空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第十節(jié)

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中國(guó)石油大學(xué)建筑工程系第十節(jié)第十節(jié) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)高福聚博士 副教授第十節(jié)第十節(jié) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)空間網(wǎng)架的支座一般都采用鉸支座，支承在柱、圈梁或磚墻上。為了能安全準(zhǔn)確地傳遞支承反力，支座節(jié)點(diǎn)應(yīng)力求簡(jiǎn)單，傳力明確，安全可靠，且盡量符合計(jì)算假定，以避免網(wǎng)架的實(shí)際內(nèi)力和變形與計(jì)算值存在較大的差異而危及結(jié)構(gòu)的安全。設(shè)計(jì)空間網(wǎng)架的支座節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架的類(lèi)型、跨度的大小、作用荷載情況，網(wǎng)架桿件截面形狀以及加工制造方法和施工安裝方法等，選用適當(dāng)型式的支座。根據(jù)受力狀態(tài)，網(wǎng)架的支座節(jié)點(diǎn)一般分為壓力支座節(jié)點(diǎn)和拉力支座節(jié)點(diǎn)兩大類(lèi)。 壓力支座節(jié)

2、點(diǎn)壓力支座節(jié)點(diǎn)拉力支座節(jié)點(diǎn)拉力支座節(jié)點(diǎn)板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)1平板壓力支座節(jié)點(diǎn)平板壓力支座節(jié)點(diǎn) 2. 單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn) 3雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn) 4球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn) 1平板拉力支座節(jié)點(diǎn)平板拉力支座節(jié)點(diǎn) 2弧形拉力支座節(jié)點(diǎn)弧形拉力支座節(jié)點(diǎn) 1板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造 2板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的計(jì)算板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的計(jì)算 在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中這類(lèi)支座節(jié)點(diǎn)較多，它主要傳遞支點(diǎn)反力。其構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，類(lèi)似于平面桁架的支座節(jié)點(diǎn)。一般有下列幾種常見(jiàn)的型式。 1平板壓力支座節(jié)點(diǎn)平板壓力支座節(jié)點(diǎn) 2. 單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)單面弧形壓力支座

3、節(jié)點(diǎn) 3雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn) 4球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn) 一、壓力支座節(jié)點(diǎn)一、壓力支座節(jié)點(diǎn)1平板壓力支座節(jié)點(diǎn)平板壓力支座節(jié)點(diǎn)圖分別為鋼板節(jié)點(diǎn)與空心球節(jié)點(diǎn)的平板壓力支座的構(gòu)造型式。這種節(jié)點(diǎn)由十字型節(jié)點(diǎn)板和一塊底板組成，構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、用鋼量省。但其支承板下的摩擦力較大，支座不能轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，支承板下的應(yīng)力分布也不均勻，和計(jì)算假定相差較大，一般只適用于較小跨度（40m）的網(wǎng)架。底板上的螺栓孔可做成橢圓孔，以利于安裝；宜采用雙螺母，并在安裝調(diào)整完畢后與螺桿焊死。螺栓直徑一般取M16M24，按構(gòu)造要求設(shè)置。螺栓在混凝土中的錨固長(zhǎng)度一般不宜小于25d（不含彎鉤）。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的

4、平板壓力支座中的底板、節(jié)點(diǎn)板、加勁肋及焊縫的計(jì)算、構(gòu)造要求均與平面鋼桁架支座節(jié)點(diǎn)的有關(guān)要求相似，此處不再贅述。2. 單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)這種支座的構(gòu)造與平板壓力支座相似，是平板壓力支座的改進(jìn)形式。它在支座板與支承板之間加一弧形支座墊板，使之能轉(zhuǎn)動(dòng)?；⌒螇|扳一般用鑄鋼或厚鋼板加工而成。從而使支座可以產(chǎn)生微量轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)（線位移），支承墊扳下的反力比較均勻，改善了較大跨度網(wǎng)架由于撓度和溫度應(yīng)力影響的支座受力性能，但摩擦力仍較大。為使支座轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，可將二個(gè)螺栓放在弧形支座的中心線上；當(dāng)支座反力較大需要設(shè)置4個(gè)螺栓時(shí)，當(dāng)支座反力較大，需要采用四個(gè)螺栓時(shí)，為不影響支座的轉(zhuǎn)動(dòng)，可在置于支

