空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第十節(jié)課件

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)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)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(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。

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

2.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)

4．球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)

1．平板拉力支座節(jié)點(diǎn)2．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

2．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，類似于平面桁架的支座節(jié)點(diǎn)。一般有下列幾種常見的型式。

1．平板壓力支座節(jié)點(diǎn)

2.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)

4．球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)

一、壓力支座節(jié)點(diǎn)2.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（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，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）弧形板圓弧面半徑

r，可按下式計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值，

fP=2.62fy

（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=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(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

β——混凝土局部承壓強(qiáng)度的提高系數(shù)，β＝（78）

Ab——局部承壓時(shí)的計(jì)算底面積；

Ac——局部承壓面積。3．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)。

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)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。（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2～3mm，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/b＝1∶1.1～1.5。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(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(lái)確定，一般可取短邊長(zhǎng)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(guò)程中，要避免與油脂等油類物質(zhì)以及其他對(duì)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(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：

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(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；[σ]——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

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(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：

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(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：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(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：1.43u≤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(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=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(dāng)w2<0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w2≥0，即：wm≥

θa/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wm<0.05d0。故橡膠墊板的平均壓縮變形應(yīng)滿足以