Проектирование новых и реконструкция существующих зданий с применением несущей системы УИКСС

 
 
 
 
 
 

Б. С. СОКОЛОВ  
Е. О. ТРОШКОВ 

 
 
 
 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  

НОВЫХ И РЕКОНСТРУКЦИЯ  

СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ  

С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕСУЩЕЙ  

СИСТЕМЫ УИКСС 

 
 
 

Монография 

 
 
 
 
 
 
 

 
 

Йошкар-Ола 

2019 

УДК 69.059.7:624.012.45 
ББК  38.7 

С 59 

   
Рецензенты:  
профессор, член-корреспондент РААСН, заведующий кафедрой железобетонных 
и каменных конструкций Санкт-Петербургского государственного 
архитектурно-строительного университета В. И. Морозов; 
начальник отдела инновационных разработок и конструктивных решений 
НИИЖБ им. А. А. Гвоздева АО «Научно-исследовательский центр 
«Строительство», доктор технических наук, дважды лауреат Премии 
Правительства РФ по науке и технике И. Н. Тихонов; 
доктор технических наук, профессор, начальник отдела конструктивных 
систем № 1 АО «ЦНИИПромзданий» Н. Н. Трекин 

 

 

 

Соколов, Б. С. 

С 59       Проектирование новых и реконструкция существующих зданий 

с применением несущей системы УИКСС: монография / Б. С. Соколов, 
Е. О. Трошков. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный 
технологический университет, 2019. – 182 с. 
ISBN 978-5-8158-2112-5 

 

В монографии приведены результаты многолетних теоретических, 

численных и экспериментальных исследований, направленных на изучение 
напряженно-деформированного состояния, разработку методик расчета 
и рекомендаций по проектированию сборной железобетонной несущей 
системы с безбалочными бескапительными перекрытиями УИКСС 
(«Универсальная индустриальная каркасная система строительства»). 
Значительное внимание уделено научным основам создания предлагаемой 
несущей системы, а также особенностям расчета и конструирования элементов 
при выполнении проектных работ. 

Для ученых и специалистов-практиков, исследователей в области 

строительства, аспирантов и студентов соответствующих направлений 
подготовки. 

УДК 69.059.7:624.012.45 

ББК 38.7 

 

ISBN 978-5-8158-2112-5 
© Б. С. Соколов, Е. О. Трошков, 2019 
© Поволжский государственный 

технологический университет, 2019 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
В настоящей монографии рассматриваются новые конструктивные 

решения и результаты научных исследований, направленных на изучение 
напряженно-деформированного состояния и разработку методик 
расчета элементов сборного железобетонного каркаса, обладающего 
конкурентоспособными технико-экономическими показателями, что 
сегодня является весьма актуальным. 

Здесь обобщены результаты научных исследований авторов, выполняемых 
на протяжении нескольких лет. В работе рассматриваются особенности 
конструктивных и планировочных решений несущей системы 
УИКСС, а также варианты компоновки несущей системы при проектировании 
зданий различного функционального назначения. 

Особое внимание уделено описанию выполненных исследований 

напряженно-деформированного состояния конструкций несущей системы 
УИКСС с использованием компьютерного моделирования и физических 
экспериментов. Достаточно полно представлены методики, процесс, 
анализ полученных результатов. 

Авторами выполнен большой объем исследований (теоретических, численных 
и экспериментальных). Анализ напряженно-деформированного 
состояния конструкций с использованием численного моделирования в 
современных программных комплексах с доведением моделей до виртуального 
разрушения, позволивший сократить количество выполняемых 
физических экспериментов, позволил выявить влияние различных 
факторов на напряженно-деформированное состояние конструкций. 
Получены данные для разработки методик расчета стыка плит и оптимизирована 
программа физических экспериментов. 

Экспериментальные исследования проводились в соответствии с 

действующими нормами. Выполнение опытов над моделями изучаемых 
штепсельных стыков при действии различных нагрузок и их комбинаций, 
а также сравнение полученных данных с результатами компьютерного 
моделирования позволили разработать методики расчета прочности 
и деформативности стыка. 

Предлагаемые методики расчета основаны на классических методах 

строительной механики, теории силового сопротивления анизотропных 
материалов сжатию, предложенной профессором Б. С. Соколовым, и 
диаграммном методе. Сравнение результатов, полученных теоретически, 
с данными проведенных экспериментов показало удовлетворительные 
расхождения, что позволяет рекомендовать разработанные методики 
к использованию при проектировании. 

Авторами получены данные о НДС конструкций сборного железобетонного 
безбалочного бескапительного каркаса со штепсельными стыками 
элементов с применением компьютерного моделирования и физи-
ческих экспериментов. Выполненные исследования помогли авторам 
определить факторы, оказывающие наибольшее влияние на прочность и 
деформативность элементов, а также использовать полученные данные 
в разработанных методиках расчета. 

