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隨著鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，各種鑄鋼連節(jié)點(diǎn)不斷應(yīng)用到結(jié)構(gòu)中，并且成為一種主流趨勢。最初的節(jié)點(diǎn)的連接方式如焊接球節(jié)點(diǎn)、鋼管相貫節(jié)點(diǎn)已經(jīng)逐漸被代替。在德國、日本等已經(jīng)普遍采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。國內(nèi)使用鑄鋼節(jié)點(diǎn)的工程是1999年深圳文化中心“黃金樹”鋼結(jié)構(gòu)工程。鑄鋼節(jié)點(diǎn)用于桿件交匯數(shù)量多、交角小、制作復(fù)雜或承載力大、受力要求高的節(jié)點(diǎn)，尤其是采用焊接等連接方式難以實(shí)現(xiàn)或容易造成過大焊接殘余應(yīng)力而又不便消除的情況，可以避免較大的焊接殘余應(yīng)力集中。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)的焊接節(jié)點(diǎn)相比有如下特點(diǎn)：1、鑄鋼節(jié)點(diǎn)造型美觀、適用性強(qiáng)，可以鑄成空間任意形狀，使任何形狀的建筑造型都可以實(shí)現(xiàn)；2、鑄鋼節(jié)點(diǎn)采用整體澆鑄，內(nèi)部不存在焊接殘余應(yīng)力，減輕了應(yīng)力集中；3、焊接結(jié)構(gòu)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的化學(xué)成分要求要嚴(yán)格控制C、S、P的含量，因此具有更好的可焊接性能；4、由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)在工廠制作完成，大大減少了高空作業(yè)的工作量，使建筑成本降低，整體工程質(zhì)量提高，并且大大降低了高空作業(yè)對施工人員帶來的危害。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)重中之重--支座設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)架( 網(wǎng) 殼)結(jié)構(gòu)作為一種高次超靜定空間桿系結(jié)構(gòu)，由于其受力性能好(理論上桿件只受軸力作用)、剛度大、整體性及抗震性能好、承載力強(qiáng)、受支座不均勻沉降影響小、適應(yīng)性強(qiáng)，而計(jì)算理論的日益完善以及計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，使得對任何極其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)成為可能，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域中。但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如果其支承結(jié)構(gòu)、支座型式及邊界條件設(shè)計(jì)不合理會對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成重要影響。

網(wǎng)架( 網(wǎng) 殼)結(jié)構(gòu)作為一種高次超靜定空間桿系結(jié)構(gòu)，由于其受力性能好(理論上桿件只受軸力作用)、剛度大、整體性及抗震性能好、承載力強(qiáng)、受支座不均勻沉降影響小、適應(yīng)性強(qiáng)，而計(jì)算理論的日益完善以及計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，使得對任何極其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)成為可能，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域中。但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如果其支承結(jié)構(gòu)、支座型式及邊界條件設(shè)計(jì)不合理會對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成重要影響

1. 支承結(jié)構(gòu)與支承方式

目前在很多工程中，網(wǎng)架（網(wǎng)殼）一般由專業(yè)的鋼構(gòu)公司根據(jù)事先假定的邊界約束條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，再將他們算出來的支座反力作為外加荷載作用到下部支承結(jié)構(gòu)中。把網(wǎng)架（網(wǎng)殼）和下部支承結(jié)構(gòu)分開計(jì)算，網(wǎng)架支座相對于下部結(jié)構(gòu)的位移雖然可以通過彈性約束方法模擬，但是由下部支承結(jié)構(gòu)變形帶來的支座沉陷等支座本身的變位很難估算準(zhǔn)確，算出來的結(jié)構(gòu)內(nèi)力在某些情況下會與實(shí)際情況差別較大，可能會給工程留下安全隱患。下部結(jié)構(gòu)可能是柱，也可能是梁，也可能是其他結(jié)構(gòu)形式，不僅剛度是有限的，而且具體工程剛度差異可能很大，在這種假定條件下，算出來的桿件內(nèi)力、支座反力及下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力與采用網(wǎng)架支座剛度為實(shí)際剛度且上、下部結(jié)構(gòu)共同工作的力學(xué)模型所計(jì)算出來的結(jié)果肯定是不相同的。另外，分開計(jì)算還割裂了上下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，使得上、下部結(jié)構(gòu)的周期和位移計(jì)算均不準(zhǔn)確。

通常網(wǎng)架的支承可以分為：周邊支承、點(diǎn)支承以及點(diǎn)支承與周邊支承混合使用三種方式，周邊支承是將網(wǎng)架周邊節(jié)點(diǎn)擱置在梁或柱上，點(diǎn)支承則是將網(wǎng)架支座以較大的間距擱置于獨(dú)立梁或柱上，柱子與其他結(jié)構(gòu)無聯(lián)系。網(wǎng)架（網(wǎng)殼）擱置在梁或柱上時(shí)，可以認(rèn)為梁和柱的豎向剛度很大，忽略梁的豎向變形和柱子軸向變形，因此網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座豎向位移為零，網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座水平變形應(yīng)考慮下部結(jié)構(gòu)共同工作。在周邊支承網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座的徑向應(yīng)將下部支承結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架（網(wǎng)殼）結(jié)構(gòu)的彈性約束，而點(diǎn)支承網(wǎng)架（網(wǎng)殼）支座的邊界條件應(yīng)考慮水平X和Y兩個(gè)方向的彈性約束。支承結(jié)構(gòu)的等效彈簧剛度計(jì)算有如下幾種：

