CN103628568A - 一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式 - Google Patents

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Abstract

一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，上述网壳结构中包括由杆件通过节点连接而成的空间桁架壳体、固定空间桁架壳体用的底环梁、及用于连接钢筋混凝土结构与底环梁的球铰支撑架，关键在于：所述的钢筋混凝土结构呈直角形状且设置于底环梁的底面和一侧面，并借助垂直设置的两个球铰支撑架与底环梁形成球面铰接结构，两个球铰支撑架的转动中心与杆件交汇节点处的结构形心同心。本发明中双支撑架同时工作可实现径向、环（切）向的位移要求，双支撑架的转动曲率相同，转动中心相同，并与交汇于同一节点处的杆件的交汇点重合，可适应网壳结构向任意方向的转角要求。

Description

一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式
技术领域
    本发明属于建筑技术领域，涉及一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，具体地说是一种可实现环梁径向、环梁切线方向的位移要求及任意方向的转角要求的球铰支撑架的排布方式。
背景技术
网壳结构是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、 影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。
网壳结构用支撑架应具有以下性能；
1)       可承受竖向荷载；
2)       具有抗竖向拉力的功能，保证竖向抗震时上下结构不脱节；
3)       具有抗水平力的性能，保证水平地震时结构不脱落；
4)       可适应径向、环（切）向的位移要求；
5)       可适应任意方向的转角要求；
对于一般的网壳结构，底环梁的一个节点安装一台支撑架即可满足以上的技术性能要求，但对于特殊的网壳结构，如网壳结构，由于其结构的不规则性，其网架支撑架所受的水平承载力非常大，可达支撑架竖向承载力的4倍以上。
网架支撑架一般由上支座板、下支座板、球衬板和上下锚固装置组成，上支座板和下支座板设置有限位挡块，限位挡块起到了承受水平力的作用，当支座的水平推力较大时，限位块的就会相应的增大设计尺寸，当支座球衬板围绕自身的球心进行转动时，由于水平推力的原因，挡块之间就会出现卡滞现象，并且支撑架具有结构尺寸大，耗钢量大，基础造价高等缺点，由于网壳结构的节点复杂，节点中心很难保证节点设计中心与很难设计的和支撑架转动球心一致，导致了网壳结构受力的不明确，会给工程的前期设计工作带来很大的麻烦。
发明内容
    本发明为了解决上述问题，设计了一种全新的网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，完全打破了传统的设计理念，将单个支撑架可实现的功能让两个支撑架分别来承担，避免了抗水平力和转动功能相互干扰的现象。
本发明采用的技术方案是：一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，上述网壳结构中包括由杆件通过节点连接而成的空间桁架壳体、固定空间桁架壳体用的底环梁、及用于连接钢筋混凝土结构与底环梁的球铰支撑架，关键在于：所述的钢筋混凝土结构呈直角形状且设置于底环梁的底面和一侧面，并借助垂直设置的两个球铰支撑架与底环梁形成球面铰接结构，两个球铰支撑架的转动中心与杆件交汇节点处的结构形心同心。 
本发明的设计构思完全不同于传统的网架支撑架的设置方式，它将单个支撑架可实现的功能让两个支撑架分别来承担，避免了抗水平力和转动功能相互干扰的现象。本发明是在网壳结构底环梁的底面和侧面分别安装一台球铰支撑架，位于底面的球铰支撑架可承受竖向荷载并释放环梁切线方向及径向的附加变形力，位于侧面的球铰支撑架可承受环梁径向荷载并释放环梁切线方向的附加变形力，双支撑架同时工作可实现径向、环（切）向的位移要求，双支撑架的转动曲率相同，转动中心相同，并与交汇于同一节点处的杆件的交汇点重合，可适应网壳结构向任意方向的转角要求。这样的设计思路既保证了工程的安全需要，又可使其整体受力更加明确，减少了前期的设计分析工作，并且采用此设计方案可大大降低工程造价，具有广泛的应用推广前景。 
附图说明
图1是传统的网壳结构中用的支撑架的结构示意图。
图2是图1所示的支撑架中的限位挡块转动后的卡滞现象的状态示意图。
图3是本发明球铰支撑架的排布方式示意图。
附图中，1是上支座板，2是球衬板，3是下支座板，4是限位挡块，5是限位挡板，6是拉力挡板，7是底环梁，8是上螺栓套筒，9是下螺栓套筒，10是调整垫板，A表示卡滞区域，B表示同心位置。
具体实施方式
一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，上述网壳结构中包括由杆件通过节点连接而成的空间桁架壳体、固定空间桁架壳体用的底环梁7、及用于连接钢筋混凝土结构6与底环梁7的球铰支撑架，重要的是：所述的钢筋混凝土结构6呈直角形状且设置于底环梁7的底面和一侧面，并借助垂直设置的两个球铰支撑架与底环梁7形成球面铰接结构，两个球铰支撑架的转动中心与杆件交汇节点处的结构形心同心。
所述的两个球铰支撑架的转动幅度具有相同的曲率半径。
所述的球铰支撑架的结构中包括带有限位挡块4的上支座板1、球衬板2、及下支座板3，上支座板1借助上螺栓套筒8与底环梁7连接，下支座板3通过下螺栓套筒9与钢筋混凝土结构6连接。
为了在球铰支撑架的安装过程中便于随时调节两个球铰支撑架的转动中心与杆件交汇节点处的结构形心同心此条件，所述的上支座板1与底环梁7之间还设置有调整垫板10。
所述的限位挡块4设置于上支座板1的一侧、或两侧、或环上支座板1间隔设置于其一周。具体使用时，侧面的球铰支撑架中的限位挡块4只在上支座板1的一侧设置，而位于底面的球铰支撑架中的限位挡块4可以在上支座板1的左右两侧、或环向设置于上支座板1的三侧或四侧。
在具体实施时，图1为传统的网壳结构的球铰支撑架的结构形式，它主要有上支座板1、球衬板2和下支座板3三部分组成，上支座板1上设置有限位挡块4和拉力挡板6，下支座板3上设置有限位挡板5，限位挡块4和限位挡板5在受到水平推力时会相互接触以进行抵抗外力，当有转动功能需求时，限位挡块4和限位挡板5会相互干扰，水平推力较大时还会产生卡滞现象，如图2中所示的卡滞区域A，这种情况会导致球铰支撑架的转动功能失效，接触面变为线接触，产生较为严重的应力集中现象。
图3为本发明构思，本发明将传统的网壳结构的单个球铰支撑架的布置方式进行了彻底的改良优化设计，将单个球铰支撑架可实现的功能用双支撑架来分别承担，利用两台球铰支撑架来分别承受竖向荷载及环梁径向与切线方向的附加作用力，适应径向、环（切）向的位移要求，避免了卡滞现象的发生。如图3所示，位于底环梁7底面的球铰支撑架可承受底环梁7及其他箱梁的自重，底面的球铰支撑架中上支座板1上设置的限位挡块4使得该支撑架可以承受地震时网壳结构向内的水平推力，位于底环梁7侧面的球铰支撑架可承受因温度变化和地震产生的整个网壳结构的外张力或内拉力，即向底环梁内、外的径向水平推力，这种双支撑架的共同作用保证地震时网壳结构不脱落。侧面的球铰支撑架中上支座板1上设置的限位挡块4可承受地震时整个网壳结构的竖向拉力，保证了抗震时侧面支撑架的上支座板1、球衬板2和下支座板3上下结构不脱节。
总之，位于底环梁7底面的球铰支撑架中均存在一对水平滑动副，即上支座板1与球衬板2之间形成的水平滑动副可以实现底环梁7水平位移的要求。同样，位于底环梁7侧面的球铰支撑架中存在一对竖直向的滑动副，即上支座板1与球衬板2之间形成的竖直向滑动副可以实现底环梁7竖直向位移的要求。底面的球铰支撑架和侧面的球铰支撑架均设置了一层转动副，即球衬板2与下支座板3之间形成的转动副的曲率半径相同，上述两个转动副的转动中心与交汇于同一节点处的杆件的交汇点重合，这样实现了底环梁7三维转动的要求。
还有，传统的单个球铰支撑架的设置具有以下弊端：a、由于网壳结构，特别是穹顶结构的底环梁上每个节点处所受水平荷载较大，个别节点可以达到竖向荷载的四倍，若该节点处的竖向荷载和水平荷载单独采用一台球铰支撑架来实现时，支撑架的设计高度势必会增加，这会导致支座底部螺栓、混凝土的抗弯强度增大，最终依靠增大结构尺寸来满足强度要求，提高了工程造价；b、底环梁上一个节点单独采用一台球铰支撑架，支撑架的转动中心不能与底环梁上每个节点处的多个杆件的交汇点重合，导致受力不明确，这会影响到整个穹顶结构的受力，也不利于结构的前期分析计算和理论研究；c、底环梁一个节点单独采用一台支撑架，支撑架过大的水平承载很难在支撑架上实现，转动时阻力大、局部受力应力集中现象在所难免，甚至会在限位挡块部位出现“卡滞”现象，使支撑架转动功能难以实现。本发明设计的双支撑架彻底解决了以上难题，底环梁节点处的竖向载荷和水平荷载分别由底环梁底面的球铰支撑架和侧面的球铰支撑架承担，双支撑架的转动中心与节点处的多个杆件的交汇点重合，结构简单、受力明确，可以实现节点处的三维转动，真正起到铰接的效果，水平荷载单独有侧面支撑架单独承载，不会出现受力应力集中现象。 