Практическая значимость работы заключается в разработке реко-

мендаций по проектированию зданий и сооружений, возводимых с 
применением сборного железобетонного каркаса и штепсельными 
стыками колонн с плитами перекрытиями. Полученные результаты 
позволяют осуществить внедрение в строительство сборной железобе-
тонной каркасной безбалочной системы, применение которой даст 
возможность снизить металлоемкость и стоимость монтажа каркаса по 
сравнению с аналогами. 

Материал монографии рекомендуется использовать при реальном 

проектировании, а также подготовке научных кадров, применять в 
учебном процессе и научно-исследовательской деятельности студентов 
и аспирантов, на курсах повышения квалификации специалистов строи-
тельного профиля. 

 
 

 
 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

 

АЖТ 
– абсолютно жесткое тело 

ДДУ 
– детское дошкольное учреждение 

ЕНиР 
– единые нормы и расценки 

КПД 
– крупнопанельное домостроение 

«КУБ» – каркас универсальный безбалочный 

КЭ 
– конечный элемент 

НДС 
– напряженно-деформированное состояние 

ОД 
– относительная деформация 

ПК 
– программный комплекс 

СанПиН – санитарные правила и нормы 

САПР 
– система автоматизированного проектирования 

СНиП 
– строительные нормы и правила 

СП 
– свод правил 

УИКСС – универсальная индустриальная каркасная система строительства 

ЭС 
– эксплуатационная стадия 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
В России в последнее время в связи с ростом населения возраста-

ет потребность в строительстве городского жилья, школьных, до-
школьных, медицинских учреждений, объектов индивидуального 
строительства.  

Учитывая, что во многих районах страны зимний период составляет 

большую часть года, строительство зданий из монолитного железобето-
на вызывает определенные трудности и нуждается в больших затратах. 
Кроме того, как показывают результаты натурных обследований, каче-
ство работ не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям. По-
этому не случайно получило новое развитие крупнопанельное и сборное 
каркасное строительство.  

Здания и сооружения, возводимые с применением сборных желе-

зобетонных каркасных систем, находят широкое распространение в 
практике мирового и отечественного строительства. Данным кон-
структивным решениям свойственны быстрота возведения, техноло-
гичность производства работ и экономическая эффективность, в связи 
с этим ведется постоянный поиск новых разработок, позволяющих 
совершенствовать процесс выполнения работ и снижать затраты на 
строительство.  

Одной из наиболее популярных сегодня является серия «КУБ» – 

каркасная универсальная безбалочная система, которая в конце прошло-
го столетия была внедрена на заводе КПД-3 в Казани, но из-за высокой 
трудоемкости изготовления и монтажа изделий их выпуск и, как след-
ствие, строительство были прекращены. 

В монографии изложен материал, посвященный изучению системы 

УИКСС – «Универсальной индустриальной каркасной системы строи-
тельства», новизна которой подтверждена свидетельством на полезную 
модель [11]. По существующей классификации она является представи-
тельницей каркасных несущих систем с безбалочными бескапительны-
ми перекрытиями, но имеет отличительные особенности: соединения 
колонн с надколонными плитами перекрытия выполняются с примене-
нием штепсельных стыков, а плиты перекрытий соединяются с исполь-
зованием петлевидных тросов в виде закладных деталей.  

Штепсельные стыки колонн с плитами являются перспективными 

для развития строительной отрасли за счет низкой металло- и энергоем-
кости благодаря исключению сварочных работ, однако отсутствие ре-
комендаций по их расчету и проектированию затрудняло ранее внедре-
ние данного конструктивного решения в практику строительства. 

Научная новизна данной работы заключается в том, что впервые по-

лучены данные о напряженно-деформированном состоянии штепсель-
ных стыков плит перекрытия с колоннами на основе выполнения чис-
ленных исследований и физических экспериментов, что позволило 
учесть в разработанных расчетных выражениях определения прочности 
и деформативности действительную работу бетона и элементов армиро-
вания конструкций. 

Результаты выполненных авторами исследований доведены до прак-

тического применения при проектировании зданий различного функционального 
назначения. 

Проведенные исследования имеют практическое значение для строительной 
отрасли, так как применение полученных результатов позволяет 
осуществить внедрение в строительное производство эффективных 
сборных железобетонных безбалочных каркасов УИКСС, конструируемых 
с использованием штепсельных стыков плит с колоннами. 

 
 
 
 
 
 

 
 

РАЗДЕЛ I 

 

НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  

НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ УИКСС 

 

 

 

Создание новых вариантов конструктивных решений зданий и сооружений 
является важной задачей, так как позволяет повысить экономическую 
эффективность и технологичность производства работ при 
строительстве. Несущая система УИКСС («Универсальная индустриальная 
каркасная система строительства»), на которую получен патент, 
представляет собой сборный железобетонный безбалочный каркас, 
главной отличительной особенностью которого является применение 
штепсельных стыков для соединения колонн с плитами перекрытия.  