1）支承柱支承

柱子水平位移方向的等效彈簧剛度為：Kc=3(Ec)*(Ic)/(Hc)^3式中 Hc：柱高；Ic：柱截面慣性矩。

2）兩端簡支梁支承

由長度為L，網(wǎng)架支座位于距梁端為a的簡支梁的等效彈簧剛度為：Kb=3(Eb)*(Ib)*L/(a^2*（L-a）^2)

式中 a ：作用點(diǎn)距梁端距離；L：梁長；Ib：梁截面慣性矩。

3）橡膠墊支座

由高度為Hp的橡膠墊支承的支座等效彈簧剛度為：

Kp=Gp*Ap/Hp

式中 Ap：橡膠墊面積；Hp：橡膠墊高。

在實(shí)際工程中往往是在梁頂或柱頂增加橡膠墊彈性支座，特別是在大跨度網(wǎng)架中，通過橡膠墊支座以滿足溫度應(yīng)力的變形要求，這就要求考慮梁或柱彈性剛度與橡膠墊彈性剛度的疊加，當(dāng)K1與K2疊加時(shí)，由位移疊加得其疊加剛度K為:1/K=1/K1+1/K2；有K=1/（1/K1+1/K2）。

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2．支座（支座節(jié)點(diǎn)）

結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接區(qū)簡化為支座，按其受力特征分為五種：活動鉸支座（滾軸支座），固定鉸支座，定向支座（滑動支座），固定（端）支座和彈性（彈簧）支座。

彈性支座在提供反力的同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，反力與位移的比值保持不變，稱為彈性支座的剛度系數(shù)。彈性支座既可提供移動約束，也可提供轉(zhuǎn)動約束。當(dāng)支座剛度與結(jié)構(gòu)剛度相近時(shí)，宜簡化為彈性支座。當(dāng)結(jié)構(gòu)某一部分承受荷載時(shí)（如研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題），其相鄰部分可看作是該部分的彈性支承，支座的剛度取決于相鄰部分的剛度（如將斜拉橋的斜拉索簡化為彈簧支座）。當(dāng)支座剛度遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于該部分的剛度時(shí)，彈性支座則向前四種理想支座轉(zhuǎn)化。

彈性支座與理想支座

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般都支承在柱頂或圈梁等下部支承結(jié)構(gòu)上，支座節(jié)點(diǎn)即指位于支承結(jié)構(gòu)上的網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)。它既要連接在網(wǎng)架支承處匯交的桿件，又要支承整個(gè)網(wǎng)架，并將作用在網(wǎng)架上的荷載傳遞到下部支承結(jié)構(gòu)。因此，支座節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)聯(lián)系的紐帶，也是整個(gè)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要部位。一個(gè)合理的支座節(jié)點(diǎn)必須是受力明確、傳力簡捷、安全可靠，同時(shí)還應(yīng)做到構(gòu)造簡單合理，制作簡單方便，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)應(yīng)能保證安全可靠地傳遞支承反力，因此必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。在豎向荷載作用下，支承節(jié)點(diǎn)一般均為受壓，但在一些斜放類的網(wǎng)架中，局部支座節(jié)點(diǎn)可能承受拉力作用，有時(shí)還可能要承受水平力的作用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造適應(yīng)它們的受力特點(diǎn)。同時(shí)支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造還應(yīng)盡量符合計(jì)算假定，充分反映設(shè)計(jì)意圖。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定的桿件體系，支座節(jié)點(diǎn)的約束條件對網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)位移和桿件內(nèi)力影響較大；約束條件在構(gòu)造和設(shè)計(jì)間的差異將直接導(dǎo)致桿件內(nèi)力和支座反力的改變，有時(shí)還會造成桿件內(nèi)力。因此對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)給予足夠的重視。

3. 總結(jié)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否安全、經(jīng)濟(jì)，最關(guān)鍵因素首先在于所選的支承結(jié)構(gòu)、支座型式及邊界條件是否合理，為此在具體設(shè)計(jì)中我們盡可能避免將上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部支承系統(tǒng)單獨(dú)分析、設(shè)計(jì)，尤其當(dāng)網(wǎng)架支座相對于下部結(jié)構(gòu)的位移很難通過彈性約束方法模擬時(shí)，更應(yīng)當(dāng)將支承結(jié)構(gòu)與上部網(wǎng)架一起進(jìn)行整體建模、計(jì)算分析，以使所計(jì)算出來的結(jié)果更符合實(shí)際。