5、座四角的螺栓上部加設(shè)彈簧，彈簧的作用是當(dāng)支座在弧面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可作調(diào)節(jié)。為保證支座能有微量移動(dòng)（線位移），網(wǎng)架支座上部支承板的螺栓孔應(yīng)做成橢圓孔或大圓孔。這種支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，比較符合不動(dòng)圓柱鉸支承的計(jì)算假定。適用于周邊支承的中小的網(wǎng)架。底部支承弧形板的構(gòu)造與計(jì)算要求底部支承弧形板的構(gòu)造與計(jì)算要求blhrRhcb（1）弧形板中央截面（支承中心處）高度hc，可近似按下式計(jì)算，且不宜小于50mmlfRbhc43，且不宜小于50mm （72） 式中，R支座垂直反力設(shè)計(jì)值； b弧形板橫截面（垂直于圓弧面）的底部寬度； l弧形板表面與支座上部支承板的接觸長(zhǎng)度； f弧形板所用鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 （2）弧形板

6、圓弧面半徑 r，可按下式計(jì)算： 218. 0PslfREr ，且不宜小于2b （73） 式中，ES鋼材的彈性模量； fP弧形板與支座上部支承板自由接觸的承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， fP=2.62 fy （74） fy鋼材的屈服強(qiáng)度，當(dāng)弧形板和支座上部支承板采用不同鋼種 時(shí)，fy取較小值。 （3）弧形板的邊端高度hb，弧形板的底部寬度b，弧形板的圓弧半徑 r和弧形板與支座上部支承板的l，應(yīng)同時(shí)滿足以下公式的要求： hb=3040mm （75） r2b （76） c=R/blfcc （77）式中，fcc支座底板下的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 混凝土局部承壓強(qiáng)度的提高系數(shù)， （78） Ab局部承壓時(shí)的計(jì)算底面

7、積； Ac局部承壓面積。cbAA /3雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)當(dāng)網(wǎng)架的跨度較大，溫度應(yīng)力影響顯著，而且支座處的約束又比較強(qiáng)，以上兩種支座節(jié)點(diǎn)往往不能滿足要求。這時(shí)應(yīng)選擇一種既能自由伸縮又能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的支座節(jié)點(diǎn)。雙面弧形壓力支座基本上能滿足這種要求。這種節(jié)點(diǎn)又稱搖擺支座節(jié)點(diǎn)，它是在支座板與柱頂板之間設(shè)一塊上下均為弧形的鑄鋼件。在鑄鋼件兩側(cè)設(shè)有從支座板與柱頂板上分別焊出帶有橢圓孔的梯形鋼板，以螺栓將這三者連系在一起。這樣，在正常溫度變化下，支座可沿鑄鋼塊的兩個(gè)弧面作一定的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。這種支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造比較符合不動(dòng)圓柱鉸支承的假定，適用于跨度大、支承網(wǎng)架的柱子或墻體的剛度較大、周邊支承約

8、束較強(qiáng)、溫度應(yīng)力也較顯著的大型網(wǎng)架。但其構(gòu)造較復(fù)雜，加工麻煩，造價(jià)較高，而且只能在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。上海體育館比賽館的網(wǎng)架曾采用過(guò)這種型式的節(jié)點(diǎn)。 4球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)對(duì)于跨度較大或帶懸伸的四點(diǎn)支承或多點(diǎn)支承的網(wǎng)架，為適應(yīng)支座能在兩個(gè)方向作微量轉(zhuǎn)動(dòng)而不產(chǎn)生線位移和彎矩，采用球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)。這種支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造特點(diǎn)是，以一個(gè)凸出的實(shí)心半球，嵌合在一個(gè)凹進(jìn)的半球內(nèi)。在任何方向都能轉(zhuǎn)動(dòng)，而不產(chǎn)生彎矩，并在x、y、z三個(gè)方向都不會(huì)產(chǎn)生線位移。比較符合不動(dòng)球鉸支座支承的計(jì)算圖式。為防止地震作用或其他水平力的影響使凹球與凸球脫離，支座四周應(yīng)以錨栓固定，并應(yīng)在螺母下放置壓力彈簧，以保證支座的自由轉(zhuǎn)

9、動(dòng)而不受錨拴的約束影響。在構(gòu)造上凸球面的曲率半徑應(yīng)較凹球面的曲率半徑小一些，以便接觸面呈點(diǎn)接觸，利于支座的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這種節(jié)點(diǎn)適用于四點(diǎn)支承或多點(diǎn)支承的大跨度網(wǎng)架。 二、拉力支座節(jié)點(diǎn)有些周邊支承的網(wǎng)架，如斜放四角錐網(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架，在角隅處的支座上往往產(chǎn)生拉力，故應(yīng)根據(jù)承受拉力的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成拉力支座。在拉力支座節(jié)點(diǎn)中，一般都是利用錨栓來(lái)承受拉力的，錨栓的位置應(yīng)盡可能靠近節(jié)點(diǎn)的中心線。為使支承板下不產(chǎn)生過(guò)大的摩擦力，讓網(wǎng)架在溫度變化時(shí)，支座有可能作微小的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，一般都不要將錨栓過(guò)分?jǐn)Q緊。錨栓的凈面積可根據(jù)支座拉力N的大小計(jì)算。常用的拉力支座節(jié)點(diǎn)有下列兩種型式：1平板拉力支座節(jié)點(diǎn)平板拉力支座

