空间网架结构第十节

1、钢结构设计原理空间网架结构 中国石油大学建筑工程系 第十节第十节 网架结构的支座网架结构的支座节点节点 高福聚 博士 副教授 第十节第十节 网架结构的支座网架结构的支座节点节点 空间网架的支座一般都采用铰支座，支承在柱、圈梁或砖墙上。为了能安全准确地传递支承反力，支 座节点应力求简单，传力明确，安全可靠，且尽量符合计算假定，以避免网架的实际内力和变形与计算 值存在较大的差异而危及结构的安全。 设计空间网架的支座节点时，应根据网架的类型、跨度的大小、作用荷载情况，网架杆件截面形状以 及加工制造方法和施工安装方法等，选用适当型式的支座。 根据受力状态，网架的支座节点一般分为压力支座节点和拉力支座节

2、点两大类。 压力支座节点压力支座节点 拉力支座节点拉力支座节点 板式橡胶支座节点板式橡胶支座节点 1平板压力支座节点平板压力支座节点 2. 单面弧形压力支座节点单面弧形压力支座节点 3双面弧形压力支座节点双面弧形压力支座节点 4球铰压力支座节点球铰压力支座节点 1平板拉力支座节点平板拉力支座节点 2弧形拉力支座节点弧形拉力支座节点 1板式橡胶支座节点的构造板式橡胶支座节点的构造 2板式橡胶支座节点的计算板式橡胶支座节点的计算 在网架结构中这类支座节点较多，它主要传递支点反力。其构造比较简单，类似于平面桁架的支座节点。 一般有下列几种常见的型式。 1平板压力支座节点平板压力支座节点 2. 单面弧

3、形压力支座节点单面弧形压力支座节点 3双面弧形压力支座节点双面弧形压力支座节点 4球铰压力支座节点球铰压力支座节点 一、压力支座节点一、压力支座节点 1平板压力支座节点平板压力支座节点 图分别为钢板节点与空心球节点的平板压力支座的构造型式。这种节点由十字型节点板和一块底板组成， 构造简单、加工方便、用钢量省。但其支承板下的摩擦力较大，支座不能转动或移动，支承板下的应力 分布也不均匀，和计算假定相差较大，一般只适用于较小跨度（40m）的网架。 底板上的螺栓孔可做成椭圆孔，以利于安装；宜采用双螺母，并在安装调整完毕后与螺杆焊死。螺栓直 径一般取M16M24，按构造要求设置。螺栓在混凝土中的锚固长度

4、一般不宜小于25d（不含弯钩）。网 架结构的平板压力支座中的底板、节点板、加劲肋及焊缝的计算、构造要求均与平面钢桁架支座节点的 有关要求相似，此处不再赘述。 2. 单面弧形压力支座节点单面弧形压力支座节点 这种支座的构造与平板压力支座相似， 是平板压力支座的改进形式。它在支座 板与支承板之间加一弧形支座垫板，使 之能转动。弧形垫扳一般用铸钢或厚钢 板加工而成。从而使支座可以产生微量 转动和移动（线位移），支承垫扳下的 反力比较均匀，改善了较大跨度网架由 于挠度和温度应力影响的支座受力性能， 但摩擦力仍较大。为使支座转动灵活， 可将二个螺栓放在弧形支座的中心线上； 当支座反力较大需要设置4个螺栓

5、时， 当支座反力较大，需要采用四个螺栓时， 为不影响支座的转动，可在置于支座四 角的螺栓上部加设弹簧，弹簧的作用是 当支座在弧面上转动时可作调节。为保 证支座能有微量移动（线位移），网架 支座上部支承板的螺栓孔应做成椭圆孔 或大圆孔。 这种支座节点的构造，比较符合不动圆 柱铰支承的计算假定。适用于周边支承 的中小的网架。 底部支承弧形板的构造与计算要求底部支承弧形板的构造与计算要求 b l h r R hc b （1）弧形板中央截面（支承中心处）高度hc，可近似按下式计算，且不宜 小于50mm lf Rb hc 4 3 ，且不宜小于50mm （72） 式中，R支座垂直反力设计值； b弧形板横截

6、面（垂直于圆弧面）的底部宽度； l弧形板表面与支座上部支承板的接触长度； f弧形板所用钢材的抗弯强度设计值。 （2）弧形板圆弧面半径 r，可按下式计算： 2 18. 0 P s lf RE r ，且不宜小于2b （73） 式中，ES钢材的弹性模量； fP弧形板与支座上部支承板自由接触的承压强度设计值， fP=2.62 fy （74） fy钢材的屈服强度，当弧形板和支座上部支承板采用不同钢种 时，fy取较小值。 （3）弧形板的边端高度hb，弧形板的底部宽度b，弧形板的圆弧半径 r和弧形板与支座上部支 承板的l，应同时满足以下公式的要求： hb=3040mm （75） r2b （76） c=R/b

