Расчет и конструирование балочной клетки многоэтажного производственного здания

УДК 624.083
ББК 38.54

Р24

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей 
от информации, причиняющей вред их здоровью и 
развитию» данная продукция маркировке не подлежит.


Рецензент  канд. экон. наук, доц. Л.А.Стрик (СибАДИ) 

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методических 
указаний. 

Р24 Расчет и конструирование балочной клетки многоэтажного производственного 
здания : методические указания [Электронный ресурс] / СибАДИ, Кафедра 
«Строительные конструкции» ; сост. : Н.Н. Разливкина, Л.В. Красотина. – (Серия 
внутривузовских методических указаний СибАДИ). – Электрон. дан. – Омск : 
СибАДИ, 2022. – Режим доступа: http://bek.sibadi.org/MegaPro, для авторизованных 
пользователей. – Загл. с экрана.

Рассмотрены рекомендации по проектированию несущих металлических конструкций 
зданий производственного назначения согласно СП16.13330-2017 «Стальные 
конструкции». Приведен алгоритм расчета и необходимые данные для назначения 
геометрических параметров несущих конструкций. 
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. 
Рекомендовано для обучающихся всех форм обучения направления 08.03.01 
«Строительство» профиля «Организация инвестиционно-строительной деятельности» 
при выполнении курсового проекта по курсу «Территориально-пространственное развитие 
объектов промышленного и гражданского строительства».  

Текстовое (символьное) издание () 
Системные требования: Intel, 3,4; 150 Мб; Windows XP/Visa/7;
1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: 
Adobe Acrobat Reader; Foxit reader 

Редактор Н.И. Косенкова 
Техническая подготовка Л.Р. Усачева 

Издание первое. Дата подписания к использованию 30.05.2022
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 
РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1 

 ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2022

~ 3 ~ 

ВВЕДЕНИЕ 

В данной работе рассматриваются вопросы проектирования и расчета 
балочной клетки перекрытия многоэтажного здания производственного 
назначения в соответствии с современными нормами проектирования 
стальных конструкций, в частности свода правил СП16.13330.2017 
«Стальные конструкции». Приводится методика подбора сечений элементов, 
конструирование узлов и сопряжений элементов. 
Балочные перекрытия применяют в гражданском и промышленном 
строительстве в основном для междуэтажных перекрытий, а также покрытий 
небольших пролетов, при которых балочные перекрытия могут конкурировать 
по экономичности с перекрытиями из ферм. 
По сравнению с фермами балки имеют меньшую строительную высоту 
и значительно проще в изготовлении, но при больших пролетах обладают 
бόльшим весом. Меньшая строительная высота балочных перекрытий 
позволяет более экономично использовать объем помещения, чем 
и объясняется широкое применение балочных перекрытий в многоэтажных 
зданиях. 
Балочные перекрытия обычно состоят из главных и второстепенных 
балок. Главные балки перекрывают весь пролет здания, а при больших 
пролетах опираются на промежуточные колонны. В плане главные балки 
располагаются довольно редко, а на них опираются более часто расположенные 
второстепенные балки. 
Балки (элементы, работающие на изгиб) обычно используются  дву-
таврового сечения, так как они удобны в компоновке, технологичны и 
экономичны по расходу металла.  
В курсовом проекте рассматривается расчет второстепенных балок – 
прокатных двутаврового сечения и главных балок двутаврового составного 
сварного сечения. 
Расчет конструкций на силовые воздействия, определяющие их напряженное 
состояние и деформации, производится по методу предельных 
состояний. 
Целью метода является не допускать с определенной обеспеченностью 
наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего 
заданного срока службы конструкции здания или сооружения, а также 
при производстве работ. 

~ 4 ~ 

В расчетах конструкций на действие статических и динамических 
нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течение 
строительства и заданного срока службы, учитываются следующие предельные 
состояния:  
– первой группы – по потере несущей способности и (или) полной
непригодности к эксплуатации конструкций; 
– второй группы – по затруднению нормальной эксплуатации сооружений. 

К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря 
устойчивости формы; потеря устойчивости положения; разрушение любого 
характера; переход конструкции в изменяемую систему; качественное 
изменение конфигурации; состояния, при которых возникает необходимость 
прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов 
в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений 
или чрезмерного раскрытия трещин. 
К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие 
нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность 
вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов 
поворота, колебаний, трещин и т.п.). 
Предельные состояния первой группы проверяются расчетом на 
максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении 
нормальной эксплуатации; предельные состояния второй группы – 
на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие 
нормальной эксплуатации конструкций. 
Нормативные нагрузки принимаются на основе статистических данных 
или по номинальному значению. 
Постоянные нагрузки от массы конструкций определяются по данным 
стандартов и заводов-изготовителей или по размерам, установленным 
в процессе проектирования на основе предыдущих проектировок и справочных 
материалов. 
Временные нагрузки и воздействия на перекрытия принимают по СП 
20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от назначения помещений. 
Вес оборудования – по стандартам, каталогам или по проектному 
заданию в зависимости от производственных процессов. Снеговые, 
ветровые, гололедные нагрузки, температурные воздействия устанавливаются 
по соответствующим главам СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». 


