Основы строительных конструкций. Деревянные конструкции

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования  
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»  
 
 

 

 

 

В.В. Ермолаев, Д.М. Лобов, А.С. Торопов, С.В. Клюев 

 

 

 

 

 

Основы строительных конструкций.  

Деревянные конструкции 

 

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 
ННГАСУ 
2023 
 

ББК 38.5 
О 75 
УДК 624.011 
 

Печатается в авторской редакции 
 

Рецензенты: 

А.Р. Столяров – канд.тех. наук, зам. директора ООО «ИКЦ» Промтехбезопасность, директор 
Нижегородского филиала 

Д.А. Ламзин – ведущий научный сотрудник научно-исследовательского института механики 
ФГАОУ ВО « ННГУ им. Лобачевского» 

 

Ермолаев В.В. Основы строительных конструкций. Деревянные конструкции [Текст]:  учеб. 
пособие / В.В. Ермолаев, Д.М. Лобов, А.С. Торопов, С.В. Клюев; Нижегор. гос. архитектур. - 
строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2023. – 69 с. ISBN 978-5-528-00519-5 

 

Приведены рекомендации по изучению дисциплины «Строительные конструкции», 
раздела «Деревянные  конструкции» студентами. Описаны основные особенности освоения 
материала лекций и содержание практических занятий. Изложены базовые положения по 
изучению студентами в трех частях курса: принципы расчета по предельным состояниям, 
история применения деревянных конструкций, строение древесины, достоинства и 
недостатки материала. 
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся в ННГАСУ 
по направлению 08.03.01 Строительство.  
 
 

 

 

 

 

 

 

ISBN 978-5-528-00519-5                                                                        © Коллектив авторов, 2023 
©ННГАСУ, 2023 

Оглавление 

1. ОСНОВЫ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ОСНОВАНИЙ (ПО 

ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ) .............................................................................................. 4 

2. ПОНЯТИЕ О РАСЧЕТЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ 

СОСТОЯНИЯМ ............................................................................................................................ 6 

2.1. Понятие о расчете по предельным состояниям первой группы .................................................. 7 

2.2. Понятие о расчете по предельным состояниям второй группы .................................................. 8 

3. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ. 12 

4.ДЕРЕВО КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ................................................................... 26 

4.1. Применение древесины в строительстве ..................................................................................... 26 

4.2. Основные свойства древесины как конструкционного материала: достоинства и недостатки28 

4.3.Строение древесины ....................................................................................................................... 29 

4.4. Основные породы древесины ....................................................................................................... 31 

4.5. Пороки древесины ......................................................................................................................... 35 

4.6. Сортамент строительных материалов из древесины.................................................................. 40 

5. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ................................................... 44 

7. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 50 

7.1. Влияние анизотропии. Длительное сопротивление древесины ................................................ 50 

7.2. Влияние пороков древесины ........................................................................................................ 51 

7.3. Влияние влажности ....................................................................................................................... 51 

7.4. Влияние температуры ................................................................................................................... 52 

8. ЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ГНИЕНИЯ ....................................... 53 

8.1. Краткие сведения о гниении древесины...................................................................................... 53 

8.2. Конструктивные меры защиты древесины от гниения .............................................................. 54 

8.3. Химические меры защиты древесины от гниения ..................................................................... 56 

9. ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ ..................................... 57 

10. УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ................................................................ 59 

Практическое занятие №1 .......................................................................................................... 62 

ОПРЕДЕЛЕНИЕИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ  И НАХОЖДЕНИЕ 

НОРМАТИВНОГО СОПРОТИВЛЕИЯ ДРЕВЕСИНЫ .......................................................... 62 

Практическое занятие №2 .......................................................................................................... 64 

ОПРЕДЕЛЕНИЕИ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ .............................. 64 

Практическое занятие №3 .......................................................................................................... 65 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ...................................................................... 65 

ВОПРОСЫ ПО КУРСУ «ОСК ДК» .......................................................................................... 66 

Литература ................................................................................................................................... 67 

 
 
 

1. ОСНОВЫ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И 
ОСНОВАНИЙ (ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ) 

При проектировании, которое включает в себя расчет и конструирование 

строительных конструкций, необходимо соблюдать требования СП. Требования 

строительных норм направлены на обеспечение необходимой надежности в 

работе как здания (сооружения) в целом, так и его отдельных элементов 

(конструкций), их соединений, а также оснований. При этом здания и 

сооружения должны отвечать требованиям долговечности и капитальности. 