10、節(jié)點(diǎn) 對(duì)于較小跨度網(wǎng)架，支座拉力較小，可采用與平板壓力支座相同的構(gòu)造，利用連接支座與支承校的錨栓來(lái)承受拉力。錨栓的直徑按計(jì)算確定，一般錨栓直徑不小于20mm。錨栓的位置應(yīng)盡可能靠近節(jié)點(diǎn)的中心線。平板拉力支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，適用于較小跨度的網(wǎng)架。 2弧形拉力支座節(jié)點(diǎn)弧形拉力支座節(jié)點(diǎn) 弧形拉力支座的構(gòu)造與弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)相似。支承平面做成弧形，以利于轉(zhuǎn)動(dòng)。為了更好地將拉力傳遞到支座上，在承受拉力的錨栓附近的節(jié)點(diǎn)板應(yīng)加肋以增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)剛度弧形支承板的材料一般用鑄鋼或厚鋼板加工而成。為了轉(zhuǎn)動(dòng)方便，最好將螺栓布置在或盡量靠近在節(jié)點(diǎn)中心位置。同時(shí)不要將螺母擰得太緊，以便使網(wǎng)架產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角時(shí)，支座板可以比

11、較自由地沿弧面移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。 這種節(jié)點(diǎn)適用于中、小跨度的網(wǎng)架。三、板式橡膠支座節(jié)點(diǎn) 板式橡膠支座的橡膠墊塊由多層橡膠與薄鋼板制成。這種支座不僅可以沿切向及法向位移，還可繞兩向轉(zhuǎn)動(dòng)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、安裝方便，適用于大、中跨度的網(wǎng)架。 板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造 板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的計(jì)算1板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造 dddd555加勁薄鋼板橡膠istd5ba橡膠墊板（1）橡膠墊板的材料與溫度有關(guān)。對(duì)氣溫不低于-25的地區(qū)，可采用氯丁橡膠墊板；對(duì)氣溫不低于-30的地區(qū)，可采用耐寒氯丁橡膠墊板；對(duì)氣溫不低于-40的地區(qū)，可采用天然橡膠支座。 （2）橡膠墊板中間的加勁鋼板，應(yīng)采用Q235鋼

12、或Q345鋼、15MnV鋼。其力學(xué)性能、化學(xué)成分、屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度及厚度的偏差均應(yīng)符合有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。薄鋼板的厚度宜采用23mm，平面尺寸應(yīng)比橡膠片每邊小5mm。澆塑橡膠前，必須對(duì)鋼板除銹、去油污，清洗干凈，并應(yīng)將周邊仔細(xì)加工，以防粘結(jié)不良和避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。（3）橡膠墊板的平面尺寸應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算確定，其短邊與長(zhǎng)邊的尺寸之比宜取為a/b11.11.5。為便于支座的轉(zhuǎn)動(dòng)，短邊應(yīng)平行于網(wǎng)架跨度方向，長(zhǎng)邊應(yīng)順應(yīng)網(wǎng)架支座切線方向平行放置。（4）橡膠墊板與支柱或基座的鋼板或混凝土之間可用502膠等膠結(jié)劑粘結(jié)固定，必要時(shí)還可增設(shè)銷(xiāo)釘?shù)认尬谎b置。為防止老化，可在橡膠墊板四周涂以酚醛樹(shù)脂，并粘結(jié)泡沫塑料

13、等。另外，設(shè)計(jì)時(shí)宜考慮長(zhǎng)期使用后因橡膠老化而需要更換的條件。（5）當(dāng)網(wǎng)架支座錨栓通過(guò)橡膠墊板時(shí)，橡膠墊板上的錨栓孔應(yīng)比錨栓直徑大1020mm，以免影響橡膠墊板的剪切變形和壓縮變形。（6）橡膠墊板的總厚度d應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架跨度方向的伸縮量和網(wǎng)架支座轉(zhuǎn)角的要求來(lái)確定，一般可取短邊長(zhǎng)度a的1/103/10，且不宜小于40mm。（7）橡膠墊板中橡膠片的厚度，上下表層dt宜取2.5mm，中間各層di可取為墊板短邊尺寸a的1/251/30。常用厚度宜采用5mm、8mm或11mm。（8）橡膠墊板在安裝、使用過(guò)程中，要避免與油脂等油類(lèi)物質(zhì)以及其他對(duì)橡膠有害的物質(zhì)接觸。 2板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的計(jì)算板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的計(jì)算