Claims (5)

1.一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，上述网壳结构中包括由杆件通过节点连接而成的空间桁架壳体、固定空间桁架壳体用的底环梁（7）、及用于连接钢筋混凝土结构（6）与底环梁（7）的球铰支撑架，其特征在于：所述的钢筋混凝土结构（6）呈直角形状且设置于底环梁（7）的底面和一侧面，并借助垂直设置的两个球铰支撑架与底环梁（7）形成球面铰接结构，两个球铰支撑架的转动中心与杆件交汇节点处的结构形心同心。
2.根据权利要求1所述的一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，其特征在于：所述的两个球铰支撑架的转动幅度具有相同的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，其特征在于：所述的球铰支撑架的结构中包括带有限位挡块（4）的上支座板（1）、球衬板（2）、及下支座板（3），上支座板（1）借助上螺栓套筒（8）与底环梁（7）连接，下支座板（3）通过下螺栓套筒（9）与钢筋混凝土结构（6）连接。
4.根据权利要求3所述的一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，其特征在于：所述的上支座板（1）与底环梁（7）之间还设置有调整垫板（10）。
5.根据权利要求3所述的一种网壳结构用的球铰支撑架的排布方式，其特征在于：所述的限位挡块（4）设置于上支座板（1）的一侧、或两侧、或环上支座板（1）间隔设置于其一周。
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