Существующие строительные нормы предписывают вести расчет 

строительных конструкций на силовые воздействия по методу предельных 

состояний. 

Предельными называются такие состояния для здания, сооружения, 

а также основания или отдельных конструкций, при которых они 

перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а 

также требованиям, заданным при их возведении. Далее везде по тексту в 

целях его сокращения будет говориться только о конструкциях и зданиях, имея 

при этом в виду и сооружения, и основания, и соединения элементов 

конструкций. 

Предельные состояния конструкций (зданий) подразделяются на две 

группы: 

• 
первая 
группа ‒ 
по 
потере 
несущей 
способности 
или 

непригодности к эксплуатации. Говоря проще, состояния, относящиеся к этой 

группе, считается предельными, если в конструкции наступило опасное 

напряженно-деформированное состояние; в худшем случае, если она по этим 

причинам разрушилась; 

• 
вторая группа ‒ но непригодности к нормальной эксплуатации. 

Нормальной называется такая эксплуатация здания или его конструкции, 

которая осуществляется в соответствии с предусмотренными в нормах или 

заданиях на проектирование технологическими или бытовыми условиями. 

Другими словами, возможны случаи, когда конструкция не потеряла несущей 

способности, т.е. удовлетворяет требованиям первой группы предельных 

состояний, но ее деформации (например, прогибы или трещины) таковы, что 

нарушают технологический процесс или нормальные условия нахождения 

людей в помещении. 

К предельным состояниям первой группы относятся: 

• общая потеря устойчивости формы (рис. 1, а, б); 

• потеря устойчивости положения (рис. 1, в, г); 

• хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (рис. 1, д); 

• разрушение под совместным воздействием силовых факторов и 

неблагоприятных влияний внешней среды и др. 

К предельным состояниям второй группы относятся состояния, 

затрудняющие 
нормальную 
эксплуатацию 
конструкций 
(знаний) 
или 

снижающие 
их 
долговечность 
вследствие 
появлений 
недопустимых 

перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний и трещин. 

Например, подкрановая балка, оставаясь прочной и надежной в работе, 

может прогнуться больше, чем установлено нормами. Вследствие этого 

мостовому крану с грузом приходится как бы выезжать из «ямы», 

образовавшейся вследствие прогиба балки, что создает дополнительные 

нагрузки на его узлы и ухудшает условия его нормальной эксплуатации. 

Другой пример: при прогибе деревянных оштукатуренных поверхностей 

(потолка) более чем на 1/300 длины пролета начинает отпадать штукатурка. 

Прочность балки при этом может быть не исчерпана, но нарушаются 

нормальные бытовые условия и может возникнуть опасность для здоровья и 

жизни людей. К аналогичным последствиям может привести чрезмерное 

раскрытие трещин, которые допустимы в железобетонных и каменных 

конструкциях, но ограничиваются нормами. 

 

2. ПОНЯТИЕ О РАСЧЕТЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО 
ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ 

Метод 
расчета 
строительных 
конструкций 
по 
предельным 

состояниям имеет своей целью не допустить наступления ни одного из 

предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании) 

при их эксплуатации в течение всею срока службы, а также при их возведении. 

 

Рис. 1. Предельные состояния первой группы: 

а), б) потеря общей устойчивости; в), г) потеря устойчивости положения; .д) хрупкое, вязкое 

или иного характера разрушение 

 

В наиболее общем виде суть расчета по предельным состояниям 

заключается в том, чтобы величины усилий, напряжений, деформаций, 

перемещений, раскрытия трещин или величины других факторов и 

воздействий 
не 
превышали 
предельных 
значений, 
установленных 

нормами проектирования. Другими словами, считается, что предельное 

состояние не наступит, если действительные перечисленные факторы не 

превышают значений, установленных нормами. Вся сложность расчета 

заключается в том, чтобы определить величины напряжений, деформаций и 

т.д., возникающих в конструкциях под действием нагрузок. Сравнить их с 

предельными значениями обычно не представляет труда. 

