空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第十節(jié)課件

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理——空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中國石油大學(xué)建筑工程系第十節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點高福聚博士副教授第十節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點空間網(wǎng)架的支座一般都采用鉸支座，支承在柱、圈梁或磚墻上。為了能安全準確地傳遞支承反力，支座節(jié)點應(yīng)力求簡單，傳力明確，安全可靠，且盡量符合計算假定，以避免網(wǎng)架的實際內(nèi)力和變形與計算值存在較大的差異而危及結(jié)構(gòu)的安全。設(shè)計空間網(wǎng)架的支座節(jié)點時，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架的類型、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，選用適當型式的支座。根據(jù)受力狀態(tài)，網(wǎng)架的支座節(jié)點一般分為壓力支座節(jié)點和拉力支座節(jié)點兩大類。

壓力支座節(jié)點拉力支座節(jié)點板式橡膠支座節(jié)點1．平板壓力支座節(jié)點

2.單面弧形壓力支座節(jié)點

3．雙面弧形壓力支座節(jié)點

4．球鉸壓力支座節(jié)點

1．平板拉力支座節(jié)點2．弧形拉力支座節(jié)點

1．板式橡膠支座節(jié)點的構(gòu)造

2．板式橡膠支座節(jié)點的計算

在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中這類支座節(jié)點較多，它主要傳遞支點反力。其構(gòu)造比較簡單，類似于平面桁架的支座節(jié)點。一般有下列幾種常見的型式。

1．平板壓力支座節(jié)點

2.單面弧形壓力支座節(jié)點

3．雙面弧形壓力支座節(jié)點

4．球鉸壓力支座節(jié)點

一、壓力支座節(jié)點2.單面弧形壓力支座節(jié)點這種支座的構(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?；⌒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)動和移動（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)動靈活，可將二個螺栓放在弧形支座的中心線上；當支座反力較大需要設(shè)置4個螺栓時，當支座反力較大，需要采用四個螺栓時，為不影響支座的轉(zhuǎn)動，可在置于支座四角的螺栓上部加設(shè)彈簧，彈簧的作用是當支座在弧面上轉(zhuǎn)動時可作調(diào)節(jié)。為保證支座能有微量移動（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)點的構(gòu)造，比較符合不動圓柱鉸支承的計算假定。適用于周邊支承的中小的網(wǎng)架。底部支承弧形板的構(gòu)造與計算要求（1）弧形板中央截面（支承中心處）高度hc，可近似按下式計算，且不宜小于50mm，且不宜小于50mm（72）

式中，R——支座垂直反力設(shè)計值；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度；f——弧形板所用鋼材的抗彎強度設(shè)計值。

（2）弧形板圓弧面半徑

r，可按下式計算：

，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度設(shè)計值，

fP=2.62fy

（74）fy——鋼材的屈服強度，當弧形板和支座上部支承板采用不同鋼種時，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)同時滿足以下公式的要求：

hb=30～40mm

（75）r≥2b

（76）

σc=R/bl≤βfcc

（77）式中，fcc——支座底板下的混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；

β——混凝土局部承壓強度的提高系數(shù)，β＝（78）

Ab——局部承壓時的計算底面積；

Ac——局部承壓面積。3．雙面弧形壓力支座節(jié)點當網(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，以上兩種支座節(jié)點往往不能滿足要求。這時應(yīng)選擇一種既能自由伸縮又能自由轉(zhuǎn)動的支座節(jié)點。雙面弧形壓力支座基本上能滿足這種要求。這種節(jié)點又稱搖擺支座節(jié)點，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弧面作一定的轉(zhuǎn)動和移動。這種支座節(jié)點構(gòu)造比較符合不動圓柱鉸支承的假定，適用于跨度大、支承網(wǎng)架的柱子或墻體的剛度較大、周邊支承約束較強、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，造價較高，而且只能在一個方向轉(zhuǎn)動。上海體育館比賽館的網(wǎng)架曾采用過這種型式的節(jié)點。

二、拉力支座節(jié)點有些周邊支承的網(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)承受拉力的特點設(shè)計成拉力支座。在拉力支座節(jié)點中，一般都是利用錨栓來承受拉力的，錨栓的位置應(yīng)盡可能靠近節(jié)點的中心線。為使支承板下不產(chǎn)生過大的摩擦力，讓網(wǎng)架在溫度變化時，支座有可能作微小的移動和轉(zhuǎn)動，一般都不要將錨栓過分擰緊。錨栓的凈面積可根據(jù)支座拉力N的大小計算。常用的拉力支座節(jié)點有下列兩種型式：1．平板拉力支座節(jié)點對于較小跨度網(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承受拉力。錨栓的直徑按計算確定，一般錨栓直徑不小于20mm。錨栓的位置應(yīng)盡可能靠近節(jié)點的中心線。平板拉力支座節(jié)點的構(gòu)造比較簡單，適用于較小跨度的網(wǎng)架。

