Строительные конструкции. Расчет и проектирование

СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Е.П. СЕРБИН
В.И. СЕТКОВ

4-е издание, исправленное и дополненное

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»

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНИК

УДК 624(075.32)
ББК 38.5я723
 
С32

Сербин Е.П.
С32 
 
Строительные конструкции. Расчет и проектирование : учебник / Е.П. Сербин, В.И. Сетков. — 4-е изд., испр. и доп. — Москва : 
ИНФРА-М, 2021. — 447 с. — (Среднее профессиональное образование). — DOI 10.12737/1030129.

ISBN 978-5-16-015382-7 (print)
ISBN 978-5-16-107834-1 (online)
В учебнике излагаются основы проектирования и расчета наиболее 
простых и широко распространенных в строительной практике несущих 
конструкций.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего 
поколения.
Рассчитан на студентов и преподавателей строительных колледжей 
и техникумов, а также других средних профессиональных учебных заведений, ведущих подготовку специалистов по строительным специальностям, 
прежде всего по специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация 
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

Р е ц е н з е н т ы:
Загустина И.А., преподаватель Кировского государственного колледжа строительства, экономики и права (филиала) Московского государственного университета геодезии и картографии;
Зубова Г.Б., преподаватель Донского строительного колледжа

ISBN 978-5-16-015382-7 (print)
ISBN 978-5-16-107834-1 (online)

© Сербин Е.П., Сетков В.И., 
2005, 2011
© Сербин Е.П., Сетков В.И., 
2021, с изменениями

ПРЕДИСЛОВИЕ

Четвертое издание учебника «Строительные конструкции. Расчет 
и проектирование» переработано с учетом действующих сводов правил (СП). Вместе с тем внесенные в текст учебника правки не коснулись ранее существовавшей структуры учебника. 
Следует отметить, что пользователям сети Интернет сейчас доступны актуализированные редакции нормативных документов, 
по указаниям которых осуществляются расчеты и проектирование 
конструкций. Легко найти действующие своды правил и стандарты, 
актуализированные редакции которых содержат принятые на данный 
период времени изменения норм и их дополнения. Поэтому, изучая 
учебную дисциплину «Расчет конструкций» параллельно с настоящим учебником, следует знакомиться и с нормами проектирования, 
ссылки на которые даются в учебнике.
По мнению авторов, настоящий учебник отличается от других как 
по содержанию, так и по построению. Большинство учебников 
по расчету строительных конструкций для средних профессиональных учебных заведений написаны по аналогии с вузовскими учебниками, в которых 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 обособлено — основания и фундаменты. Многие учебники для техникумов и колледжей имеют аналогичную структуру и выполнены в виде отдельных книг по каждому из перечисленных материалов.
В предлагаемом учебнике авторы рассматривают 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, информация о которых «избыточна» при изучении базового курса студентами среднего профессионального учебного заведения. С другой стороны, исключено дублирование тех или иных 
сведений.

Таким образом, предлагаемый учебник ориентирован на конкретного адресата — будущего техника-строителя базового уровня.
В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования по специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений» учебная дисциплина «Строительные конструкции» входит 
в состав междисциплинарного курса (МДК). В результате ее изучения студенты освоят блок компетенций и будут:
• знать стандарты по проектированию строительных конструкций, виды и основные прочностные и эксплуатационные свойства 
строительных материалов, структуру расчетных формул, конструктивные системы зданий, основные узлы сопряжений конструкций 
зданий; 
• уметь подбирать строительные конструкции для разработки 
архитектурно-строительных чертежей, определять действующие 
на конструкции нагрузки, по конструктивным схемам строить расчетные схемы и выполнять статический расчет конструкций, проверять несущую способность и подбирать сечения конструкций и их 
элементов на действие приложенных нагрузок, выполнять расчеты 
соединений элементов конструкций; 
• иметь практический опыт выполнения расчетов по проектированию строительных конструкций и оснований, выполнения чертежей рассчитанных конструкций и их узлов.

ВВЕДЕНИЕ

«Строительные конструкции» как учебная дисциплина специального 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, поэтому 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, опирается 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 материалов» 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 рассматривает 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-строительного 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 дисциплинами 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 компьютеров, 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 учебнике, 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 назначению 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 конструкций, 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 меньше 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 неизменяемые 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 металлические, 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