2.1. Понятие о расчете по предельным состояниям первой группы 

Расчет по предельным состояниям первой группы называют расчетом по 

несущей способности (по непригодности к эксплуатации). Цель такого 

расчета заключатся в том, чтобы предотвратить наступление любого из 

предельных состояний первой группы, т.е. обеспечить несущую способность 

как отдельной конструкции, так и всего здания в целом. 

Несущая способность конструкции считается обеспеченной, если 

удовлетворяется неравенство типа 

                                                        ≤ Ф,                                  (1) 

где N ‒ расчетные, т.е. наибольшие возможные усилия (или другие 

факторы) могущие возникнуть в сечении элемента (для сжатых и растянутых 

элементов ‒ это продольная сила, для изгибаемых – изгибающий момент и т.д.), 

Они зависят в первую очередь от нагрузки и определяются по правилам 

строительной механики в зависимости от конструктивной схемы, способов 

соединения конструкций и т.д.; 

Ф – наименьшая возможная несущая способность сечения элемента, 

подвергающегося 
сжатию, 
растяжению 
или 
изгибу. 
Она 
зависит 
от 

прочностных свойств материала конструкции, геометрии (формы и размеров) 

сечения и в наиболее общем виде может быть выражена (как функция, 

зависящая от материала и геометрических факторов сечения) в следующем 

виде: 

Ф= {R; А},                                                        (2) 

где R – расчетное сопротивление материала (которое является одной из 

основных прочностных характеристик материала); 

А ‒ геометрический фактор (площадь поперечного сечения при растяжении и 

сжатии, момент сопротивления ‒ при изгибе и т.д.). 

Для 
некоторых 
конструкций 
несущая 
способность 
считается 

обеспеченной, если выполнено условие (3), которое является частным случаем 

условия (1): 

                                                        ≤ ,                             (3) 

где σ ‒ нормальные напряжения в сечении конструкции (элемента), 

которые определяются. как правило, по формулам сопротивления материалов. 

Иногда в соответствующих расчетах приходится сравнивать с расчетным 

сопротивлением материала другие напряжения (касательные, главные и др.). 

2.2. Понятие о расчете по предельным состояниям второй группы 

Цель этого расчета – не допустить ни одного из предельных 

состояний второй группы, т.е. обеспечить нормальную эксплуатацию 

строительных конструкций или здания в целом. 

Считается, что предельные состояния второй группы не наступят, если 

будет удовлетворено условие 

                                                   ≤ ,                                       (4) 

где f (в общем случае) – это определенная из расчета деформация 

конструкции (перемещение, угол поворота сечения и т.д.). Для изгибаемых 

элементов это прогиб конструкции или ее элемента, для стержневых систем – 

укорочение или удлинение стержней, для оснований ‒ величина осадки. Они 

определяются по правилам строительной механики в зависимости от нагрузки, 

материала и расчетной схемы конструкции; 

fu – предельная деформация конструкции (перемещение, угол поворота сечения 

и т.д.). Для балок ‒ предельный прогиб, который определяется в соответствии с 

требованиями СП 20.13330.2016. 

К предельным состояниям второй группы относится также образование 

чрезмерных трещин. Трещины, вообще говоря, допустимы, но не для всех 

материалов. Они допустимы в некоторых железобетонных и каменных 

конструкциях, но ширина их раскрытия, так же как и прогибы, ограничивается 

нормами. Структура формул при обеспечении предельного состояния по 

раскрытию трещин остается такой же, как и при обеспечении деформаций или 

прогибов, т.е. аналогична условию (4). 