2．弧形拉力支座節(jié)點弧形拉力支座的構(gòu)造與弧形壓力支座節(jié)點相似。支承平面做成弧形，以利于轉(zhuǎn)動。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)點板應(yīng)加肋以增強節(jié)點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)動方便，最好將螺栓布置在或盡量靠近在節(jié)點中心位置。同時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，支座板可以比較自由地沿弧面移動或轉(zhuǎn)動。這種節(jié)點適用于中、小跨度的網(wǎng)架。（2）橡膠墊板中間的加勁鋼板，應(yīng)采用Q235鋼或Q345鋼、15MnV鋼。其力學(xué)性能、化學(xué)成分、屈服點、抗拉強度及厚度的偏差均應(yīng)符合有關(guān)國家標準的規(guī)定。薄鋼板的厚度宜采用2～3mm，平面尺寸應(yīng)比橡膠片每邊小5mm。澆塑橡膠前，必須對鋼板除銹、去油污，清洗干凈，并應(yīng)將周邊仔細加工，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)按強度條件計算確定，其短邊與長邊的尺寸之比宜取為a/b＝1∶1.1～1.5。為便于支座的轉(zhuǎn)動，短邊應(yīng)平行于網(wǎng)架跨度方向，長邊應(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，必要時還可增設(shè)銷釘?shù)认尬谎b置。為防止老化，可在橡膠墊板四周涂以酚醛樹脂，并粘結(jié)泡沫塑料等。另外，設(shè)計時宜考慮長期使用后因橡膠老化而需要更換的條件。（5）當網(wǎng)架支座錨栓通過橡膠墊板時，橡膠墊板上的錨栓孔應(yīng)比錨栓直徑大10～20mm，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)角的要求來確定，一般可取短邊長度a的1/10～3/10，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1/25～1/30。常用厚度宜采用5mm、8mm或11mm。（8）橡膠墊板在安裝、使用過程中，要避免與油脂等油類物質(zhì)以及其他對橡膠有害的物質(zhì)接觸。

表11E—β關(guān)系β456789101112E（Mpa）196265333412490579657745843β1314151617181920

E（Mpa）9321040115712851422155917061863

附

注支座形狀系數(shù)：β＝ab/[2(a+b)di]a、b——支座短邊及長邊的長度，mm；di——中間橡膠層厚度，mm。

橡膠墊板的設(shè)計計算內(nèi)容橡膠墊板的平面尺寸橡膠墊板厚度驗算橡膠墊板的壓縮變形橡膠墊板的抗滑移驗算（1）確定橡膠墊板的平面尺寸橡膠墊板的底面積根據(jù)承壓條件按下式計算：

A≥Rmax/[σ]（79）

式中，A——橡膠支座承壓面積，A=a?b；

a、b——橡膠墊板短邊及長邊長度；

Rmax——網(wǎng)架全部荷載標準值在支座引起的最大反力；[σ]——橡膠墊板的允許抗壓強度，按表10采用。表10橡膠墊板的力學(xué)性能

β456789101112E（Mpa）196265333412490579657745843β1314151617181920

E（Mpa）9321040115712851422155917061863

附

注支座形狀系數(shù)：β＝ab/[2(a+b)di]a、b——支座短邊及長邊的長度，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：

d0＝2dt＋ndi（80）式中，d0——橡膠層總厚度；

dt、di——分別為上（下）表層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橡膠層的剪切變位來實現(xiàn)的，設(shè)網(wǎng)架支座最大水平位移為u，則不應(yīng)超過橡膠層的容許剪切變位[u]，即：u≤[u]（81）式中，[u]——d×[tgα]，其中[tgα]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確定：1.43u≤d0≤0.2a（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。（3）驗算橡膠墊板的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大。支座節(jié)點的轉(zhuǎn)動是通過橡膠墊板產(chǎn)生的不均勻壓縮變形來實現(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=σmd0/E（83）式中，σm——平均壓應(yīng)力，σm=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：θ=(w1-w2)/a（84）由式（83）（84）可得：最大水平位移值w2=wm－

θa/2（85）當w2<0時，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w2≥0，即：wm≥

θa/2同時，為避免橡膠支座產(chǎn)生過大的豎向壓縮變形，應(yīng)使wm<0.05d0。故橡膠墊板的平均壓縮變形應(yīng)滿足以