Расчеты железобетонных конструкций с применением программных комплексов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра железобетонных и каменных конструкций
С.О. Курнавина, А.В. Глаголев
РАСЧЕТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ  
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Учебно-методическое пособие
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2021
ISBN 978-5-7264-2841-3
Москва
Издательство МИСИ – МГСУ
2021

УДК 624.012
ББК 38.53
          К93
Авторы:
М.В. Берлинов, Е.Н. Дегаев, Ю.О. Кустикова, А.А. Давидюк
Рецензенты:
кандидат технических наук В.Н. Симбиркин,  
заведующий сектором лаборатории автоматизации исследований и проектирования сооружений 
ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «Научно-исследовательский центр “Строительство”»;
доктор технических наук, профессор Н.В. Федорова,  
профессор кафедры железобетонных конструкций НИУ МГСУ
 
Курнавина, С.О.
К93	 	
Расчеты железобетонных конструкций с применением программных комплексов 
[Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / С.О. Курнавина, А.В. Глаголев ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 
-
кафедра железобетонных и каменных конструкций. — Электрон. дан. и прогр. 
(24,8 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021. — Режим доступа :  
http://lib.mgsu.ru/. — Загл. с титул. экрана.ISBN 978-5-7264-2841-3 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2842-0 (локальное)
В учебно-методическом пособии даны общие сведения о возможностях ПК STARK ES, 
об особенностях работы с частичными проектами, о порядке создания расчетных схем и 
расчета железобетонных конструкций. 
Для обучающихся по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство, 07.03.01 Архитектура, 07.03.02 Реконструкция и реставрация архитектурного наследия и 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений очной формы обучения. 
Учебное электронное издание
	
©  ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2021

Редактор Л.В. Себова
Корректор В.К. Чупрова
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesignCS5.5, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 00.00.2021. Объем данных 24,8 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

Оглавление
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ПОДХОДЫ К ЧИСЛЕННЫМ  
МЕТОДАМ РАСЧЕТА НЕСУЩИХ СИСТЕМ И КОНСТРУКЦИЙ............................. 6
1.1. Общие принципы работы с программным комплексом STARK ES ......................... 6
1.2. Основные размерности ............................................................................................... 6
1.3. Используемые системы координат............................................................................. 7
1.4. Окно графического ввода ........................................................................................... 7
1.5. Команды просмотра.
.................................................................................................. 11
1.6. Работа с командами меню «Фрагмент»..................................................................... 13
1.7. Вывод результатов расчета......................................................................................... 17
1.8. Обмен данными с другими программами................................................................. 21
Раздел 2. РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЬЮТЕРНОГО  
МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПОСТРОЕНИИ НЕСУЩИХ СИСТЕМ  
И КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ....................................................................................... 23
2.1. Создание модели рамы .
............................................................................................. 23
2.1.1. Задание геометрии рамы.
................................................................................... 24
2.1.2. Ввод шарниров................................................................................................... 28
2.1.3. Ввод опорных закреплений............................................................................... 29
2.1.4. Ввод нагрузок..................................................................................................... 30
2.1.5. Задание материалов........................................................................................... 32
2.1.6. Статический расчет рамы и просмотр результатов.
.......................................... 36
2.2. Создание модели купола.
........................................................................................... 38
Раздел 3. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ  
КОМПЬЮТЕРНЫХ РАСЧЕТОВ. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ..................... 44
3.1. Создание и расчет модели поперечной рамы  
одноэтажного промышленного здания..................................................................... 44
3.1.1. Исходные данные .............................................................................................. 44
3.1.2. Нагрузки, действующие на поперечную раму  
одноэтажного промышленного здания............................................................. 45
3.1.3. Создание и расчет модели поперечной рамы  
одноэтажного промышленного здания............................................................. 48
3.2. Создание сечения пустотной плиты перекрытия  
с помощью программы ProfilMaker........................................................................... 77
Раздел 4. КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ, НЕСУЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ  
И РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ЗДАНИЙ.............................................................................. 82
4.1. Исходные данные для расчета монолитного перекрытия ....................................... 82
4.2. Создание POS-проекта.............................................................................................. 84
4.2.1. Ввод фундаментной плиты ............................................................................... 88
4.2.2. Ввод грунта основания .
..................................................................................... 93
4.2.3. Создание и редактирование плиты перекрытия .............................................. 94
4.2.4. Ввод стен .
........................................................................................................... 98
4.2.5. Ввод отверстий .................................................................................................103
4.2.6. Ввод монолитной балки .
..................................................................................105
4.2.7. Ввод нагрузок на плиту перекрытия .
...............................................................107
4.2.8. Копирование этажей.
........................................................................................111
4.3. Г
енерация конечно-элементной модели..................................................................114
4.4. Корректировка расчетной модели .
..........................................................................116
4.5. Выполнение общего расчета и просмотр результатов.............................................119

