CN101314963A - 一种网架结构的水平可调刚度支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网架结构的水平可调刚度支座。它包括支座球节点、网架构件、十字形肋板、支座底板、锚栓、滑槽、滑板、支座钢管、预埋钢板、下部结构。预埋钢板上依次设有钢板、滑板、支座底板，支座底板上设有十字形肋板，十字形肋板上设有支座球节点，支座球节点上设有多根网架构件，在通过支座球节点球心的水平方向上设有支座钢管，支座钢管的另一端与刚度调整装置相连接，支座底板上设有滑槽，预埋钢板上设有与滑槽相配合的锚栓，锚栓穿过钢板、滑板、支座底板。本发明实现支座水平刚度的可调节与优化，有效控制结构的水平支座反力和水平位移。对结构在温度作用、地震作用和动力荷载作用下的受力性能有一定程度的改善。

Description

一种网架结构的水平可调刚度支座

技术领域

本发明涉及网架结构，尤其涉及一种网架结构的水平可调刚度支座。

背景技术

网架结构普遍的在大型公共和工业建筑中使用，例如体育场馆、机场、展览馆和大型工业产房等，是目前我国大跨度建筑结构中使用最普遍的结构形式。随着我国经济、文化的飞速发展，大跨度建筑的造型也日趋新颖、复杂，其使用功能的日趋多样化也使得其设计荷载越来越大，这些都对结构设计工作提出了更高的要求。复杂的建筑曲面和增大的使用荷载时常会导致结构在以往常用的支座条件下产生过大的支座水平反力或者支座水平位移，难以满足建筑设计的需要，也常常会造成支座、下部结构以及基础设计的困难，因此，通过采用水平可调刚度支座，在水平支座反力和水平位移之间寻求建筑和结构设计都满意且适度的水平支座反力值和水平位移值，是解决复杂的建筑曲面和增大的使用荷载所带来问题的有效途径，对大跨度建筑结构的发展有重要意义。

目前，网架结构的支座构造形式主要有两种：三个方向的线位移全部约束的固定铰支座和释放其中某一个、或两个方向线位移的可滑动铰支座。两者都存在支座刚度难以调节的问题。固定铰支座的约束刚度等于支座本身的刚度，即完全取决于下部结构的刚度、截面积、惯性矩等因素；而可滑动铰支座则在所释放的线位移方向上支座水平刚度等于零。

从结构力学的角度上讲，采用固定铰支座会得到最大的水平支座反力，这可能会导致支座、下部结构以及基础的设计产生很大的困难，尤其是当网架结构是在下部结构已经完成设计或者施工之后再进行设计时，其水平支座反力一般都会有最大值限制，此时如果采用固定铰支座往往就难以满足设计要求。相反，采用可滑动铰支座则会得到最大的水平位移，而这又会导致结构的跨中竖向挠度和水平侧移量的增加，并且，由于结构没能从支座处获得足够的刚度，所以只能通过增大自身构件的截面尺寸来改善其受力性能，从而导致了结构用钢量的增加。固定铰支座和可滑动铰支座可以说是两种极端的支座构造形式，如果把支座的水平刚度对应到数轴上去的话，它们就会分别对应于“0”和“∞”两个端点，在此之间则还有广大的水平刚度区域可供结构设计选择，而最优的水平刚度值往往都会落在这些区域内。

除了上述两种常用的支座构造形式之外，国内还发展了一种提供水平弹簧构造的“万向支座”专利，但是其弹簧布设的位置是在支座的底部，其水平反力的方向也不通过支座球节点的中心，因此会带来支座偏心受力的不利影响，而这种偏心状态还会加大理论计算和实际构造之间的误差，进而导致实际形成的水平支座刚度和理论设计想要达到的理想值之间的偏差。因此，其在提供准确的支座水平刚度这一方面的工作性能还有待改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种网架结构的水平可调刚度支座。