Расчетные нагрузки – нагрузки, которые обладают определенной из-

менчивостью и могут отличаться от значений, установленных нормами. 

Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или 

меньшую) сторону от их нормативных значений вследствие изменчивости 

~ 5 ~ 

нагрузок или отступлений от условий нормальной эксплуатации учитывается 
коэффициентами надежности по нагрузке (перегрузки) γf, устанавливаемыми 
с учетом назначения зданий и сооружений и условий их эксплуатации 
по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». 

Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устой-

чивость (по первой группе предельных состояний) определяют умножением 
нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке (перегрузки) 
γf (обычно больший единицы, за исключением специально оговоренных 
случаев). 
Расчет конструкций в курсовом проекте (курсовой работе) выполняется 
на основе исходных данных по заданию (прил. 1). 

~ 6 ~ 

 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ 
КУРСОВОГО ПРОЕКТА  

Исходные данные принимаются по трехзначному шифру задания 
(см. прил. 1). 
По первым двум цифрам шифра назначаются: 
L1 х L2 – размеры ячейки балочной клетки перекрытия по внутренним 
граням стен: L1 – вдоль главных и L2 – вдоль второстепенных балок, м. 
По третьей цифре шифра назначаются: 
 
н
пост
q
, 
н
вр
q
 постоянная и временная нормативные нагрузки на междуэтажное 
перекрытие, кН/м2; 
 
чп
q
 расчетная нагрузка от чердачного перекрытия, кН/м2; 

 
н
кр
q
 нормативная нагрузка от покрытия и веса кровли, кН/м2; 

 пэ – число этажей;
 hэ – высота этажа от пола до низа главной балки, м;
 hк – конструктивная высота междуэтажного перекрытия, м;
 район проектирования.
Исходные данные по материалу:
 материал несущих конструкций балочной клетки и колонны принимается 
из стали марки С 245; 
 настил из сборных железобетонных (нетиповых) плит толщиной 0,3
м (вместе с конструкцией пола). 
В курсовом проекте рассматривается компоновка междуэтажного 
балочного перекрытия, представленная на рис. 1. Главные балки опираются 
одним концом на полку колонны, а другим – на наружную несущую 
кирпичную стену. Второстепенные балки одним концом опираются на 
главную балку, а другим – на наружную несущую кирпичную стену.  
Шаг второстепенных балок а принимается в пределах 2…5 м (рекомендовано 
а ≈ 3 м).  
Значение шага второстепенных балок должно укладываться целое 
число раз (n) по длине L1: 
, м. 
n
L
a
/



~ 7 ~ 

Рис. 1. Компоновка междуэтажного перекрытия:  
а – план перекрытия (ж/б плиты условно не показаны); 
б – разрез здания 

~ 8 ~ 

1. РАСЧЕТ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЯ

1.1. Определение нагрузок, действующих 
 на второстепенную балку 

На рис. 2 приведен фрагмент плана здания для назначения шага второстепенных 
балок и их грузовой площади. 

Рис. 2. Фрагмент плана здания

На второстепенную балку перекрытия действуют два типа нагрузок: 
– постоянные: от собственного веса балки и вышележащих конструкций (
плит перекрытия, пола), кН/м2; 
– временные: нагрузки, зависящие от назначения помещения, кН/м2.
Для расчёта второстепенной балки постоянную и временную нагрузки 
необходимо привести к равномерно распределенной погонной, с учетом 
ширины грузовой площади (см. рис. 2). 
Нормативная погонная нагрузка на единицу длины второстепенной 
балки с учетом собственного веса второстепенной балки, кН/м: 








а
q
q
q
н
вр
н
пост
н
вб
,
(1) 

где 
н
пост
q
 и 
н
вр
q – нормативные постоянная и временная нагрузки в соответствии 
с заданием, кН/м2; а – ширина грузовой площади, м  (см. рис. 2); 
 =1,05 – коэффициент, введён для предварительного учета собственного
веса второстепенной балки.

