淺析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、淺析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座設(shè)計(jì)要點(diǎn) 網(wǎng)架( 網(wǎng) 殼)結(jié)構(gòu)作為一種高次超靜定空間桿系結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠涫芰π阅芎?理論上桿件只受軸力作用)、剛度大、整體性及抗震性能好、承載力強(qiáng)、受支座不勻稱沉降影響小、適應(yīng)性強(qiáng)，而計(jì)算理論的日益完美以及計(jì)算機(jī)技術(shù)飛快進(jìn)展，使得對(duì)任何極其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)成為可能，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建造領(lǐng)域中。但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)倘若其支承結(jié)構(gòu)、支座型式及邊界條件設(shè)計(jì)不合理睬對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的平安性和經(jīng)濟(jì)性造成重要影響。 1. 支承結(jié)構(gòu)與支承方式 目前在許多工程中，網(wǎng)架（網(wǎng)殼）一般由專業(yè)的鋼構(gòu)公司按照事先假定的邊界約束條件舉行設(shè)計(jì)，再將他們算出來(lái)的支座反力作為外加荷載作用到下部支承結(jié)構(gòu)

2、中。把網(wǎng)架（網(wǎng)殼）和下部支承結(jié)構(gòu)分開計(jì)算，網(wǎng)架支座相對(duì)于下部結(jié)構(gòu)的位移雖然可以通過(guò)彈性約束方法模擬，但是由下部支承結(jié)構(gòu)變形帶來(lái)的支座沉陷等支座本身的變位很難估算精確，算出來(lái)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力在某些狀況下會(huì)與實(shí)際狀況差別較大，可能會(huì)給工程留下平安隱患。下部結(jié)構(gòu)可能是柱，也可能是梁，也可能是其他結(jié)構(gòu)形式，不僅剛度是有限的，而且詳細(xì)工程剛度差異可能很大，在這種假定條件下，算出來(lái)的桿件內(nèi)力、支座反力及下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力與采用網(wǎng)架支座剛度為實(shí)際剛度且上、下部結(jié)構(gòu)共同工作的力學(xué)模型所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果絕對(duì)是不相同的。另外，分開計(jì)算還割裂了上下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，使得上、下部結(jié)構(gòu)的周期和位移計(jì)算均不精確。 通常網(wǎng)架的支承可以分

3、為：周邊支承、點(diǎn)支承以及點(diǎn)支承與周邊支承混合使用三種方式，周邊支承是將網(wǎng)架周邊節(jié)點(diǎn)擱置在梁或柱上，點(diǎn)支承則是將網(wǎng)架支座以較大的間距擱置于自立梁或柱上，柱子與其他結(jié)構(gòu)無(wú)聯(lián)系。網(wǎng)架（網(wǎng)殼）擱置在梁或柱上時(shí)，可以認(rèn)為梁和柱的豎向剛度很大，忽視梁的豎向變形和柱子軸向變形，因此網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座豎向位移為零，網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座水平變形應(yīng)考慮下部結(jié)構(gòu)共同工作。在周邊支承網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座的徑向應(yīng)將下部支承結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架（網(wǎng)殼）結(jié)構(gòu)的彈性約束，而點(diǎn)支承網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座的邊界條件應(yīng)考慮水平X和Y兩個(gè)方向的彈性約束。支承結(jié)構(gòu)的等效彈簧剛度計(jì)算有如下幾種： 1）支承柱支承柱子水平位移方向的等效彈簧剛度為：Kc=3EcIc

