Проектирование и расчёт стальных ферм покрытий промышленных зданий

Н.Я. КУЗИН

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

И РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ 

ФЕРМ ПОКРЫТИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ

ЗДАНИЙ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Второе издание, переработанное и дополненное

Рекомендовано

Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области 
строительства в качестве  учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по программе бакалавриата по направлению 

подготовки 08.03.01 «Строительство»

Москва

ИНФРА-М

2022

УДК 624.014.2(075.8)
ББК 38.5я73
 
К89

Рецензенты:
В.П. Селяев, академик РААСН, д-р техн. наук, профессор Мордовского государственного университета;
К.К. Нежданов, д-р техн. наук, профессор Пензенского государст венного университета архи тектуры и строительства;
А.А. Трещев, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедры Тульского государственного университета, советник РАН

Кузин Н.Я.

Проектирование и расчёт стальных ферм покрытий промыш
лен ных зданий : учебное пособие / Н.Я. Кузин. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 288 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. – (Выс шее образование – Бакалавриат). — DOI  10.12737/5241.

ISBN 978-5-16-009334-5 (print)
ISBN 978-5-16-100173-8 (online)

Рассматриваются актуальные вопросы проектирования и расчета 

металлических ферм с применением эффективных прокатных профилей.

Учебное пособие подготовлено на кафедре «Экспертиза и управление 

недвижимостью» и предназначено для использования бакалаврами, 
магистрами, студентами по направлению подготовки 08.00.00 «Техника 
и технологии строительства» при выполнении курсового и дипломного 
проектирования.

УДК 624.014.2(075.8)
ББК 38.5я73

К89

ISBN 978-5-16-009334-5 (print) 
ISBN 978-5-16-100173-8 (online) 
© Кузин Н.Я., 2015

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 

в электронно-библиотечной системе Znanium.com

ПРЕДИСЛОВИЕ

На протяжении последних лет развития строительной отрасли 
издан ряд учебников, в которых представлены основы проектирования стальных конструкциий, по которым учились и учатся студенты. Авторами этих учебников были коллективы учёных кафедры 
«Метал лические конструкции» МГСУ под руководством Н.С. Стрелецкого, Е.И. Беленя, Г.С. Веденикова. В настоящее время широко 
используется 12-е стереотипное издание учебника коллектива кафедры «Металлические конструкции» под общей редакцией Ю.И. 
Кудишина. Кроме того, написаны учебники и учебные пособия авторскими коллективами под руководством Н.П. Мельнико ва, 
А.А. Ва сильева, К.К. Муханова, В.В. Бирюлёва, В.В. Горева, 
Н.С. Мос калёва. Учебники и учебные пособия имеют в своем составе все специальные разделы по металлическим конструкциям. 
Автор выражает глубокое уважение вышеприведённым авторам и 
авторским коллективам, материалы которых были использованы 
при написании насто ящего пособия.

Современное развитие строительства требует от инженера быстрых, 
правильных решений по применению экономичных, надёжных, лёгких, долговечных, эстетически выразительных строительных конструкций. В определённой степени этому отвечают металлические 
конструкции. Изготовляют конструкции из относительно лёгкого и 
прочного материала – стали. Для различных по степени загруженности, условий эксплуатации строительных конструкций применяются разные марки стали. Причём для различных видов конструкций 
или их элементов могут применяться стали с различными расчётными сопротивлениями. К распространённым элементам строительных 
конструкций можно отнести стальные фермы.
Они применяются в промышленных, общественных зданиях, и от 
их конструктивного решения зависит архитектурный вид здания, а также его стоимость. Современный уровень производства прокатных 
профилей позволяет изготовлять такие поперечные сечения, которые 
лучше всего отвечают работе элементов ферм на сжатие, изгиб, растяжение, сжатие с изгибом, в результате ферма становится легче и дешевле.
Однако вопросы проектирования таких ферм имеют некоторую 
специфику. Она заключается в том, что необходимо учитывать ряд 

