在网架(网壳)结构设计中,下部支承结构、支座型式及边界条件的选定,对网架(网壳)结构的稳定性、杆件内力、支座反力、节点位移、用钢量等至关重要。在实际设计中通过把网架和下部结构连成一体整体分析计算,选择合理的下部支承结构及支座型式,以期使网架(网壳)结构设计更、经济、合理。在各类空间结构中,刚性体系中的网架 ( 网 壳)结构作为一种高次超静定空间杆系结构,由于其受力性能好(理论上杆件只受轴力作用)、刚度大、整体性及抗震性能好、承载力强、受支座不均匀沉降影响小、适应性强,而计算理论的日益完善以及计算机技术飞速发展,使得对任何极其复杂的三维结构的分析与设计成为可能,因此网架(网壳)结构被广泛应用于工业与民用建筑领域中。但网架(网壳)结构如果其支承结构、支座型式及边界条件设计不合理会对网架(网壳)结构的性和经济性造成重要影响。
支座分类:网架支座是依据交通行业标准《球形支座技术条件(GB/T17955-2009)及建筑抗震设计规范(GB50011-2001)钢结构设计规范(GB50017-2003),经详细的静力学、动力学分析研制而成的新型抗震减振钢支座。抗震减振支座结构更加合理,性能更加可靠,使用寿命更长。网架支座(又名钢结构支座)分为四个类型:GKQZ型钢结构抗震钢球支座、GJQZ型钢结构减震钢球支座、GKGZ型钢结构抗震球型钢支座、GJGZ型钢结构减震球型钢支座。该支座包括固定支座(代码为GD)、单向支座(代号为DX)、双向支座(代号为SX)三种型式,22个等级,其水平承载力、竖直方向拔力及支座的整体强度均比普通支座有大幅度提高。该系列支座采用弹性减振元件,当水平力大到一定程度后,减振弹簧开始发生弹性变形实现缓冲作用。当结构发生转角时,球芯产生转动,释放上部结构产生的转矩。*震时,刚性抗震措施和柔性减振措施同时发生作用,以抵御巨大的*震输入能量,这样既能保证桥梁上、下结构合理相对位移,减小*震力的放大系数,又使结构保持统一性。该支座对工程结构有良好的抗震减振作用。
平面为圆形或多边形的网架会存在斜边界(图3.1a)。矩形平面网架利用对称性时,对称面也存在斜边界斜边界有两种处理方法,一种是根据边界点的位移约束情况设置具有一定截面积的附加杆,如节点沿边界法线方向位移为零,则该方向设一刚度很大的附加杆,截面积A=106~108(图3.1.b);如该节点沿边界法线方向为弹性约束,则调节附加杆的截面积,使之满足弹性约束条件。这种处理方法有时会使刚度矩阵病态。另一种方法是对斜边界上的节点位移做坐标变换,将在整体坐标下的节点位移向量变换到任意的斜方向,然后按一般边界条件处理。对于复杂的下部支承系统,网架(网壳)支座相对于下部结构的位移通过弹性约束方法不易模拟,支座节点的边界条件很难确定,此时可以借助相关的空间结构有限元分析与设计软件,直接将支承结构上部网架(网壳)一起进行整体建模、计算分析。这样不必另外计算支承结构的等效弹簧刚度,也避免了简化为弹簧时的误差,计算效果好。
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