2.3. Нормативные и расчетные значения сопротивлений материалов и 

нагрузок 

При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп в 

качестве главного прочностного показателя материала, как уже отмечалось, 

устанавливается 
его 
сопротивление, 
которое 
(наряду 
с 
другими 

характеристиками) может принимать нормативные и расчетные значения: 

Rn ‒ нормативное сопротивление материала, представляет собой 

основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям и 

устанавливается соответствующими главами строительных норм (с учетом 

условий контроля и статистической изменчивости сопротивлений). Физический 

смысл нормативного сопротивления Rn ‒ это контрольная или браковочная 

характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не менее 0,95%; 

R ‒ расчетное сопротивление материала, определяется по формуле 

                                                        =
,                                     (5) 

где γm ‒ коэффициент надежности по материалу, учитывает 

возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону 

от нормативных значений, γm  > 1. 

Коэффициент надежности по материалу учитывает несоответствие 

фактической работы материала в конструкциях и его работы при испытании в 

образцах, а также возможность попадания в конструкции материала со 

свойствами ниже установленных в ГОСТ. 

Расчетные 
сопротивления 
в 
расчетах 
следует 
принимать 
с 

коэффициентом условий работы γс : 

γс ‒ коэффициент условий работы‚ учитывает особенности работы 

материалов, элементов и соединений конструкций, а также зданий и 

сооружений в целом, если эти особенности имеют систематический характер, 

но не отражаются в расчетах прямым путем (учет температуры, влажности, 

агрессивности среды, приближенности расчетных схем и др.). При выводе 

расчетных формул и написании формул, приводимых в СП, иногда не 

указывают, что расчетные сопротивления умножаются на γс , но если 

коэффициент условия работы отличается от единицы, на него всегда надо 

умножать расчетное сопротивление, т.е. во всех формулах, где есть R, вместо R  

надо подставлять произведение R· γс. 

Нормативные Rn и расчетные R сопротивления приводятся в 

соответствующих главах СП в зависимости от материала. 

Нормативные и расчетные значения устанавливаются не только для 

сопротивлений материалов, но и для нагрузок, учитывая изменчивость их 

величин или невозможность их определения с абсолютной точностью: 

Nn ‒ нормативная нагрузка, рассчитывается по проектным размерам 

конструкций или принимается в соответствии с главой СП 20.13330,2016 

«Нагрузки и воздействия»; 

N ‒ расчетная нагрузка, определяется по формуле 

                                                     N = N∙ γ,                              (6) 

где γf ‒ коэффициент надежности по нагрузкам, учитывает возможные 

отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от 

их нормативных значений. Как правило, γf  > 1. 

Нормы учитывают также возможные последствия от аварий, этот учет 

ведется при помощи коэффициента надежности по ответственности, на 

который умножаются расчетные нагрузки, что ведет к понижению или 

повышению их значения: 

                                                     N ∙ γ,                                       (7) 

где 
γn 
‒ 
коэффициент 
надежности 
по 
ответственности, 
учитывает 

экономические, социальные и экологические последствия, которые могут 

возникать в результате аварий. Большинство зданий (сооружений) массового 

строительства 
(жилые, 
общественные, 
производственные, 

сельскохозяйственные задания и сооружения) относятся к нормальному уровню 

ответственности, для которого установлено значение коэффициента γn = 1,0. 

Подробнее см. ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и 

оснований. Основные положения». 

Вследствие того, что наступление предельных состояний, относящихся 

ко второй группе, не связано с потерей несущей способности конструкций или 

здания в целом, нагрузки сопротивления материалов, которые используются в 

расчетах по этой группе, принимаются численно равными нормативным 

значениям. 

При расчетах по первой группе предельных состояний, которые связаны 

с обеспечением несущей способности конструкции (здания), принимают 

расчетные значения: расчетные нагрузки N и расчетные сопротивления 

материал R. 

При сравнении расчетных и нормативных значений видно, что 

расчетные нагрузки обычно больше нормативных, а расчетные сопротивления 

меньше 
нормативных 
сопротивлений. 
Так 
учитывается 
в 
большая 

ответственность расчета по предельным состояниям первой группы по 

сравнению с расчетами, относящимися ко второй группе.