Проектирование и усиление железобетонных конструкций

УДК 624.012.45
ББК 38.53
          М18
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор А.Г. Тамразян, 
заведующий кафедрой железобетонных и каменных конструкций НИУ МГСУ;
кандидат технических наук Д.В. Морозова,
доцент кафедры промышленного и гражданского строительства
Московского политехнического университета
Малахова, Анна Николаевна.
М18	 	
Проектирование и усиление железобетонных конструкций [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / А.Н. Малахова, Д.Г. Уткин ; Министерство науки и высшего образования Российской -Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра 
железобетонных и каменных конструкций. — Электрон. дан. и прогр. (4,5 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2024. — URL: http://lib.mgsu.ru/ — Загл. с титул. 
экрана.ISBN 978-5-7264-3413-1 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-3414-8 (локальное)
В учебно-методическом пособии представлены материалы для проведения практических 
занятий по дисциплине «Проектирование строительных конструкций», которые предназначены для изучения методов проектирования и усиления железобетонных конструкций. Приведены примеры построения расчетных моделей и выполнения расчетов в ПК ЛИРА. Рассмотрены 
вопросы проведения лабораторных испытаний и компьютерных исследований железобетонных конструкций, обследования их технического состояния.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство. 
Учебное электронное издание
	
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2024

Учебное электронное издание
Малахова Анна Николаевна, Уткин Дмитрий Геннадьевич
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Учебно-методическое пособие
Редактор В.А. Киселева
Корректор Я.А. Травкина
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 24.05.2024. Объем данных 4,5 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
ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................................................................................. 6
Практическое занятие 1 по разделу дисциплины «Теоретические основы, нормативные 
требования и практические методы расчета железобетонных конструкций» (4 ч)........ 7
Практическая работа 1-1. Аналитический и численный расчет кессонного 
перекрытия ................................................................................................................. 7
Практическая работа 1-2. Конструирование кессонного перекрытия с выполнением 
схемы и узлов армирования со спецификацией материалов.................................. 16
Практическое занятие 2 по разделу дисциплины «Автоматизированное проектирование 
железобетонных конструкций с использованием ПК ЛИРА»....................................... 19
Практическая работа 2-1. Построение и редактирование расчетных схем 
с использованием команд ПК ЛИРА: генерация регулярных фрагментов 
и сетей и перемещение и вращение образующей.................................................... 19
Практическая работа 2-2. Построение и редактирование расчетных схем 
с использованием команд ПК ЛИРА: жесткие вставки стержней (пластин) 
и абсолютно жесткое тело (АЖТ)............................................................................ 22
Практическое занятие 3 по разделу дисциплины «Железобетонные конструкции 
монолитных зданий» (4 ч)............................................................................................... 27
Практическая работа 3-1. Средства программного комплекса ЛИРА 
для структурирования расчетной схемы здания монолитной КС.......................... 27
Практическая работа 3-2. Компьютерный расчет на продавливание плоской 
монолитной плиты перекрытия в зоне ее опирания на колонну........................... 29
Практическое занятие 4 по разделу дисциплины «Железобетонные конструкции 
сборных зданий» (4 ч)...................................................................................................... 31
Практическая работа 4-1. Расчет податливости горизонтального платформенного 
стыка крупнопанельных зданий............................................................................... 31
Практическая работа 4-2. Моделирование жесткости шарнирного стыка 
многоэтажного каркасного здания при выполнении компьютерного расчета...... 34
Практическое занятие 5 по разделу дисциплины «Организация процесса 
проектирования и экспертизы проектной документации 
по разделу КР проекта» (6 ч)........................................................................................... 36
Практическая работа 5-1. Описание конструктивного решения здания 
в пояснительной записке раздела КР, выполнение арматурных чертежей 
со спецификацией материалов................................................................................. 37
Практическая работа 5-2. Знакомство с составом и содержанием комплекта рабочих 
чертежей марки КЖ (АС). Выполнение арматурных чертежей со спецификацией 
материалов................................................................................................................ 39
Практическая работа 5-3. Виды перекрытий и оценка рациональности 
их применения при проектировании монолитных каркасных зданий.................. 41
Практическое занятие 6 по разделу дисциплины «Экспериментальные и компьютерные 
исследования железобетонных конструкций» (6 ч)....................................................... 43
Практическая работа 6-1. Экспериментальные исследования многопустотной плиты 
сборного перекрытия................................................................................................ 43
Практическая работа 6-2. Компьютерные исследования в ПК ЛИРА напряженнодеформированного состояния железобетонной балки........................................... 46

