Hellow!大家好钢结构网架支座,我是李工,搬砖路途险,关注李工不怕远
。
在空间网格结构里,网架支座起到连接上部结构与下部支撑的作用,就如同“关节”一般。它不但要把荷载传递出去,而且还得适应温度变形以及地震作用等这些复杂的工况。如果选错了支座,那么轻者会使结构出现开裂的情况,重者则会引发安全事故。本文将《空间网格结构技术规程》(JGJ7 - 2010)与本人实际应用过的工程案例相结合,与大家一同分享个人对于固定铰支座、弹性支座、滑动支座的理解以及选型逻辑,若有不足和错误之处,恳请大家批评指正。
一、背景
同时应符合计算假定
在结构力学领域,“刚体”是一个极为重要的理想化模型。它的基本假设为,物体在力的作用下不会产生任何形变,也就是说物体内部各点的相对位置能够始终保持不变。然而,在现实的生活当中,并不存在绝对意义上的刚体。刚与弹这两个概念只是相对而言的。
网架常用的支座形式包含固定铰支座、弹性支座(特指橡胶支座)和滑动铰支座。这些支座形式的做法大家熟悉,特点大家也熟悉,本文不再详细说明。
在实际工程案例里,网架通常被用于大跨度结构。支承网架的下部结构是多种多样的。有的下部是钢/混凝土框架结构,这种结构大致可分为有楼板和无楼板两种情况;有的下部是钢结构/混凝土独立柱;还有的跨越不同楼栋,充当裙房中庭的顶部。《空规》(JGJ7-2010)的 4.16 条规定,在对空间网格结构进行分析时,需要考虑上部空间网格结构与下部支承结构之间的相互影响。空间网格结构的协同分析,一方面可以把下部支承结构折算为等效刚度和等效质量,以此作为上部空间网格结构分析时的条件;另一方面可以把上部空间网格结构折算为等效刚度和等效质量,以此作为下部支承结构分析时的条件;同时还可以将上、下部结构进行整体分析。
刚与弹会在结合下部结构的情况下互相转化。个人认为,若抛开下部结构形式而去谈论支座的选用,那是毫无意义的。即便清楚知晓各种支座的特点,但如果不结合下部结构形式,大多数人在处理实际项目时可能依然会感到一头雾水。
二、工程案例
某大学礼堂的网架结构,其下部是混凝土框架结构。网架采用多点支承的方式,在柱顶有框架梁以及混凝土楼板。
网架支座:选用弹性橡胶支座
理由:下部结构在柱顶网架支座位置存在框架梁和楼板的约束。如果选用固定铰支座,那么采用固定铰支座与下部独立柱串联后,组合水平刚度会很大,这种情况类似于嵌固端。在这种情况下,温度作用在支座位置会产生很大的水平反力,这会给下部结构设计带来困难。所以,选用橡胶支座来释放温度应力是较为合理的。
b、某大学的礼堂有网架结构,其下部是混凝土独立柱。网架是多点支承的,在柱顶处没有框架梁以及混凝土楼板。
网架支座:可选用固定铰支座
理由:下部结构在柱顶网架支座位置,不存在框架梁和楼板的约束。因此选用了固定铰支座。由于独立柱比较高,且没有梁板的约束,采用固定铰支座与下部独立柱串联后,其组合水平刚度不大。所以在温度作用下,支座位置不会产生很大的水平反力。
三、三大支座的区别与联系
- 滑动支座。
核心功能限制位移,传递荷载减震+弹性变形自由滑动+位移补偿
承载能力方面,钢构件起主导作用时为高;依赖材料性能时为中;需配合限位装置时也为高。
温度适应性方面表现不佳,容易产生温度应力;但在其他方面有优势,比如具有弹性缓冲的作用,还能通过滑动来释放应力。
抗震性能方面,通常为一般,采用耗能减震技术时则为优,一般情况下为一般。
成本具备高的情况。
三者都要满足竖向承载力的要求,并且部分复合型支座,像弹性滑动支座,是可以组合起来使用的。
大跨度结构常常会采用“固定铰支座+滑动支座”这种布置方式,同时也会采用“固定铰支座+弹性支座”这种布置方式钢结构网架支座,以此来平衡经济性与安全性。
四、实际项目选型建议
1. 四步选型法
Step1 定跨度:
小跨度(
中大跨度(30~60m):弹性支座或单向滑动支座。
大跨度(>60m):采用球型滑动支座或成品支座。
Step2 验荷载:
动荷载(如吊车、设备振动):选弹性支座。
静荷载为主:固定铰支座更经济。
Step3 看支承:
下部结构刚:弹性支座或滑动支座。
下部结构柔:固定支座。
跨楼栋/结构缝:固定铰+滑动支座
Step4 控成本:
非关键节点可选用标准型支座,关键节点需定制加强型。
2. 施工与运维要点
支座中心偏差要小于等于 2mm,滑动面的清洁度会对性能产生直接影响。
橡胶支座应避免与油类物质接触。
管理:橡胶支座每5年检测一次硬度,设计寿命到期后强制更换。
五、常见误区与避坑指南
误区:滑动支座“一滑到底”
滑动支座需设置限位挡块,防止地震或强风下过度位移。
忽视节点刚度匹配
支座刚度和相邻杆件存在较大差异时,会引发应力集中,这种情况需要通过有限元分析来进行验证。
材料以次充好
劣质橡胶易老化开裂,聚四氟乙烯滑板厚度不足会加速磨损。
六、结语
网架支座选型是关于力学性能、经济性以及施工可行性的平衡艺术。固定铰支座具有稳定性,弹性支座展现出柔软性,滑动支座则体现出活动性,它们各自都有其独特的优势。在设计时,应当以力学概念为主要依据,结合跨度、荷载以及下部结构的类型进行精准的匹配,在必要的情况下进行大小刚度的包络设计。只有将规范要求与工程经验进行深度的融合,才能够让“结构的关节”真正做到安全可靠。