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)

2、點(diǎn)兩大類(lèi)。 壓力支座節(jié)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

3、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) 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

4、一般不宜小于25d（不含彎鉤）。網(wǎng) 架結(jié)構(gòu)的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

5、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 b l h r R hc b （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50mm lf Rb hc 4 3 ，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

6、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）弧形板圓弧面半徑 r，可按下式計(jì)算： 2 18. 0 P s lf RE r ，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(mǎn)足以下公式的要求： hb=3040mm （75） r2b （76） c=R/b

7、lfcc （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)算底面積； Ac局部承壓面積。 cb AA / 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(mǎn)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(mǎn)足這種要求。 這種節(jié)點(diǎn)又稱(chēng)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，

8、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

9、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)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

10、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

11、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 ddd d 55 5 加勁薄鋼板橡膠 i

12、st d 5 b a 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

13、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40m

14、m。 （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(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 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 605 605 18.63 18.63 450 500 7.84 8.82

15、 25 20 -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)系 456789101112 E （Mpa） 196265333412490579657745843 1314151617181920 E （Mpa） 9321040115712851422155917061863 附 注

16、 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 456789101112 E （Mpa） 1962653334124905796577

17、45843 1314151617181920 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 （8

18、1） 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。 1 w 2 w dd u a （3）驗(yàn)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(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=