций и 
специалистов, занимающихся обследованием технического состояния конструкций. Издание может быть полезно студентам строительных специальностей.   
 
 
УДК 624.012.3:692.5 
 
ББК 38.53:38.44 
 
ISBN  978-5-9729-0383-2            Краснощёков Ю. В., 2020 
Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 

На определенном этапе развития индустриального строительства возникла задача совместной работы сборных железобетонных элементов, объединяемых в пространственную систему здания. Это основная и наиболее 
сложная задача, которую приходится решать при проектировании строительных конструкций. Применительно к несущим системам перекрытий 
многоэтажных зданий и системам покрытий одноэтажных, для которых 
железобетон является основным материалом, проблема взаимодействия 
элементов не потеряла актуальности, так как от её решения зависит безопасность здания. Она существует как следствие различий в условиях работы: идеальных, которые задают при проектировании, и реальных, в которых конструкции реализуют и эксплуатируют. Поэтому её часто связывают с задачей выявления действительной работы железобетонных конструкций. Представляется, что существование проблемы обусловлено не 
столько сложностью соединения железобетонных элементов, сколько несовершенством теоретических моделей, многообразием условий практического применения и недостатками методологии исследования строительных конструкций. 
В виде задачи обеспечения совместной работы арматуры с бетоном 
проблему взаимодействия элементов конструкций решают практически  
с начала применения железобетона, но наиболее остро она заявила о себе  
в процессе индустриального строительства зданий и сооружений из сборных изделий.  
В процессе развития индустриального строительства вследствие 
усложнения и повышения требований к конструкциям вопросы совместной 
работы элементов возникают вновь и вновь. Многообразие сборных изделий и необходимость надёжной взаимосвязи их в составе здания способствовали выполнению большого объёма исследований, которые подтвердили зависимость совместной работы сборных элементов от многочисленных факторов.  
Только при использовании системного подхода, рассматривая в качестве объекта исследования не отдельные элементы перекрытий и покрытий, а конструктивную (пространственную) систему в целом, возможно 
изучение влияния каждого фактора в отдельности.  
Строительство зданий и сооружений в России длительное время осуществлялось по типовым проектам с применением типовых изделий заводского изготовления. Индустриализация строительства обеспечила подавляющее преимущество сборного железобетона над монолитным  
при возведении зданий различного назначения. Однако в последнее время 

произошли существенные изменения в строительной отрасли, в результате 
которых эффективность сборного железобетона значительно снизилась. 
Возникают вообще опасения о целесообразности применения типовых 
конструкций массового изготовления и связанных с этим исследований  
по их совершенствованию. Для выхода из создавшейся неопределенности 
полезно вспомнить, в каких условиях рождалась потребность в сборном 
железобетоне, как возникла и развивалась система типового проектирования. Результаты анализа опыта типового проектирования и строительства могут помочь определиться в направлениях развития строительной 
отрасли. 
Имеется еще одна причина возвращения к истокам типового проектирования и строительства, а также анализа нормативной и строительной документации, доступ к которой не всегда обеспечен из меркантильных соображений владельцев информации. Проектный срок службы зданий и сооружений, возведенных с применением серий типовых конструкций, исчерпан или близок к исчерпанию. В разных местах приходится решать, что 
делать с ними: сносить или тратиться на капитальный ремонт и реконструкцию. В любом случае требуется выполнение большого объема работ 
по обследованию и мониторингу технического состояния конструкций. 
Выполнить такое обследование и дать объективную оценку технического 
состояния сооружения, если проектная документация утрачена и ощущается очевидный недостаток информации о конструкциях, крайне затруднительно.  
В данной монографии приведены результаты анализа развития норм 
проектирования железобетонных (в основном изгибаемых) конструкций  
и предложения по новым расчетным моделям. Приведена обширная 
информация о всех сериях (комплектах чертежей) типовых железобетонных 
изделий, применявшихся в разное время для проектирования перекрытий и 
покрытий зданий различного назначения. Впервые эта информация в 
обобщенном виде представлена в одном издании, что важно для ускорения 
поиска данных о той или иной конструкции.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