конструктивных особенностей: местную устойчивость труб и гнуто- 
сварных профилей, работу сварных швов в узлах ферм и фланцевых 
соединениях. Конструирование и расчёт металлических конструкций 
следует выполнять с учётом особенностей и требований условий эксплуатации, а также действующих строительных норм, правил технического регламента. В соответствии с техническим регламентом производится оценка соответствия зданий, сооружений, применяемых 
строительных материалов и изделий. При проектировании, строительстве, производстве работ и услуг должно соблюдаться условие соответствия обязательным требованиям технических регламентов, требованиям государственных стандартов, строительных норм и правил,  
а также требованиям указанных в договорах, в заданиях на проектирование национальных стандартов, нормативных документов по строительству, предназначенных для добровольного применения [41, п. 2]. 
Федеральный закон № 384-ФЗ направлен на повышение уровня  
безопасности людей и сохранности материальных ценностей. Важной 
задачей сегодняшнего дня является гармонизация отечественных 
норм проектирования с европейскими и международными норма- 
тивными документами. Для этого в настоящее время выполняется 
актуализация действующих нормативов. 

В пособии в примерах 1 и 4 выполнены расчёты ферм по СП (актуа
лизированным СНиП) и даётся сравнительный анализ расчётов с результатами расчётов по предыдущей редакции СНиП, что, несомненно, является положительным моментом для обучающихся.
Пособие предназначено для студентов, изучающих курс «Метал
лические конструкции». В нём изложены основные расчётные положения по проектированию и расчёту стальных ферм из стержней различного профиля с учётом актуализации строительных нормативов. 
Для лучшего понимания проблемы при изучении раздела «Стропильные фермы» в пособии даны иллюстрированные примеры расчёта.  
У читателя может возникнуть вопрос: почему бы эту работу не сделать 
на компьютере? Ведь такие программы уже существуют. Дело в том, 
что в последних учебных планах вузов уменьшено количество аудиторных занятий и увеличено число часов на самостоятельную творческую, инновационную работу. Если статический расчёт фермы легко 
выполнить на компьютере, то конструкционный расчёт с использованием нормативных документов требует определённого творческого подхода и анализа.
В этой связи практические навыки по проектированию и расчёту 
стальных ферм являются важным условием профессиональной подготовки по стандартам третьего поколения высшего профессионального образования по направлению подготовки 08.00.00 «Техника и 
технологии строительства» (квалификация – «бакалавр», «магистр»).

В результате изучения пособия студент будет:
знать: нормативно-правовую базу, принципы и тенденции развития конструктивных решений зданий и сооружений, методы расчета 
металлических ферм, физико-механические свойства сталей;
уметь: правильно выбирать конструкционные материалы, обеспечивающие требуемые показатели надёжности, безопасности и экономичности, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию в соответствии с заданием;
владеть: навыками технологии проектирования, расчёта ферм и 

эле ментов металлических конструкций.

Материал в учебном пособии представлен как учебный, но по своим целям, содержанию, формам, технологии он трансформируется в 
профессиональную деятельность.
Автор выражает глубокую признательность инженеру В.М. Комякову, принимавшему активное участие в подготовке материалов для 
данного пособия.
Обращаем внимание читающих это пособие, что большая часть

ри сунков и ряд таблиц помещены дополнительно в 
 по причине 

того, что строительные чертежи, естественно, значительно превыша ют 
размеры книги и могут быть детально рассмотрены при необходимости именно в 
 в любом удобном для читающего формате.

1. 
ВВЕДЕНИЕ

Стальные конструкции плоских ферм представляют собой комбинацию стержней, соединённых в узлах и образующих геометрически 
неизменяемую систему. Фермы экономичнее балок по расходу мате- 
ри а ла. Благодаря высоким технико-экономическим показателям область применения стальных ферм весьма широка и разнообразна. Это 
про мышленные и гражданские здания, сооружения, мосты, мачты, 
башни. Металлические конструкции должны быть долговечны, надеж ны, эстетичны, технологичны в изготовлении, что обеспечивается соответствием расчётных предпосылок действительной работе и 
условиям эксплуатации. Уровень развития металлических конструкций определяется экономическим и техническим развитием страны.
В [6] определено пять этапов развития металлических конструкций, 

