Металлические конструкции

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ 
КОНСТРУКЦИИ

УЧЕБНИК

Москва
ИНФРА-М

2021

В.В. ДОРКИН
М.П. РЯБЦЕВА

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Допущено
Федеральным агентством по строительству 
и жилищно-коммунальному хозяйству 
в качестве учебника для студентов 
средних специальных учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 
08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

УДК 624.013/. 014(075)
ББК 30.4я723
          Д55

Р е ц е н з е н т ы: 

Ягупов Б.А., канд. техн. наук, профессор Московского института коммунального хозяйства и строительства; 

Демидов Н.Н., канд. техн. наук, профессор кафедры «Металлические 
конструкции» Московского государственного строительного университета.

Н а у ч н ы й  р е д а к т о р  — начальник отдела научно-исследовательских работ ГУ Центр «ЭНЛАКОМ» Б.И. Штейман

Доркин В.В.
Металлические конструкции : учебник / В.В. Доркин, М.П. Рябцева. – М. : ИНФРА-М, 2021. — 457 с. — (Среднее профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-003631-1

В учебнике изложены основные нормы и правила проектирования и расчета металлических конструкций, применяемых в промышленных и гражданских зданиях и сооружениях. Основные 
расчетные положения иллюстрированы примерами. Учебник содержит необходимые сведения и справочные материалы для выполнения курсового проекта.
Для студентов строительных специальностей высших и средних 
учебных заведений.

УДК 624.013/. 014(075)
ББК 30.4я723

Д55

ISBN 978-5-16-003631-1 
© В.В. Доркин, М.П. Рябцева, 2009

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ВВЕДЕНИЕ

Металл (железо) стал первым искусственным материалом в 

строительстве. Он впервые был применен в XII в. в качестве затяжек и скрепляющих полос в каменных сводах, арках (Успенский 
собор во Владимире 1158 г.; купол колокольни Ивана Великого в 
Москве, 1603 г.). Одной из первых несущих металлических конструкций в России можно считать балочно-подкосное перекрытие 
коридора храма Василия Блаженного (Покровский собор) в 
Москве (1555–1560) (рис. 1).

В XI–XIII вв. появились первые чугунные конструкции. чиXI–XIII вв. появились первые чугунные конструкции. чи–XIII вв. появились первые чугунные конструкции. чиXIII вв. появились первые чугунные конструкции. чи вв. появились первые чугунные конструкции. чи
тая чугун отходами при выплавке железа, он вначале использовался довольно редко. Было замечено, что чугун слабо сопротивляется растяжению, и поэтому в некоторых конструкциях в их растянутой зоне его укрепляли железными полосами. Таким образом 
выполнены балки перекрытия крыльца Невьянской башни на Урале (1725); в 1696 г. осуществлено перекрытие пролетом 18 м трапезной Троице-ергиевой Лавры.

Первой металлической конструкцией можно считать Колосс 

на острове Родос, выполненный высотой 32–37 м из переплавленного оружия и частей осадных машин более 2200 лет назад. Он 
является одним из семи чудес света древности. 

89

A

A

76

Б

Б

240 см

Рис. 1. Перекрытие коридора в Покровском соборе

В конце XII в. нередко комбинировали железо и чугун. Так, 

в куполе Исаакиевского собора (1818–1858) 24 чугунных ребра 
образуют двойной конический каркас, который поддерживает каменный барабан, и железный каркас, несущий кровлю (рис. 2).

Прочность купола Исаакиевского собора была проверена в 

1823 г. Г. Ляме и Б. Клайпероном с использованием так называемого веревочного многоугольника.

Из чугуна возводили мосты. В России наиболее значительным 

был 13-пролетный Благовещенский мост через Неву (1850), со
Рис. 2. Купол Исаакиевского собора

оруженный известным русским мостостроителем .В. Кербедзом. 
Позднее этот мост был перевезен в разобранном виде в Тверь и, 
перекрывая Волгу, служит более 150 лет. Мост через р. Мойку также эксплуатируется до настоящего времени. Отметим чугунные 
мосты в Царском еле (1776).

К началу XIX в. появился метод выплавки железа в мартеновXIX в. появился метод выплавки железа в мартенов в. появился метод выплавки железа в мартенов
ских печах и конвертерах. Купол Казанского собора (арх. А.Н. Воронихин) в Петербурге (1801–1811) был сооружен из железа на 
болтах и клиньях (рис. 3). В это же время стали применяться чугунно-железные фермы и другие конструкции, где верхний пояс 
и сжатые элементы (раскосы) выполнены из железа. В 1825–1830 гг. 