它包括支座球节点、网架构件、十字形肋板、支座底板、锚栓、滑槽、滑板、支座钢管、封板及连接螺栓、预埋钢板、下部结构，预埋钢板依次设有钢板、滑板、支座底板，在支座底板上设有十字形肋板，十字形肋板上设有支座球节点，支座球节点上设有多根网架构件，在通过支座球节点球心的水平方向上设有支座钢管、封板及连接螺栓，支座钢管、封板及连接螺栓的另一端与刚度调整装置相连接，刚度调整装置与预埋钢板相连接，支座底板上设有滑槽，预埋钢板上设有与滑槽相配合的锚栓，锚栓穿过钢板、滑板、支座底板。

刚度调整装置包括弹簧及固定螺栓、钢板，在两钢板之间设有多个弹簧及固定螺栓。

本发明与现有技术相比较具有的有益效果：

1.在网架结构成熟的支座构造设计基础上，综合固定铰支座和可滑动铰支座的优点，引入可以调节刚度的弹簧组件，实现支座水平刚度的可调节与优化，以达到有效控制结构的水平支座反力和水平位移的目的，进而改善结构的受力性能，控制结构的用钢量。

2.调节了结构的刚度和自振特性，增大了结构的延性和弹性吸能能力，对其在温度作用、地震作用和动力荷载作用下的受力性能有一定程度的改善效果。

附图说明

下面结合附图对本实用型专利作详细说明：

图1是网架结构水平可调刚度支座的背侧面轴侧视图；

图2是网架结构水平可调刚度支座的正侧面轴侧视图；

图3是网架结构水平可调刚度支座的俯视图；

图4是网架结构水平可调刚度支座的正视图。

图5是网架结构水平可调刚度支座的侧视图；

图6(a)是图5的a-a剖面图；

图6(b)是图5的b-b剖面图；

图6(c)是图5的c-c剖面图；

图6(d)是弹簧及固定螺栓的细部构造详图；

图6(e)是支座刚管、封板及连接螺栓的细部构造详图；

图中：支座球节点1、网架构件2、肋板3、支座底板4、锚栓5、滑槽6、滑板7、支座钢管、封板及连接螺栓8、弹簧及固定螺栓9、钢板10、预埋钢板11、下部结构12。

具体实施方式

网架结构的水平可调刚度支座包括支座球节点1、网架构件2、十字形肋板3、支座底板4、锚栓5、滑槽6、滑板7、支座钢管、封板及连接螺栓8、预埋钢板11、下部结构12，预埋钢板11依次设有钢板10、滑板7、支座底板4，在支座底板4上设有十字形肋板3，十字形肋板3上设有支座球节点1，支座球节点1上设有多根网架构件2，在通过支座球节点1球心的水平方向上设有支座钢管、封板及连接螺栓8，支座钢管、封板及连接螺栓8的另一端与刚度调整装置相连接，刚度调整装置与预埋钢板11相连接，支座底板4上设有滑槽6，预埋钢板11上设有与滑槽6相配合的锚栓5，锚栓5穿过钢板10、滑板7、支座底板4。刚度调整装置包括弹簧及固定螺栓9、钢板10，在两钢板10之间设有多个弹簧及固定螺栓9。

本发明的实际应用过程如下，首先根据设计需要确定理想的支座水平刚度值。结构的支座反力和支座位移是结构和支座相互作用的结果，由于在结构设计时，结构自身的刚度是一个不确定的值，而水平支座刚度又是需要优化的值，二者均是不确定的量，因此在确定理想支座刚度值的过程中很难通过解析方法使用数学表达式推导的方式来实现，而应该是一个“初步设计”和“反复、逐步优化”的过程。在具体设计时直接在设计软件中为结构赋予一个初始的支座水平刚度，完成结构的初步设计，然后根据设计的结果和所得到的水平支座反力和水平支座位移来调整支座水平刚度的大小，对初步设计的结构进行修正和优化，直到得到满意的设计结构为止。