связанных с экономическим развитием России, её металлургии, строительной науки и техники. Постепенно все строительные конструкции 
совершенствовались, в том числе и фермы. Вообще, стальные конструкции правильно рассматривать в единстве конструктивной формы, 
технологии изготовления, транспортировки и монтажа, что опре де ляет 
конкурентность, применимость и экономическую целесо образ ность. 
Рассматривая надёжность конструкций ферм, можем отметить близкое совпадение действительной работы с расчётными предположениями. Из всех несущих конструкций: железобетонных, каменных, 
деревянных – стальные являются самыми лёгкими. Их можно изготовить на высокопроизводительном заводском оборудовании, затем на строительной площадке произвести монтаж краном, что подчёркивает их индустриальность. Фермы легко поддаются усилению 
и ремонту, их можно демонтировать и смонтировать в другом месте.
К недостаткам можно отнести подверженность коррозии и низкую 
огнестойкость, которые устраняются специальными мероприя- 
тиями.

2. 
НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ 
ПО ПРИМЕНЕНИЮ НОРМАТИВНЫХ 
ДОКУМЕНТОВ

Строительное производство является постоянно развивающейся 
и совершенствующейся отраслью. Если проследить историю её развития, то в нашей стране до середины XX в. никаких комплексных 
нормативов в области строительства не было. Впоследствии в СССР 
появились «Строительные нормы и правила» (СНиПы), которые состояли из 5 частей: общие положения, нормы проектирования, правила производства и приёмки работ, сметные нормы и правила, нормы 
расхода строительных материалов и изделий. Данные документы содержали не только технические, но и некоторые правовые нормы, 
например СНиП 1.06.04–85 «Положение о главном инженере (глав- 
ном архитекторе) проекта». Кроме СНиПов, по многим отраслям проек тирования и строительства принимались также различные нор- 
мативные акты технического предназначения: ГОСТы, СП (своды 
правил), РДС (руководящие документы в строительстве), ТСН (территориальные строительные нормы), СТО (стандарты организаций) 
и другие документы.

В настоящее время появилась необходимость пересмотра и актуа
лизации ряда строительных норм и правил. Это связано с появлением 
новых расчётных, конструкторских и объёмно-планировочных решений, развитием техники и технологии строительства, появлением новых строительных материалов, учётом результатов исследований и 
имеющегося опыта, полученного в отечественной и зарубежной строительной индустрии, необходимостью гармонизации СНиПов с международными техническими нормами и т.д.
Пересмотр СНиПов стал необходим в связи с принятием Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ (ред. от 02.07.2013) «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», в соответствии с указаниями которого [41, п. 5 ст. 42] проводится актуализация 
строительных норм и правил.
На основании этого закона [41, п. 1 ст. 6] был принят «Перечень 
национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов 
и сводов правил), в результате применении которых на обязательной 
основе обеспечивается соблюдение требования данного закона». 

Следует отметить, что согласно дествующему Федеральному зако
ну № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [41, п. 6 ст. 6] национальные стандарты и своды правил, включённые в перечень для применения на обязательной основе с целью 
соблюдения требований данного закона, должны подвергаться ревизии, а в необходимых случаях – пересмотру и (или) актуализации не 
ре же чем каждые 5 лет, вследствие чего необходимо постоянно следить за изменениями в нормативных документах.
Вместе с этим в соответствии с требованиями [41, п. 7 ст. 6] был 
принят перечень документов, в результате применения которых на 
добровольной основе обеспечивается соблюдение Федерального закона № 384-ФЗ.
За более подробной информацией по вопросам применения документов в области стандартизации необходимо обращаться к тексту 
указанного закона.
Изменения коснулись также и области проектирования и строительства стальных конструкций. 
В свет вышел новый свод правил СП 16.13330.2011 «Стальные кон
струкции. Актуализированная редакция СНиП II-23–81*». В этом документе представлены нормативные и расчётные положения, а также 
требования, предъявляемые к стальным строительным конструкциям.
Если сравнивать актуализированную редакцию СНиП II-23–81* 
с предыдущей, то можно увидеть целый ряд изменений и дополнений.
Приведём некоторые отличия в нормативах СП 16.13330.2011 от 
прежней редакции СНиП II-23–81*, которые принимались во внимание при составлении теоретической части и примеров расчёта.