Штепсельные стыки плит перекрытия с колоннами, располагаясь в 

зоне одновременного действия продольных, поперечных сил и изгиба-
ющих моментов, испытывают сложное напряженно-деформированное 
состояние, что ставит не изученные ранее вопросы об их прочности, 
деформативности и трещиностойкости. Для внедрения рассматриваемой 
системы было необходимо выполнение исследований напряженно-
деформированного состояния стыков и каркаса в целом, что позволило 
разработать необходимые методики расчета, провести конструирование 
элементов и создать рекомендации по проектированию. Таким образом, 
результаты исследования позволяют осуществить внедрение сборной 
железобетонной системы УИКСС, что отражает актуальность темы. 

Одними из основных при внедрении предлагаемой несущей системы 

являются вопросы прочности и деформативности стыка колонн с плитой 
перекрытия. По существующей классификации данный узел относится 
к платформенным стыкам, изучением прочности и деформативно-
сти которых занимались А. А. Гасанов, Е. Горачек, А. В. Грановский, 
В. В. Данель, П. Ф. Дроздов, С. А. Зенин, Э. Н. Кодыш, В. И. Колчунов, 
В. И. Лишак, Г. П. Никитин, И. К. Никитин, Е. В. Осовских, А. Л. Сми-

лянский, Б. С. Соколов, Н. Н. Трекин, С. И. Фомичев, Г. М. Чентемиров, 
А. Г. Шапиро, Г. И. Шапиро, Р. Ш. Шарипов, Р. В. Юрьев, A. Clarke, 
K. H. Gerstle, N. W. Hanson, H. G. Harris, S. D. Huey, S. Iyengar, 
L. S. Johal, R. A. Magafia, A. E. Schutz и др. Анализ доступной научно-
технической зарубежной литературы показал, что применение штеп-
сельных стыков, соединяющих колонны каркаса с элементами пере-
крытия, ограничены системой «Contiframe», разработанной в Вели-
кобритании. 

Штепсельные стыки, расположенные в зоне нулевых изгибающих 

моментов, находят широкое применение в соединениях сборных желе-
зобетонных колонн, применяемых в России. Исследования их напря-
женно-деформированного состояния (НДС) проводились профессором 
Б.С. Соколовым и его учениками, что позволило разработать методики 
расчета их прочности и деформативности.  

Целью настоящих исследований являлась разработка нового эффек-

тивного сборного железобетонного каркаса УИКСС, обеспечивающего 
комфортные условия проживания и производственной деятельности. 

Для достижения цели решены следующие задачи: 
1) определены возможные планировочные решения зданий и соору-

жений с использованием системы УИКСС; 

2) проведено компьютерное моделирование напряженно-деформи-

рованного состояния несущей системы УИКСС и ее элементов при ва-
рьировании факторами с доведением моделей до виртуального разру-
шения; 

3) реализованы экспериментальные исследования штепсельных сты-

ков колонн с плитами перекрытий, выполнено их сравнение с результа-
тами компьютерного моделирования; 

4) разработаны методики расчета стыка надколонной плиты с ко-

лоннами по предельным состояниям, проведено их сравнение с резуль-
татами опытов; 

5) предложены рекомендации по проектированию и конструирова-

нию конструкций предлагаемого каркаса. 

Научную новизну исследований составляют впервые полученные 

данные о напряженно-деформированном состоянии штепсельных сты-
ков плит с колоннами в составе конструкции сборных железобетонных 
каркасов, в том числе несущей системы УИКСС, с помощью примене-
ния численных и экспериментальных исследований. 

Теоретическая значимость работы заключается в том, что на осно-

ве результатов, полученных численно и с применением физических экс-

периментов, разработаны методики расчета, являющиеся развитием 
теории силового сопротивления материалов сжатию профессора Б. С. 
Соколова, в том числе на основе применения диаграммных методов. 

Практическая значимость работы состоит в получении возможно-

сти внедрения сборного железобетонного каркаса с безбалочными пере-
крытиями УИКСС при строительстве зданий и сооружений, что поло-
жительно отразится на стоимости и трудоемкости возведения объектов. 

Методика исследования заключалась в следующем: 
 теоретические исследования, включающие анализ и определение 

возможных планировочных решений зданий и сооружений с использо-
ванием системы УИКСС, позволили уточнить задачи исследований и 
составить программу численных экспериментов; 

 компьютерное моделирование напряженно-деформированного 

состояния при варьировании факторами и доведении моделей до вирту-
ального разрушения являлось необходимым для оценки работы кон-
струкций и отдельных элементов стыка, а также для оптимизации про-
граммы физических экспериментов; 

 экспериментальные исследования, выполняемые в соответствии с 

действующими нормативными документами, проводились с целью 
оценки прочности и деформативности штепсельных стыков плит с ко-
лоннами в составе каркаса при действии статических нагрузок и их 
комбинаций; 

 анализ полученных результатов физических испытаний и компь-

ютерного моделирования напряженно-деформированного состояния 
позволил создать необходимые методики расчета элементов каркаса и 
рекомендации по проектированию несущей системы в целом. 

Таким образом, в разделе I настоящей монографии представлены ре-

зультаты выполненных научных исследований, позволивших осуще-
ствить разработку рекомендаций по проектированию несущей системы 
УИКСС, приведенных в разделе II.