17,7
15,0

2,8

1,8
2,05

5,6
1,05
1,4
1,3

Рис. 3. Купол из кованого железа Казанского собора

на Галерном острове Невы на судостроительном заводе возведены 
клепаные арки пролетом 26 м (рис. 4, а). В 1837 г. после пожара 
Зимнего дворца при его ремонте использованы железные и чугунные строительные конструкции (pис. 4, б). 

За рубежом были применены конструкции с металлическим 

каркасом (библиотека св. Женевьевы в Париже (1843), Хрустальный дворец в Лондонском Гайд-парке (1851), 300-метровая Эйфелева башня (рис. 5, а) и «Галерея машин» пролетом 115 м), продемонстрировавшие в 1889 г. новые возможности строительной механики и металлургии. 

К концу XIX в. в России в анкт-Петербурге сформировалась 

отечественная школа мостостроения: проф. Н.А. Белелюбский 
предложил использовать литую сталь; проф. Л.Д. Проскуряков 
ввел в мостовые фермы треугольную и шпренгельные решетки, 
разработал теорию ферм; акад. В.Г. Шухов построил гиперболические башни, оболочки двоякой кривизны из прямолинейных 
элементов и др.; Ф.. Ясинский известен не только как исследователь явления продольного изгиба, но и как конструктор ряда 
новых типов большепролетных металлических покрытий промышленных зданий (складчатые треугольные покрытия) (табл. 1).

Особый вклад в развитие металлических конструкций внес 

В.Г. Шухов (1853–1939). Ему принадлежит приоритет в создании 
новых конструктивных форм: сводов с веерообразным расположением затяжек в Торговых рядах (1893); висячих конструкций 
(1896); сетчатых, двоякой кривизны (1898) Гиперболические шуховские башни были использованы в качестве маяков и боевых 
башен военных кораблей. Представителем этой группы сооружений является радиобашня высотой 148 м на Шаболовке (рис. 5), 
построенная в Москве в 1920 г. После открытия В.В. Петровым в 
1802 г. электрической дуги Н.Н. Бенардос в 1882 г. осуществил 
электросварку угольным электродом, а П.Г. лавянов в 1888 г. 
заменил его на металлический, усовершенствовав технику сварки, 
которая в принципе осталась неизменной до настоящего времени. 
Е.О. Патон в 1940 г. создал способ автоматической сварки металлических конструкций. 

В настоящее время при общем расходе стали на строительство 

в России около 6 млн т в год сварка является одним из основных 
видов соединения металлических конструкций. 

оздателем послереволюционной российской школы проекти
рования стальных конструкций считается Н.. трелецкий, который 50 лет возглавлял школу металлостроения. Он явился одним 

В

В

А

А

Б
Б

13,0

а)

б)

Рис. 4. Клепаная сквозная арка над эллингом судостроительного завода 
в Петербурге (1830) (а) и перекрытие зала Зимнего дворца (В.П. Стасов, 

М.Е. Кларк) (б)

Таблица 1

Несущие конструкции покрытий

Безраспорные
Распорные

сплошные 

(сплошностенчатые)

сквозные

(решетчатые, 

сетчатые)

сплошные 

(сплошностенчатые)

сквозные

(решетчатые, 

сетчатые)

Плоские
Пространственные

из инициаторов перехода от расчета по допускаемым напряжениям к расчету по предельным состояниям. Он автор теории о прочности конструкций и расчета по предельным состояниям. Его 
учение положено в основу расчета металлических конструкций в 
нашей стране. Необходимо отметить также работы Е.И. Белени, 
использовавшего в проектировании предварительно-напряженные 
конструкции; Н.П. Мельникова, руководившего ведущим проектным институтом «Проектстальконструкция», и др.

ейчас металлические конструкции занимают ведущее место.

Разработаны и возведены стальные каркасы высотных зданий, 
выставочных павильонов, цельносварной мост в Киеве, вантовый 
предварительно-напряженный мостовой переход пролетом 874 м 
через Волгу; цельносварные конструкции доменных печей, большепролетных конструкций (рис. 6–9).

а)
б)

Рис. 5. Эйфелева башня в Париже (а) и башня В.Г. Шухова в Москве (б)

а)
б)

в)

Круглая мембрана

25,0
58,0

Рис. 6. Пространственные решетчатые покрытия:

а — маяк; б — висячие несущие конструкции покрытий; в — висячее покрытие 

на нижегородской выставке (1896)