1. Выбор материалов для стальных конструкций. Стали для конструкций и сооружений при применении СП 16.13330.2011 назначают по [29, табл. В.1] или [29, табл. В.2] (для труб) в зависимости от 
группы стальных конструкций и климатического района строительства. В новых нормах несколько изменились климатические параметры при выборе материалов для стальных конструкций. Также изменился текст, касающийся выбора групп стальных конструкций.
В новом СП 16.13330.2011 существенно уменьшилось количество 
применяемых сталей.

2. Уточнены нормативные и расчётные сопротивления при растя
жении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального 
и фасонного проката, а также труб. 

Выбор нормативных и расчётных сопротивлений стали в конструкциях и сооружениях при применении СП 16.13330.2011 осуществляется по [29, табл. В.5] (для листового, широкополосного универсального и фасонного проката) или [29, табл. В.6] (для труб). В актуализированных нормах несколько изменились некоторые значения 
нормативных и расчётных сопротивлений стали, а также уменьшилось количество толщин проката.

3. Отметим некоторые изменения, на которые следут обратить 

внима ние при выполнении расчёта стальных конструкций.

В новом СП 16.13330.2011 принята изменённая редакция таблицы 
коэффициентов условий работы gс [29, табл. 1].
При выполнении расчёта сжатых стержней на устойчивость следует обратить внимание на новый подход к определению коэффи- 
циента устойчивости при центральном сжатии j (в СНиП II-23–81* 
он называется коэффициентом продольного изгиба центрально- 
сжатых элементов). В новой редакции СП 16.13330.2011 коэффици- 
ент j определяется по табл. Д.1 данного свода правил в зависимости 
от условной гибкости элемента λ, а также от типа сечения. 

В табл. 1 для сравнения даны показатели коэффициентов j для 
СП 16.13330.2011 и СНиП II-23–81*.

Та б л и ц а  1

Коэффициенты устойчивости при центральном сжатии φ

Условная 
гибкость

λ = λ
y
R

E  

Коэффициенты φ по СП 16.13330.2011 «Актуализируемая 
редакция СНиП II-23–81*» для различных типов поперечных 
сечений стержней [29, табл. Д.1]

Коэффициенты φ  
по СНиП II-23–81*  
«Стальные конструкции» 
[24, табл. 72]

Тип а
Тип b
Тип c

0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,8
4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
5,2

999
994
981
968
954
938
920
900
877
851
820
785
747
704
660
615
572
530
475
431
393
359
330
304
281

998
986
967
948
927
905
881
855
826
794
760
722
683
643
602
562
524
487
453
421
392
359
330
304
281

992
950
929
901
878
842
811
778
744
709
672
636
598
562
526
492
460
430
401
375
351
328
308
289
271

989
969
953
934
913
891
866
841
813
785
755
718
673
628
587
547
508
471
436
402
370
340
312
289
268

 
Примечание. Значения коэффициентов j в таблице увеличены в 1000 раз.

4. Проектирование стальных конструкций с учётом предотвращения 

хрупкого разрушения. В тексте СП 16.13330.2011 даются новые указания по проектированию и расчёту стальных конструкций для исключения возможности хрупкого разрушения, с которыми можно 
ознакомиться в [29, п. 13].

5. Дополнительные требования по проектированию конструкций.  
В новой редакции СП 16.13330.2011 приведена изменённая редакция 
дополнительных требований по проектированию связей покрытия,  
с которыми можно ознакомиться в [29, п. 15.4].

6. Проектирование узлов ферм с непосредственным прикреплением 

элементов решётки к поясам. В новую редакцию СП 16.13330.2011 [29, 
прил. Л) вошли указания по проектированию узлов ферм из гнуто- 
сварных профилей, из круглых труб, а также из двутавров. Данное 
нововведение помогает при разработке конструкций ферм из вышеперечисленных профилей.

7. Выбор материалов для соединений стальных конструкций. В нормативном документе СП 16.13330.2011 приведён несколько иной вид 
таблиц, используемых при выборе материалов для сварки стальных 
конструкций [29, табл. Г.1], а также при определении класса болтов и 
предъявляемых к ним требований [29, табл. Г.3].
Это далеко не полный перечень изменений и дополнений, которые 
вошли в новый СП 16.13330.2011 по сравнению со СНиП II-23–81*, 
поэтому перед его применением необходимо внимательное изучение 
нормативной документации.