В техническом прогрессе лидирующую роль выполняет наука.  
К строительной науке относят, прежде всего, теорию сооружений, строительную механику и механику грунтов. Частями теории сооружений являются теории расчета строительных конструкций, основой которых считают 
науку о сопротивлении материалов. В рамках строительной науки ведутся 
исследования в области материаловедения, проектирования и технологии 
изготовления строительных конструкций, решаются вопросы техноло- 
гии, организации и управления строительством, проблемы инженернотехнического оборудования городов, зданий и сооружений и экономические проблемы строительства. В результате научных исследований в области строительства появляются новые строительные материалы и изделия, совершенствуются конструктивные решения и методы расчёта конструкций, возводятся уникальные сооружения, повышается надёжность  
и эффективность зданий и сооружений.  
Строительная наука не стоит на месте, а постоянно развивается. Примером развития строительной науки является постепенный переход к системному проектированию сооружений на основе достижений теории расчёта сооружений и программирования [31].  
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 пространственных систем, а также методов расчёта на вероятностной основе, 
базирующихся на использовании статистических методов обработки данных о нагрузках, их сочетаниях, свойствах материалов и конструктивных 
элементов. Достижения в области строительных конструкций являются 
основным источником повышения надёжности и эффективности сооружений. Результаты научных исследований строительных конструкций легли в 
основу методики расчёта по предельным состояниям, принятой на вооружение проектировщиками разных стран. 

Одно из основных направлений в исследовании строительных конструкций – совместная работа, взаимодействие элементов конструктивных 
систем [70]. Любая конструкция – это система, поэтому при их исследовании следует применять системный подход.  
Системный подход – это общее направление, в основе которого лежит 
исследование объектов как систем. Основная особенность системного подхода – изучение элементов с учётом целого. Считается, что системный 
подход способствует адекватной постановке проблем и выработке эффективной стратегии их изучения [36]. Методологическая специфика системного подхода 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 [50]. 
Системный подход и общая теория систем являются основой системного анализа, к процедурам и методам которого обращаются при решении 
проблем в условиях неопределённости и отсутствии строгой количественной оценки. Таковы, например, проблемы, связанные с прогнозированием 
надёжности и долговечности конструкций.  
В наиболее общем понимании система – это упорядоченная совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, 
образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения 
определённых задач.  
Понятие «строительная конструкция» также связано с составом и взаимным расположением частей и элементов, а также со способом их соединения и взаимодействия. В этих понятиях много общего, очевидно, поэтому термин «система» часто употребляется в смысле конструкции и наоборот, например, в понятиях пространственной системы или пространственной конструкции подразумевается одно и то же. К системам относят отдельные конструктивные части зданий и сооружений, например система 
перекрытия или здания в целом, в частности каркасная система здания.  
По выражению проф. В. В. Болотина, современные здания – это сложные 
системы, предназначенные для выполнения разнообразных функций [17]. 
Он считает, что понятия «конструкция» и «конструктивная система» тождественны.  
Таким образом, если конструкция – это система, то имеются все предпосылки использования системного подхода для их исследования и построения 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.  
Частями общей теории систем могут быть специальные теории,  
в частности, специализированная теория конструктивных систем. Главная 
задача теории конструктивных систем – объединить, синтезировать научные знания на основе системного подхода.  
Механическое (несистемное) соединение гипотез и законов различных 
теоретических дисциплин с эмпирическими данными, например о железобетонных конструкциях, будет малоуспешным, если все стороны знаний 
развивать независимо. Необходимо взаимопроникновение развивающихся 
наук, эффективность которого обеспечивается посредством специализированной теории конструктивных систем. В использовании системных принципов содержится механизм построения и развития знаний о строительных 
конструкциях (рис. 1.1). 
 

 
 

Основная цель общей теории систем заключается в описании и объяснении сложных явлений, не заменяя, а дополняя другие науки и объеди- 
няя их посредством обобщённой модели. Иначе говоря, общая теория  
систем вооружает исследователя конструкций некоей обобщённой моделью конструктивной системы. Такой моделью может быть совокупность принципов, характеризующих основные стороны и свойства системы [117]. 
Наиболее общими принципами для любых систем являются: 
принцип структурности (возможность описания системы в виде 
структуры с устойчивыми связями), характеризующий состав, 
свойства и внутреннее строение системы;  
принцип целостности (отличие свойств и функций целого от 
свойств и функций частей целого – элементов, подсистем), характеризующий общесистемные, интегральные свойства, поведение системы; 

принцип взаимозависимости системы и среды (проявление и 
формирование свойств системы в процессе взаимодействия с 
внешней средой), характеризующий внешние свойства, качество 
системы; 
принцип множественности описания каждой системы (потребность построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определённый аспект системы). 
Отметим также принцип иерархичности (возможность рассмотрения 
каждой системы в качестве элемента более сложной системы и каждого 
элемента исходной системы в качестве системы другого уровня). Однако 
этот принцип не является общим и используется как признак систем с особой структурой. Конструктивные системы следует относить к иерархическим системам.   
Общие принципы взаимосвязаны и при объединении образуют обобщённую, принципиальную модель, которую можно представить в виде 
схемы (рис. 1.2).  
 