7、lfcc （77） 式中，fcc支座底板下的混凝土轴心抗压强度设计值； 混凝土局部承压强度的提高系数， （78） Ab局部承压时的计算底面积； Ac局部承压面积。 cb AA / 3双面弧形压力支座节点双面弧形压力支座节点 当网架的跨度较大，温度应力影响显著， 而且支座处的约束又比较强，以上两种支座 节点往往不能满足要求。这时应选择一种既 能自由伸缩又能自由转动的支座节点。双面 弧形压力支座基本上能满足这种要求。 这种节点又称摇摆支座节点，它是在支座 板与柱顶板之间设一块上下均为弧形的铸钢 件。在铸钢件两侧设有从支座板与柱顶板上 分别焊出带有椭圆孔的梯形钢板，以螺栓将 这三者连系在一起。这样，

8、在正常温度变化 下，支座可沿铸钢块的两个弧面作一定的转 动和移动。 这种支座节点构造比较符合不动圆柱铰支 承的假定，适用于跨度大、支承网架的柱子 或墙体的刚度较大、周边支承约束较强、温 度应力也较显著的大型网架。但其构造较复 杂，加工麻烦，造价较高，而且只能在一个 方向转动。 上海体育馆比赛馆的网架曾采用过这种型 式的节点。 4球铰压力支座节点球铰压力支座节点 对于跨度较大或带悬伸的四点支承或多点支承的网架，为适应支座能在两个方向作微量转动而不产生线 位移和弯矩，采用球铰压力支座节点。这种支座节点的构造特点是，以一个凸出的实心半球，嵌合在一 个凹进的半球内。在任何方向都能转动，而不产生弯矩，并

9、在x、y、z三个方向都不会产生线位移。比 较符合不动球铰支座支承的计算图式。为防止地震作用或其他水平力的影响使凹球与凸球脱离，支座四 周应以锚栓固定，并应在螺母下放置压力弹簧，以保证支座的自由转动而不受锚拴的约束影响。在构造 上凸球面的曲率半径应较凹球面的曲率半径小一些，以便接触面呈点接触，利于支座的自由转动。这种 节点适用于四点支承或多点支承的大跨度网架。 二、拉力支座节点 有些周边支承的网架，如斜放四角锥网架、两向正交斜放网架，在角隅处的支座上往往产生拉力，故应 根据承受拉力的特点设计成拉力支座。在拉力支座节点中，一般都是利用锚栓来承受拉力的，锚栓的位 置应尽可能靠近节点的中心线。为使支承

10、板下不产生过大的摩擦力，让网架在温度变化时，支座有可能 作微小的移动和转动，一般都不要将锚栓过分拧紧。锚栓的净面积可根据支座拉力N的大小计算。常用 的拉力支座节点有下列两种型式： 1平板拉力支座节点平板拉力支座节点 对于较小跨度网架，支座拉力较小，可采用与平板压力支座相同的构造，利用连接支座与支承校的 锚栓来承受拉力。锚栓的直径按计算确定，一般锚栓直径不小于20mm。锚栓的位置应尽可能靠近节点 的中心线。 平板拉力支座节点的构造比较简单，适用于较小跨度的网架。 2弧形拉力支座节点弧形拉力支座节点 弧形拉力支座的构造与弧形压力支座节点相似。支承平面做成弧形，以利于转动。为了更好地将拉 力传递到支

11、座上，在承受拉力的锚栓附近的节点板应加肋以增强节点刚度弧形支承板的材料一般用铸钢 或厚钢板加工而成。 为了转动方便，最好将螺栓布置在或尽量靠近在节点中心位置。同时不要将螺母拧得太紧，以便使网架 产生位移或转角时，支座板可以比较自由地沿弧面移动或转动。 这种节点适用于中、小跨度的网架。 三、板式橡胶支座节点 板式橡胶支座的橡胶垫块由多层橡胶与薄钢板制成。这种支座不仅可以沿切向及法向位移，还可绕 两向转动，其构造简单、造价低、安装方便，适用于大、中跨度的网架。 板式橡胶支座节点的构造 板式橡胶支座节点的计算 1板式橡胶支座节点的构造板式橡胶支座节点的构造 ddd d 55 5 加劲薄钢板橡胶 i

12、st d 5 b a 橡胶垫板 （1）橡胶垫板的材料与温度有 关。对气温不低于-25的地区， 可采用氯丁橡胶垫板；对气温不 低于-30的地区，可采用耐寒氯 丁橡胶垫板；对气温不低于-40 的地区，可采用天然橡胶支座。 （2）橡胶垫板中间的加劲钢板，应采用Q235钢或Q345钢、15MnV钢。其力学性能、化学成分、屈 服点、抗拉强度及厚度的偏差均应符合有关国家标准的规定。薄钢板的厚度宜采用23mm，平面尺寸 应比橡胶片每边小5mm。浇塑橡胶前，必须对钢板除锈、去油污，清洗干净，并应将周边仔细加工，以 防粘结不良和避免产生应力集中。 （3）橡胶垫板的平面尺寸应按强度条件计算确定，其短边与长边的尺寸