Практическая работа 6-3. Определение оптимальных конструктивных параметров 
для плоского перекрытия монолитного каркасного здания с использованием 
компьютерной модели ячейки перекрытия............................................................. 49
Практическое занятие 7 по разделу дисциплины «Обследование технического 
состояния строительных конструкций зданий и сооружений» (6 ч) ............................ 51
Практическая работа 7-1. Описание дефектов и повреждений железобетонных 
и каменных конструкций при визуальном обследовании 
их технического состояния (рис. 7.1–7.5)................................................................ 51
Практическая работа 7-2. Определение категории технического состояния 
железобетонных конструкций по результатам их натурных обследований........... 52
Практическая работа 7-3. Использование модуля локального режима армирования 
ПК ЛИРА при выполнении поверочных расчетов.................................................. 56
Практическое занятие 8 по разделу дисциплины «Восстановление и усиление 
железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений» (6 ч)...................... 59
Практическая работа 8-1. Усиление сборных железобетонных многопустотных 
и ребристых плит перекрытий (рис. 8.1, а).............................................................. 60
Практическая работа 8-2. Усиление сборных железобетонных ригелей перекрытий 
(рис. 8.2, а, б)............................................................................................................. 64
Практическая работа 8-3. Усиление сборных железобетонных колонн........................ 66
Контрольные вопросы и задания для оценки освоения материала 
практических занятий ..................................................................................................... 69
Библиографический список................................................................................................ 72

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Проведение практических занятий по дисциплине «Проектирование строительных 
конструкций», осуществляемое преподавателями кафедры железобетонных и каменных 
конструкций, направлено на получение студентами практических знаний и навыков по 
проектированию и усилению железобетонных конструкций, организации процесса проектирования, обследованию технического состояния конструкций, их лабораторным испытаниям и компьютерным исследованиям. 
Учебно-методическое пособие предназначено для проведения практических занятий по указанной выше дисциплине в течение двух семестров в соответствии с тематикой 
восьми разделов дисциплины. В первом семестре предусмотрено восемь практических занятий по четырем разделам дисциплины. Во втором семестре — двенадцать практических 
занятий также по четырем разделам дисциплины. При выполнении практических работ 
используется программный комплекс ЛИРА.
В учебно-методическом пособии приведены общие рекомендации по выполнению 
практических работ, содержатся нормативные требования и алгоритмы расчета железобетонных конструкций при проектировании и усилении, приведены примеры выполнения 
заданий, а также содержатся таблицы с вариантами исходных данных, необходимых для 
выполнения практических заданий.
Практические задания выполняются студентами в соответствии с вариантами исходных данных, оформляются и передаются преподавателю после их коллективного обсуждения в рамках каждого раздела дисциплины. Пропущенные студентами практические занятия должны быть ими проработаны по настоящему УМП самостоятельно, задания 
выполнены, оформлены и предъявлены преподавателю для зачета. 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1 ПО РАЗДЕЛУ ДИСЦИПЛИНЫ 
«ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ 
И ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА 
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ» (4 Ч)
Практическая работа 1-1. 
Аналитический и численный расчет кессонного перекрытия 
При проектировании многоэтажных зданий монолитной конструктивной системы 
для зальных помещений с пролетами L = 12...15 м в соответствии с [14] рекомендуется применять кессонные перекрытия. Помещения, перекрываемые ими, могут быть квадратными в плане или прямоугольными при соотношении сторон не более 1:1,5. При этом шаг 
балок выбирается равным 1…2 м. Для кессонных перекрытий назначается класс бетона не 
ниже В25. Классы ненапрягаемой рабочей арматуры в соответствии с [15] рекомендуется 
принимать А400, А500, А600. Статический расчет кессонных перекрытий может выполняться численными и аналитическими методами. Статический расчет предшествует расчету конструктивных элементов перекрытия (плиты и ребер-балок), которые проектируются в соответствии с требованиями к расчету и конструированию железобетонных 
конструкций и изложены в [15]. 
В табл. 1.1 представлены варианты исходных данных для выполнения практических 
работ по первому разделу дисциплины.
Таблица 1.1
Номер варианта исходных данных и размеры перекрытия на плане в координатных осях 
для численного и аналитического расчетов 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
10,8 × 10,8 м
11,4 × 11,4 м
12,6 × 12,6 м
10,8 × 10,8 м
10,8 × 10,8 м
9,6 × 9,6 м
9,0 × 9,0 м
10,2 × 10,2 м
10,0 × 10,0 м
9,5 × 9,5 м
10,5 × 10,5 м
На рис. 1.1 представлена схема монолитного кессонного перекрытия с размерами 
в плане 12 × 12 м, опертого по четырем сторонам на стены, по которым установлены контурные балки. Толщина перекрытия составляет 35 см. Балки-ребра перекрытия имеют шаг 
2 м. Ширина балок-ребер — 20 см. Толщина плиты составляет 160 мм. Класс бетона по 
прочности на сжатия — В35, класс арматуры — А500.
Численный расчет монолитного кессонного перекрытия
Последовательность компьютерного (численного) расчета кессонного перекрытия 
монолитной плиты следующая. 
Признак расчетной схемы — 5.
Толщина стен и контурных балок, с которыми сопрягается кессонное монолитное 
перекрытие, составляет 200 мм. Сопряжение монолитного кессонного перекрытия и контурных балок — жесткое. Расчетные пролеты перекрытия в двух направлениях составляют l01 = l02 = 12 000 – 200 = 11 800 мм = 11,8 м. 
Геометрия плиты монолитного кессонного перекрытия строится с использованием 
команды регулярные фрагменты и сети (плита) из пластинчатых конечных элементов (КЭ). 
Разбивка плиты кессонного перекрытия на КЭ выполняется с ориентацией на размеры 
конечных элементов 0,5 × 0,5 м (стандартная разбивка), а также с учетом того, что по узлам пластинчатых КЭ необходимо будет прокладывать стержневые КЭ для моделирова