~ 9 ~ 

 

Расчетная погонная нагрузка на единицу длины второстепенной бал-

ки с предварительным учетом собственного веса второстепенной балки, 
кН/м: 

                  











а
q
q
q
вр
f

н
вр
пост
f

н
пост
вб
,
,
,                              (2) 

где 
пост
f ,


 – коэффициент надежности по нагрузке для веса строительных 

конструкций [2, п. 7.2, табл. 7.1]; 
вр
f ,


 – коэффициент надежности по на-

грузке для равномерно распределенных временных нагрузок [2, пп. 8.2.7]. 
 

1.2. Определение расчетной длины второстепенной балки 

 

На рис. 3 приведена конструктивная схема для определения расчет-

ной и конструктивной длин второстепенной балки. На схеме приняты следующие 
обозначения:  

 

 

Рис. 3. Конструктивная схема второстепенной балки 

 

2
L  – размер ячейки поперек здания (см. задание); zl = 250 мм – глубина 
заделки второстепенной балки в стену; l0вб – расчётная длина второстепенной 
балки; lквб – конструктивная длина второстепенной балки; bп,гб – 
ширина полки главной балки, для предварительных расчетов принимается 
равной 400 мм. 

Конструктивную длину второстепенной балки, м, можно определить 

как 

                                                
z
квб
l
L
l


2
.                                            (3) 

 

Расчетная длина (расчетный полет) второстепенной балки равна рас-

стоянию между серединами площадок опирания. В соответствии с рис. 3 
расчетная длина второстепенной балки, м, может быть определена 

                                         
4
5,0
,

2
0

гб
п

z
вб

b
l
L
l




.                                     (4) 

~ 10 ~ 

 

1.3. Статический расчет второстепенной балки 

 

Расчетная схема второстепенной балки и эпюры внутренних усилий 

(изгибающего момента и поперечной силы) даны на рис. 4. 

 

                 
 

 

Рис. 4. Расчетная схема второстепенной балки. 

Эпюры М и Q 

 

Максимальный 
изгибающий 
момент 
от 
расчетной 
нагрузки 

определяется по формуле, кН·м, 

                                          
8

2
0

max

вб
вб l
q
M


.                                               (5) 

Максимальное значение поперечной силы от расчетной нагрузки, кН, 

                                          
2

0

max

вб
вб l
q
Q


.                                                  (6) 

 

1.4. Расчет второстепенной балки по первой группе  

предельных состояний 

 
Второстепенная балка перекрытия является разрезной, симметрично-

го прокатного двутаврового сечения и загружена статической нагрузкой, 
приложенной в плоскости стенки балки. Расчет второстепенной балки 
производится как для конструкции 2-го класса (упругопластическое состояние 
сечения) [1, пп. 4.2.7]. По первой группе предельных состояний 
расчет прокатных балок производят по прочности по нормальным напря-

~ 11 ~ 

 

жениям при действии момента. Вследствие большой толщины стенок 
прокатных сечений расчет их по прочности по касательным напряжениям 
при действии поперечной силы не производится. Расчет второстепенной 
балки на общую устойчивость не производится, т.к. наличие жесткого настила, 
связанного со сжатым поясом балок, является достаточным закреплением 
балок от потери устойчивости. 
 

1.4.1. Определение поперечного сечения второстепенной балки 

 из условия прочности по нормальным напряжениям 

 

Расчетное сечение второстепенной балки находится в середине ее про-

лета в месте действия максимального изгибающего момента. Максимальное 
нормальное напряжение, которое возникает в этом сечении, не должно превышать 
расчетного сопротивления стали по пределу текучести: 

                                         
.
max

max
c
y

x

R
W
М





                                       (7) 

Определение поперечного сечения второстепенной балки произво-

дится из условия прочности по нормальным напряжениям [1, пп. 8.2.3]: 

1,
max





c
y
х
х
R
W
с

M



                                               (8) 

где  Mmax – максимальное значение изгибающего момента (см. статический 
расчет), кН·см; Wx – момент сопротивления сечения относительно оси х, 
см4; Ry – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по 
пределу текучести, кН/см2 [1, табл. П.В.5]; γс – коэффициент условия работы  [
1, табл. 1]; сх – коэффициент, который учитывает возможность развития 
пластических деформаций в разрезной балке сплошного сечения. 
Значение коэффициента  сх зависит от отношения площади полки к площади 
стенки второстепенной балки 
w
f
f
A
A


 [1, табл. П.Е.1]). В пред-

варительных расчетах рекомендовано принять 
1


w
f
f
A
A

; β – коэф-

фициент, учитывающий действие касательных напряжений, β = 1 при Q = 
0  (см. рис. 4). 

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки отно-

сительно оси х определяется из условия (8), см3: 

c
y
х

тр
х
R
с

M
W






max
.                                                      (9)