13、之比宜取为a/b11.11.5。 为便于支座的转动，短边应平行于网架跨度方向，长边应顺应网架支座切线方向平行放置。 （4）橡胶垫板与支柱或基座的钢板或混凝土之间可用502胶等胶结剂粘结固定，必要时还可增设销 钉等限位装置。为防止老化，可在橡胶垫板四周涂以酚醛树脂，并粘结泡沫塑料等。另外，设计时宜考 虑长期使用后因橡胶老化而需要更换的条件。 （5）当网架支座锚栓通过橡胶垫板时，橡胶垫板上的锚栓孔应比锚栓直径大1020mm，以免影响 橡胶垫板的剪切变形和压缩变形。 （6）橡胶垫板的总厚度d应根据网架跨度方向的伸缩量和网架支座转角的要求来确定，一般可取短 边长度a的1/103/10，且不宜小于40m

14、m。 （7）橡胶垫板中橡胶片的厚度，上下表层dt宜取2.5mm，中间各层di可取为垫板短边尺寸a的1/25 1/30。常用厚度宜采用5mm、8mm或11mm。 （8）橡胶垫板在安装、使用过程中，要避免与油脂等油类物质以及其他对橡胶有害的物质接触。 2板式橡胶支座节点的计算板式橡胶支座节点的计算 橡胶垫板所用胶料的物理机械性能应符合表9的规定。 表9 胶料的物理机械性能 胶料类型 硬度邵氏 （度） 扯断力 （MPa） 伸长率 （%） 300%定伸强 度（MPa） 扯断永久变 形（%） 适用温度 不低于 氯丁橡胶 天然橡胶 605 605 18.63 18.63 450 500 7.84 8.82

15、 25 20 -25 -40 表10 橡胶垫板的力学性能 允许抗压强度 （MPa） 极限破坏强 度（MPa） 抗压弹性模量 E（MPa） 抗剪弹性模量 G（MPa） 摩擦系数 与钢板与混凝土 7.849.8058.82 由形状系数 按表11采用 0.981.470.20.3 橡胶垫板的抗压弹性模量与形状系数的关系见表11。 橡胶垫板的力学性能应符合表10的规定。 表11 E关系 456789101112 E （Mpa） 196265333412490579657745843 1314151617181920 E （Mpa） 9321040115712851422155917061863 附 注

16、 支座形状系数：ab/2(a+b)di a、b支座短边及长边的长度，mm；di中间橡胶层厚度，mm。 橡胶垫板的设计计算内容橡胶垫板的设计计算内容 橡胶垫板的平面尺寸 橡胶垫板厚度 验算橡胶垫板的压缩变形 橡胶垫板的抗滑移验算 （1）确定橡胶垫板的平面尺寸 橡胶垫板的底面积根据承压条件按下式计算： ARmax/ （79） 式中， A橡胶支座承压面积，A=ab； a、b橡胶垫板短边及长边长度； Rmax网架全部荷载标准值在支座引起的最大反力； 橡胶垫板的允许抗压强度，按表10采用。 表10 橡胶垫板的力学性能 456789101112 E （Mpa） 1962653334124905796577

17、45843 1314151617181920 E （Mpa） 9321040115712851422155917061863 附 注 支座形状系数：ab/2(a+b)di a、b支座短边及长边的长度，mm；di中间橡胶层厚度，mm。 （2）确定橡胶垫板厚度 橡胶垫板厚度d应根据橡胶层总厚度d0与中间各层钢板厚度 确定。其中橡胶总厚度d0为： d02dtndi （80） 式中，d0橡胶层总厚度； dt、di分别为上（下）表层及中间各层橡胶片厚度； n中间橡胶片的层数。 网架的水平位移是通过橡胶层的剪切变位来实现的，设网 架支座最大水平位移为u，则不应超过橡胶层的容许剪切变 位u，即： uu （8

18、1） 式中，udtg，其中tg为板式橡胶支座容许剪切 角正切值，一般取值为0.7；橡胶层总厚度太大，易引起失 稳，因此规定橡胶层总厚度应不大于法向边长a的0.2倍。 所以橡胶层的总厚度可根据其剪切变位条件及橡胶层总厚 度控制条件来确定： 1.43ud00.2a （82） 式中，u由于温度变化等原因在网架支座处引起的最大 水平位移值。 橡胶层总厚度d0确定后，加上各胶片之间钢板厚度之和， 即可得橡胶垫板总厚度d。 1 w 2 w dd u a （3）验算橡胶垫板的压缩变形 橡胶垫板的弹性模量较低，因此应控制其变形值不宜过大。支座节点的转动是通过橡胶垫板产生的 不均匀压缩变形来实现的。设内外侧变形为w1、w2，则其平均变形为： wm=(w1+w2)/2=