14、橡膠墊板所用膠料的物理機(jī)械性能應(yīng)符合表9的規(guī)定。表9 膠料的物理機(jī)械性能 膠料類(lèi)型硬度邵氏（度）扯斷力（MPa）伸長(zhǎng)率（%）300%定伸強(qiáng)度（MPa）扯斷永久變形（%）適用溫度不低于氯丁橡膠天然橡膠60560518.6318.634505007.848.822520-25-40表10 橡膠墊板的力學(xué)性能 允許抗壓強(qiáng)度 （MPa）極限破壞強(qiáng)度（MPa）抗壓彈性模量E（MPa）抗剪彈性模量G（MPa）摩擦系數(shù)與鋼板與混凝土7.849.8058.82由形狀系數(shù)按表11采用0.981.470.20.3 橡膠墊板的抗壓彈性模量與形狀系數(shù)的關(guān)系見(jiàn)表11。 橡膠墊板的力學(xué)性能應(yīng)符合表10的規(guī)定。表11 E關(guān)

15、系456789101112E（Mpa）1962653334124905796577458431314151617181920 E（Mpa）9321040115712851422155917061863 附 注支座形狀系數(shù)：ab/2(a+b)di a、b支座短邊及長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，mm；di中間橡膠層厚度，mm。 橡膠墊板的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容橡膠墊板的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容橡膠墊板的平面尺寸橡膠墊板厚度驗(yàn)算橡膠墊板的壓縮變形橡膠墊板的抗滑移驗(yàn)算（1）確定橡膠墊板的平面尺寸 橡膠墊板的底面積根據(jù)承壓條件按下式計(jì)算： ARmax/ （79） 式中， A橡膠支座承壓面積，A=ab； a、b橡膠墊板短邊及長(zhǎng)邊長(zhǎng)度； Rmax

16、網(wǎng)架全部荷載標(biāo)準(zhǔn)值在支座引起的最大反力； 橡膠墊板的允許抗壓強(qiáng)度，按表10采用。 表10 橡膠墊板的力學(xué)性能 456789101112E（Mpa）1962653334124905796577458431314151617181920 E（Mpa）9321040115712851422155917061863 附 注支座形狀系數(shù)：ab/2(a+b)di a、b支座短邊及長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，mm；di中間橡膠層厚度，mm。（2）確定橡膠墊板厚度橡膠墊板厚度d應(yīng)根據(jù)橡膠層總厚度d0與中間各層鋼板厚度確定。其中橡膠總厚度d0為： d02dtndi （80）式中，d0橡膠層總厚度； dt、di分別為上（下）表層

17、及中間各層橡膠片厚度； n中間橡膠片的層數(shù)。網(wǎng)架的水平位移是通過(guò)橡膠層的剪切變位來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)網(wǎng)架支座最大水平位移為u，則不應(yīng)超過(guò)橡膠層的容許剪切變位u，即： uu （81）式中，udtg，其中tg為板式橡膠支座容許剪切角正切值，一般取值為0.7；橡膠層總厚度太大，易引起失穩(wěn)，因此規(guī)定橡膠層總厚度應(yīng)不大于法向邊長(zhǎng)a的0.2倍。所以橡膠層的總厚度可根據(jù)其剪切變位條件及橡膠層總厚度控制條件來(lái)確定： 1.43ud00.2a （82）式中，u由于溫度變化等原因在網(wǎng)架支座處引起的最大水平位移值。橡膠層總厚度d0確定后，加上各膠片之間鋼板厚度之和，即可得橡膠墊板總厚度d。1w2wddua（3）驗(yàn)算橡膠墊板的

18、壓縮變形橡膠墊板的彈性模量較低，因此應(yīng)控制其變形值不宜過(guò)大。支座節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)橡膠墊板產(chǎn)生的不均勻壓縮變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)內(nèi)外側(cè)變形為w1、w2，則其平均變形為： wm=(w1+w2)/2= md0/E （83）式中， m平均壓應(yīng)力， m=Rmax/A； E橡膠墊板的抗壓彈性模量，可由表11確定。支座轉(zhuǎn)角為： =(w1-w2)/a （84）由式（83）（84）可得：最大水平位移值 w2=wm a/2 （85）當(dāng)w20時(shí)，表明支座后端局部脫空而前端局部承壓，這是不允許的，為此必須使w20，即：wm a/2同時(shí)，為避免橡膠支座產(chǎn)生過(guò)大的豎向壓縮變形，應(yīng)使wm0.05d0。故橡膠墊板的平均壓縮變形應(yīng)滿足以下條件： 0.05d0wm a/2 （86）式中 結(jié)構(gòu)在支座處的最大轉(zhuǎn)角（rad）。 （4）橡膠墊板的抗滑移驗(yàn)算橡膠墊板因水平變形u產(chǎn)生的水平力將依靠接觸面上摩擦力平衡。為