在得到了理想的支座水平刚度之后就可以根据串联弹簧公式来反算出需要在支座球节点和支座之间布设弹簧组件的数量及其刚度值，从而到工厂定制所需要的弹簧或者从弹簧标准规格中选取适当规格的弹簧来满足设计需要，最后在节点详图设计和实际施工过程中根据本说明书中所述的原理、方法及附图来完成水平可调刚度支座的构造处理。

本发明除了能在常工况下改善结构的受力性能外，还能同时改善结构在温度作用、地震作用以及动力荷载作用下的受力性能。其原理在于网架结构属于高次超静定的结构，受温度作用的影响比较明显，而采用固定铰支座的网架结构更是由于水平伸缩位移得不到有效的释放会产生非常大的水平支座反力，同时也会增大结构构件中的应力负担；采用可滑动铰支座的网架结构受温度作用的影响较小，但由于未能从支座处获得足够的刚度，其又存在用钢量偏大等不足。因此，采用水平可调刚度支座的网架结构实质上仍旧是在两种极端状态的中间寻求一种适度的平衡点，在结构设计的过程中就可以比较准确的考虑温度作用的影响，改善结构的受力性能。此外，布设在水平可调刚度支座中的弹簧还可以调节结构的柔度和自振频率，增大结构的延性和弹性吸能能力，对结构在地震作用和动力荷载作用下的受力性能有一定程度的改善作用。

本发明在实际应用时需要注意的事项：

1.在支座底板的锚栓位置上沿着需要调整支座水平刚度的方向开足够长的滑槽，其长度需要根据理论计算确定并应保留一定的富余长度来保证能顺利的释放结构的水平位移。为了能够减小实际形成的支座水平刚度和理论设计所需要的支座水平刚度之间的误差，应在支座底板和预埋钢板之间布设摩擦系数尽可能小的“滑板”(如“聚四氟乙烯板”等)，以减小水平摩擦刚度所带来的构造误差。为了防止结构在非正常设计状态下出现水平侧移量过大的情况，还可以在支座底板上增设其它一些构造措施来帮助限制结构在支座处的最大水平位移，如在支座底板四周加焊“耳板”等方法。

2.在支座球节点和支座之间布设弹簧组件，弹簧的数量不应太少，其合力应通过支座球节点的中心，以避免支座偏心受力所带来的实际构造与计算假定之间的误差。所布设弹簧的数量最好不应少于4个，其分布的位置应保证对称，间距应尽可能的放大，弹簧的中心应布设固定螺栓，以防止弹簧的压曲失稳。弹簧无法直接与支座球节点连接，因此还需要通过若干的钢板、钢管、封板和螺栓等组件通过焊接或者螺栓连接的方式来实现其与支座球节点及支座之间的连接，弹簧的两端宜固定在两块相互平行的钢板上以保证弹簧既能承受压力又能承受拉力。

Claims (2)

1.一种网架结构的水平可调刚度支座，其特征在于包括支座球节点(1)、网架构件(2)、十字形肋板(3)、支座底板(4)、锚栓(5)、滑槽(6)、滑板(7)、支座钢管、封板及连接螺栓(8)、预埋钢板(11)、下部结构(12)，预埋钢板(11)依次设有钢板(10)、滑板(7)、支座底板(4)，在支座底板(4)上设有十字形肋板(3)，十字形肋板(3)上设有支座球节点(1)，支座球节点(1)上设有多根网架构件(2)，在通过支座球节点(1)球心的水平方向上设有支座钢管、封板及连接螺栓(8)，支座钢管、封板及连接螺栓(8)的另一端与刚度调整装置相连接，刚度调整装置与预埋钢板(11)相连接，支座底板(4)上设有滑槽(6)，预埋钢板(11)上设有与滑槽(6)相配合的锚栓(5)，锚栓(5)穿过钢板(10)、滑板(7)、支座底板(4)。

2.根据权利要求(1)一种网架结构的水平可调刚度支座，其特征在于所述的刚度调整装置包括弹簧及固定螺栓(9)、钢板(10)，在两钢板(10)之间设有多个弹簧及固定螺栓(9)。

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