4.5.1. Общий расчет и расчет параметров грунтового основания.
............................119
4.5.2. Просмотр результатов расчета..........................................................................121
Раздел 5. АРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ  
И ПОДБОР АРМАТУРЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ .....................125
5.1. Расчет армирования монолитного перекрытия ......................................................125
5.2. Определение требуемого количества арматуры  
в крайней колонне одноэтажного промышленного здания ...................................134
Библиографический список...............................................................................................142

Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ПОДХОДЫ К ЧИСЛЕННЫМ  
МЕТОДАМ РАСЧЕТА НЕСУЩИХ СИСТЕМ И КОНСТРУКЦИЙ
В настоящее время развитие компьютерной техники и программного обеспечения 
дает инженерам широкие возможности для расчета и проектирования зданий и сооружений с самыми разными конструктивными схемами, в том числе с применением железобетонных и каменных конструкций. Современный пользователь имеет возможность моделировать все стадии жизненного цикла сооружения, различные виды внешних воздействий 
и разнообразные конструктивные особенности. При этом программные комплексы позволяют не только определять напряженно-деформированное состояние конструкций, но 
и выполнять всевозможные конструктивные расчеты, что существенно облегчает работу 
инженера.
Вместе с тем важное значение имеют выбор адекватной расчетной модели и правильная интерпретация полученных результатов. Мы рассмотрим решение задач по проектированию железобетонных конструкций на примере программного комплекса STARK ES. 
STARK ES — это программный комплекс (ПК) для расчета конструкций зданий и 
сооружений на прочность, устойчивость и колебания на основе метода конечных элементов. Однако общие принципы моделирования зданий, которые рассматриваются в данном учебно-методическом пособии, применимы и для других программных комплексов, 
хотя все они имеют свои особенности.
1.1. Общие принципы работы с программным комплексом STARK ES 
Рекомендуемые правила хранения модели:
1) не хранить расчетные модели и результаты расчетов в папке Eurosoft (по умолчанию). В данной папке хранятся исполняемые файлы программного комплекса;
2) для удобства пользователя структурировать хранение исходных данных и результатов работы на уровне папок:
– каждому проекту — свою папку;
– все расчетные модели формировать в рабочей подпапке FEM, требуемой для работы ПК STARK ES и создаваемой для каждого проекта отдельно;
– создавать вспомогательные подпапки для проекта: doc, dwg, arc и др., чтобы избежать путаницы и систематизировать исходные данные и результаты расчета;
3) при использовании старого решателя имя расчетного файла должно быть не больше восьми символов без пробелов и точек;
4) при сохранении проекта каждый раз давать ему новое имя с нумерацией, например: dom-01, dom-02, dom-03 и т.д. (Эти копии проекта дают возможность вернуться назад в случае необходимости.)1
1.2. Основные размерности 
Если программа не указывает иначе, все входные и выходные данные, используемые 
в ПК STARK ES, имеют следующую размерность (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Основные размерности в ПК STARK ES
Величина
Размерность
Координаты узлов
м
Площадь / сдвиговая площадь поперечного сечения
м2
1  В ПК STARK ES создается резервная копия модели с расширением .fe~ или .po~, но надежнее 
создавать резервные копии самостоятельно.
6

Окончание табл. 1.1
Величина
Размерность
Момент инерции / момент инерции при кручении
м4
Сила
кН
Момент
кНм
Модуль упругости / модуль сдвига
кПа (кН/м2)
Плотность
т/м3
Время
с
Узловые массы
т
Перемещения
м, рад.
Продольные, поперечные силы в сечениях стержней
кН
Изгибающие, крутящие моменты в сечениях стержней
кНм
Мембранные напряжения в узлах пластин
кН/м2
Поперечные усилия в узлах пластин
кН/м
Изгибающие, крутящие моменты в узлах пластин
кНм/м
Реакции опор, сосредоточенные в узлах
кН, кНм
Реакции опор, распределенные по линии
кН/м, кНм/м
Реакции опор, распределенные по площади
кН/м2, кНм/м2
1.3. Используемые системы координат
В ПК STARK ES используются следующие системы координат (табл. 1.2).
Таблица 1.2 
Типы систем координат в ПК STARK ES
Тип системы 
Обозначение 
Обозначение 
координат
системы
осей
Назначение
Глобальная
ГСК
X, Y, Z
Служит для описания координат узлов, определения направления степеней свободы, вывода перемещений узлов, для задания локальных систем координат
uvw
u, v, w
Произвольная система координат, определяющая 
положение и ориентацию частичного проекта в полном проекте
ЛСК
r, s, t
Произвольная система координат, служащая для задания местных систем координат (МСК) конечных 
элементов, а также для задания данных в узлах конечно-элементной модели
Локальные
МСК
r, s, t
Местная система координат конечных элементов. 
Она является частным случаем локальной системы 
координат (ЛСК). Служит для задания элементных 
шарниров, местных нагрузок, ориентации сечений 
(жесткостных параметров) элементов, а также для 
вывода усилий, напряжений и теоретической арматуры в элементах
1.4. Окно графического ввода 
Общий вид окна графического ввода для версий программ по 2018 г. включительно 
представлен на рис. 1.1 (1–14 — условные обозначения, описанные в табл. 1.3). Общий 
вид окна графического ввода для версий программ, начиная с 2019 г., представлен на рис. 1.2 
(условные обозначения описаны в табл. 1.3).
7