 

Использование принципов общей теории систем даёт возможность 
сформулировать общие требования к конструкциям и на их основе конкретизировать общую модель исследования, представленную на рис. 1.3. 
 

  

Для построения общей модели конструктивной системы в качестве 
основной предпосылки принята гипотеза соответствия общесистемных 

принципов и общих признаков классификации конструкций. Вообще классификация как форма научного знания генетически предшествует теории, 
нередко сосуществует и взаимодействует с ней. 
В наиболее общем определении классификация – это система понятий, классов, признаков объекта, используемая как средство для установления связей между разнообразными их типами и точной ориентации. 
Классификация способствует определению места объекта теории в системе 
и позволяет упорядочить процесс его изучения. 
Наиболее общие признаки классификаций различных конструкций: 
конструктивный, расчётный, функциональный, надёжности и эффективности [70]. Рассмотрим, соответствуют ли эти признаки общесистемным 
принципам (см. рис. 1.2) и в какой степени. 
Очевидно, что общесистемный принцип структурности полностью 
соответствует конструктивному признаку, характеризующему внутреннее 
строение и состав конструкции. Как структурное образование, любая система рассматривается в виде целостного объекта, который допускает различные варианты декомпозиции (членения на составные части – элементы 
и подсистемы). Свойство членения на элементы характерно и для конструктивных систем, особенно при решении вопросов унификации и индустриализации. Из общей теории систем известно, что не всякое членение 
позволяет получить простые и достаточно доступные для изучения части. 
Эффективность решения этой задачи зависит от числа связей, объединяющих выделяемый элемент с остальными частями. С выявления необходимых и устойчивых связей системы начинается её познание, поэтому принцип структурности следует признать первичным при исследовании конструктивных систем. Понятие связи как части конструкции, объединяющей основные элементы в единое целое, играет важную конструктивную 
роль не только при исходном расчленении объекта изучения, но и в процессе его воспроизведения в целостной теоретической модели и в реальном виде.  
Принцип целостности общей теории систем объединяет основные 
требования к функциональным свойствам, поведению системы, обусловленному взаимодействием элементов. Применительно к конструктивным 
системам действие принципа функционирования проявляется в том, что в 
результате (обратите внимание) конструкция 
приобретает специфические (системные) свойства, отличающиеся в той 
или иной степени от свойств элементов. Например, железобетонные плиты 
перекрытия, предусмотренные для работы на поперечный изгиб по балочной схеме, при объединении монолитными швами образуют систему в виде диска, способную работать на горизонтальные воздействия. Свойства 
такого диска нельзя получить суммированием свойств отдельных плит, так 
как в диске, вследствие включения в работу межплитных связей (соединений), происходит взаимодействие плит.       

Любая система должна быть способна к функционированию в той или 
иной среде, в результате чего происходит их взаимодействие. Взаимозависимость конструктивной системы со средой наиболее наглядно проявляется в условии прочности, которое обычно представляется в виде отношения 
случайных величин внешнего воздействия F~  и сопротивления конструкции R~ : 

                                                           
R
F
~
~ .                                                  (1.1) 

Условие (1.1) называют ещё условием надёжности, поскольку именно 
в таком виде рассматривается математическая модель надёжности конструктивной системы. Поэтому принцип взаимозависимости системы со 
средой применительно к конструктивным системам следует отождествлять 
с принципом надёжности.                                    
Наконец, принцип множественности общих систем можно отождествить с принципом эффективности конструктивных систем, так как именно в многообразии вариантов мы находим наиболее приемлемое, оптимальное решение.      
Таким образом, подтверждая соответствие общесистемных принципов 
и общих признаков классификации конструкций, преобразуем принципиальную схему иерархической системы (см. рис. 1.2) в общую (принципиальную) модель (см. рис. 1.3), которая может быть положена в основу специализированной теории конструктивных систем.  
 
 

Основной объект теоретического исследования – конструктивные системы зданий, сооружений или их части, многообразие которых в определенной степени можно объяснить недостатком системных исследований и 
в связи с этим хаотичностью нормирования, проектирования и строительства. В результате строительства сооружений с неопределённой надёжностью и долговечностью увеличиваются затраты на содержание, снижается 
безопасность жизнедеятельности. Одной из причин этого является слабая 
теоретическая база дисциплин, изучающих строительные конструкции, недостаточная связь между ними и отсутствие единой модели конструктивных систем.    
Проведению системных исследований способствует специализированная теория конструктивных систем. Для построения такой теории имеются все необходимые компоненты: эмпирическая и теоретическая основы, содержание и логика. 
Исходная эмпирическая основа теории включает множество зафиксированных в области строительных конструкций фактов, полученных