4、/H3c式中 Hc：柱高；Ic：柱截面慣性矩。 2）兩端簡(jiǎn)支梁支承由長(zhǎng)度為L(zhǎng)，網(wǎng)架支座位于距梁端為a的簡(jiǎn)支梁的等效彈簧剛度為：Kb=3EbIbL/a2（L-a）2式中 a ：作用點(diǎn)距梁端距離；L：梁長(zhǎng)；Ib：梁截面慣性矩。 3）橡膠墊支座由高度為Hp的橡膠墊支承的支座等效彈簧剛度為：Kp=GpAp/Hp式中 Ap：橡膠墊面積；Hp：橡膠墊高。在實(shí)際工程中往往是在梁頂或柱頂增強(qiáng)橡膠墊彈性支座，特殊是在大跨度網(wǎng)架中，通過(guò)橡膠墊支座以滿意溫度應(yīng)力的變形要求，這就要求考慮梁或柱彈性剛度與橡膠墊彈性剛度的疊加，當(dāng)K1與K2疊加時(shí)，由位移疊加得其疊加剛度K為:1/K=1/K1+1/K2；有K=1/（1/K

5、1+1/K2）。 2支座（支座節(jié)點(diǎn)） 結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的銜接區(qū)簡(jiǎn)化為支座，按其受力特征分為五種：活動(dòng)鉸支座（滾軸支座），固定鉸支座，定向支座（滑動(dòng)支座），固定（端）支座和彈性（彈簧）支座。彈性支座在供應(yīng)反力的同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，反力與位移的比值保持不變，稱為彈性支座的剛度系數(shù)。彈性支座既可供應(yīng)移動(dòng)約束，也可供應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)約束。當(dāng)支座剛度與結(jié)構(gòu)剛度相近時(shí)，宜簡(jiǎn)化為彈性支座。當(dāng)結(jié)構(gòu)某一部分承受荷載時(shí)（如研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題），其相鄰部分可看作是該部分的彈性支承，支座的剛度取決于相鄰部分的剛度（如將斜拉橋的斜拉索簡(jiǎn)化為彈簧支座）。當(dāng)支座剛度遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于該部分的剛度時(shí)，彈性支座則向前四種抱負(fù)支座轉(zhuǎn)化。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般

6、都支承在柱頂或圈梁等下部支承結(jié)構(gòu)上，支座節(jié)點(diǎn)即指位于支承結(jié)構(gòu)上的網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)。它既要銜接在網(wǎng)架支承處匯交的桿件，又要支承囫圇網(wǎng)架，并將作用在網(wǎng)架上的荷載傳遞到下部支承結(jié)構(gòu)。因此，支座節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)聯(lián)系的紐帶，也是囫圇結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要部位。一個(gè)合理的支座節(jié)點(diǎn)務(wù)必是受力明確、傳力簡(jiǎn)捷、平安牢靠，同時(shí)還應(yīng)做到構(gòu)造容易合理，制作容易便利，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)應(yīng)能保證平安牢靠地傳遞支承反力，因此務(wù)必具有足夠的強(qiáng)度和剛度。在豎向荷載作用下，支承節(jié)點(diǎn)一般均為受壓，但在一些斜放類的網(wǎng)架中，局部支座節(jié)點(diǎn)可能承受拉力作用，有時(shí)還可能要承受水平力的作用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造適應(yīng)它們的受力特點(diǎn)。同時(shí)支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造還應(yīng)盡量符合計(jì)算假定，充分反映設(shè)計(jì)意圖。因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定的桿件體系，支座節(jié)點(diǎn)的約束條件對(duì)網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)位移和桿件內(nèi)力影響較大；約束條件在構(gòu)造和設(shè)計(jì)間的差異將直接導(dǎo)致桿件內(nèi)力和支座反力的轉(zhuǎn)變，有時(shí)還會(huì)造成桿件內(nèi)力變號(hào)。因此對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)賜予足夠的重視。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否平安、經(jīng)濟(jì)，最關(guān)鍵因素首先在于所選的支承結(jié)構(gòu)、支座型式及邊界條件是否合理，為此在詳細(xì)設(shè)計(jì)中我們盡可能避開將上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部支承系統(tǒng)單獨(dú)分析、設(shè)計(jì)，尤其當(dāng)網(wǎng)架支座相對(duì)于下部結(jié)構(gòu)的位移很難通過(guò)彈性約束方法模擬時(shí)