Рис. 1.1
Рис. 1.2
8

Таблица 1.3
Условные обозначения к схеме окна графического ввода
№  
позиции
Обозначение
Назначение
1
Рабочее окно
Рабочая поверхность графического окна
2
Окно бокового меню
Меню актуального уровня
3
Окно информации
Информационное окно для вывода сообщений
4
Окно координат
Окно просмотра координат
5
Окно просмотра
Изображение общего плана актуального проекта
Функции улавливания (привязка к объектам)
6
Планка переключателей 1 
(«Привязки»)
Альтернативные варианты выбора элементов
7
Планка переключателей 2 
(«Способ ввода / выбора»)
8
Окно редактора
Окно ввода / вывода актуальных значений. Может быть текстовым или табличным
9
Графические функции
Управление изображением и функции вывода данных
Меню икон, поле переключателей, списки нагружений и т.д.
10
Дополнительная планка 
переключателей (окно выбора)
11
Каталог проектов
Набор окон, содержащих изображение полного проекта и 
всех открытых в данное время частичных проектов. Окно 
актуального проекта подсвечивается красным цветом. Каталог проектов появляется или скрывается при нажатии клавиши F5
12
Окно верхнего меню
Общее иерархическое меню
13
Стандартная панель инструментов
Нередактируемый набор кнопок для облегчения доступа к 
функциям STARK ES
14
Настраиваемая панель инструментов
Редактируемый набор кнопок для облегчения доступа к 
функциям STARK ES
Рассмотрим общие принципы работы с программным комплексом на основе готового тестового примера.
В процессе работы программного комплекса STARK ES создается около 100 файлов 
различного типа. Они подразделяются на системные и проектные. При помощи системных файлов осуществляется управление ходом программы.
Проектные файлы содержат данные по отдельным проектам. Они, в свою очередь, 
делятся на входные (файлы исходных данных и вспомогательные файлы), выходные (результаты расчетов) и временные файлы. Файлы, содержащие данные о конечно-элементной модели, имеют расширение .fea.
В процессе редактирования через определенные временные промежутки создается 
резервная копия файла, имеющая то же имя и расширение .fe~. Однако, чтобы избежать 
потерь данных, пользователю рекомендуется периодически после внесения значимых изменений сохранять файл под другим именем и таким образом создавать резервную копию 
файла. Наиболее часто употребляемые кнопки представлены в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Назначение кнопок стандартной панели инструментов
Кнопка
Наименование
Создать новый проект
Открыть уже существующий проект
9

Окончание табл. 1.4
Кнопка
Наименование
Сохранить текущий проект под заданным именем
Закрыть (устранить) текущий проект
Показать / скрыть невидимые линии (покрытие)
Включение источника света
Отрисовать элементы или только контур системы
Увеличить изображение в два раза относительно центра
Уменьшить изображение в два раза относительно центра
Перевести в проекцию на плоскость XY
Перевести в проекцию на плоскость YZ
Перевести в проекцию на плоскость XZ
Вызвать диалог общего расчета
Вызвать диалоговое окно конструктивных расчетов
Проверить качество конечно-элементной сетки
Вывести заданные материалы в табличном виде
Отменить результаты ранее выполненной операции по корректировке геометрии 
конечно-элементной модели
Отменить результаты ранее выполненной операции UNDO (операция REDO)
Вывод на экран координат узлов
Запуск вспомогательной программы — справочника-калькулятора СпИн (справочник инженера)
С помощью кнопки 
 загрузим тестовый файл karkas.fea из каталога http:/…/Eurosoft/
Stark/Daten/projects/SAMPLES/FEM. В рабочем окне появится изображение каркасного 
здания (рис. 1.3).
Рис. 1.3
10