ния балок-ребер кессонного перекрытия. Размеры пластинчатых конечных элементов 
(кроме крайних) приняты 0,5 × 0,5 м, размеры КЭ по периметру расчетной модели кессонного перекрытия приняты 0,4 × 0,5 м и 0,4 × 0,4 м — в угловых зонах периметра. 
Рис. 1.1. Схема кессонного перекрытия с размерами в плане 12 × 12 м 
и шагом балок-ребер 2000 мм
Балки моделируются стержнями с использованием команды добавить элемент (стержень). Для совмещения верхних граней плиты и балок-ребер используется команда жесткие вставки стержней. Узлы конструктивных элементов по контуру монолитного кессонного перекрытия (плиты и балок) закрепляются по направлениям X, Y, Z, UX, UY, UZ.
Расчетная нагрузка на верхнюю грань монолитного кессонного перекрытия (без учета собственного веса) составляет: вес пола — 1,2 · 1,25 = 1,5 кПа, временная нагрузка на 
перекрытие — 4,0 · 1,2 = 4,8 кПа. Всего 1,5 + 4,8 = 6,3 кПа — расчетная, 1,2 + 4 = 5,2 кПа — 
нормативная, 1,2 + 4 · 0,35 = 2,8 кПа — нормативная длительная. Собственный вес с учетом приведенной толщины перекрытия 16 + 3 = 19 см (16 см — толщина плиты, 3 см – 
приведенная толщина балок-ребер, считая от нижней грани плиты), составляет: 
25 · 0,19 = 4,75 кПа. Расчетное значение — 4,75 · 1,1 = 5,2 кПа.
Расчетная нагрузка — 6,3 + 5,2 = 11,5 кПа, нормативная нагрузка — 5,2 + 4,75 = 9,95 кПа, 
нормативная длительная нагрузка — 2,8 + 4,75 = 7,55 кПа. 
Коэффициент надежности по нагрузке принят 11,5 / 9,95 = 1,16 (среднее значение); 
доля длительности составляет 7,55 / 9,95 = 0,76. 
Результаты статического расчета и подбора арматуры
Результаты статического расчета плиты кессонного перекрытия приведены на 
рис. 1.2, а, где показаны изополя напряжений в плите кессонного перекрытия по Mx (изополя напряжений по My будут аналогичными). На рис. 1.2, б приведена мозаика перемещений по Z, мм. Прогиб кессонного перекрытия — в пределах допустимых значений: 
5,14 / 1,16 = 4,43 см, 4,43 · 0,76 = 3,36 см < fult = 11,8 / 250 = 4,7 см. На рис. 1.2, в приведена площадь арматуры (см2/м) по оси Х у нижней грани плиты кессонного перекрытия, на 

рис. 1.2, г — площадь арматуры (см2/м) по оси Х у верхней грани. Плита кессонного перекрытия армируется двумя сетками, расположенными у верхней и нижней граней полки. 
По результатам расчета выполнено армирование. У нижней и верхней граней плиты устанавливаются сетки из стержней 8-А500 (основное армирование). Процент армирования 
составляет 
2,52 100
%
0,19 %
0,1%.
13 100
⋅
µ
=
=
>
⋅
Рис. 1.2. Результаты статического расчета (а, б) и подбора арматуры (в, г) 
плиты монолитного кессонного перекрытия
Максимальное армирование плиты требуется на опоре перекрытия. Здесь устанавливаются дополнительные стержни армирования. Процент армирования возрастает и составляет 
12,7 100
%
0,98 %
13 100
⋅
µ
=
=
⋅
 (8-А500 + 16-А500).
На рис. 1.3 приведены результаты статического расчета балок-ребер монолитного 
кессонного перекрытия, а на рис. 1.4 — результаты подбора арматуры.