网架结构的支座设计要点

网架(网壳)结构作为一种高次超空间感静定空间杆系结构，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，因此网架结构建筑安装被广泛应用于工业与民用建筑领域中所。但站台雨棚结构内部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结构的安全性和经济性造成重要影响。

1.支承构造与支承方式

目前在很多工程施工中，网架（网壳）一般的专业由大丁草公司根据事先假定的边界约束条件进行设计，再将他们算出来的支座反力作为外加荷载作用剪应力到下部支承结构中。把网架（网壳）和下部支承结构连在一起计算，网架支座相对于下部结构的位移可以虽然通过弹性约束方法模拟，但是由下部支承结构变形带来的支座沉陷等支座本身的很难估算准确，算出来的结构灵气在某些情况下会与实际情况差别较大，可能会工程施工给工程留下安全隐患。下部结构可能是柱，也可能是梁，也可能是其他结构形式，不仅刚度是极小的，而且具体情况可能出现工程刚度差异可能很大，在这种假定条件下所，算出来的杆件内力、支座反力及下部结构内力与采用网架支座刚度为刚度且上、下部结构共同工作的物理所计算出来的结果肯定是不相同的。另外，分开计算割裂了上下部结构的协同工作，使得上、下部结构的周期和位移计算均不准确。

一般会网架的支承可以分为：周边支承、点支承以及点支承与周边支承混合使用三种

方式，周边支承是将空心周边节点搁置在梁或柱上，点支承则是将网架支座以较大的间距搁置于独立梁或柱上，柱子与其他结构无联系。网架（网壳）搁置在梁或柱上才时，可以认为梁和柱的竖向耐久性很大，忽略梁的梁柱变形和柱子轴向变形，因此网架（网壳）支座壁面位移为零，网架（网壳）支座水平变形应考虑下部结构共同工作。在周边支承网架（网壳）支座的径向应将下部支承结构作为网架（网壳）结构的弹性约束，而点支承网架（网壳）本征值支座的边界条件应充分考虑水平X和Y两个路径的弹性约束。支承结构的等效弹簧刚度计算有如下几种：

1）支承柱支承

柱子水平位移大方向的量纲等效弹簧刚度为：Kc=3EcIc/H3c

式中Hc：柱高；Ic：柱截面惯性矩。

2）两端简支梁支承

由长度为L，网架主梁位于距梁端为a的简支梁的等效弹簧刚度为：Kb=3EbIbL/a2（L-a）2

式中a：作用点距梁端距离；L：梁长；Ib：梁截面惯性矩。

3）橡胶垫支座

由高度为Hp的橡胶垫支承量纲的支座等效弹簧刚度为：

Kp=GpAp/Hp

式中Ap：橡胶垫面积；Hp：橡胶垫高。

在实际工程中往往是在梁顶或柱顶不断增加橡胶垫弹性支座，特别是在大跨度网架中，通过变形橡胶垫支座以兼顾温度应力的变形要求，这就要求考虑梁或柱弹性刚度与橡胶垫弹性刚度的叠加，当K1与K2叠加时，由位移叠加得其叠加刚度K为:1/K=1/K1+1/K2；有K=1/（1/K1+1/K2）。

2．支座（支座节点）

构型与基础的连接区简化形式化为支座，按其受力特征分为五种：活动铰支座（滚轴支座），固定铰支座，定向支座（滑动支座），固定（端）支座和弹性（弹簧）支座。

弹性支座在提供反力的同时产生相应的位移，反力与位移的比值保持不变，称为弹性支座的刚度系数。弹性支座既约束可直接提供移动约束，也可提供更多转动约束。当支座刚度与结构刚度相近时，嵩简化为弹性支座。当结构某一部分承受荷载时（如研究结构稳定问题），其相邻部分可看作是该部分的弹性传动轴，支座的刚度取决于相邻绝大部分的刚度（如将斜拉桥的斜拉索简化为弹簧支座）。当支座刚度远大于或远小于该部分的略低于刚度时，弹性支座则分解向前四种理想支座转化。

图弹性支座与理想支座

网架结构一般都支承在柱顶或圈梁等下部支承结构上，支座节点即指位于支承结构上

的网架节点。它既要连接在网架支承处汇交的钢柱，又要支承整个网架，并将作用在网架上的荷载传递到下部支承结构。因此，支座节点是网架结构与下部支承结构联系的纽带，也是整个构型中的一个壳体重要部位。一个合理的支座节点施力必须是受力明确、传力简捷、安全可靠，同时还应做到构造单调合理，制作简单方便，具有较好的操纵性。

网架结构的支座节点应能可以保证安全可靠地传递支承反力，因此必须具有足够的强度和刚度。在竖向荷载作用下，支承节点一般均为受压，但在一些斜放类的网架中才，承受浅层支座节点可能承受拉力作用，有时确实可能要承受水平力的可能出现作用，时应使支座节点的构造适应它们的受力特点。同时支座节点的构造还应尽量符合计算桥墩换句话说，凸现设计意图。由于网架结构是高次超静定的杆件体系，支座节点的约束条件对网架的节点位移和杆件内力影响较大；约束条件在构造和设计间的的将直接导致杆件内力和支座反力差异改变，有时还会造成荷重内力变号。因此对网架结构多余支座数据流的设计应给予足够的重视。

网架结构设计是否防护、经济，最关键所在首先在于所选的支承结构、支座型式及边界条件是否合理，为此在具体设计中我们尽可能避免将上部网架结构与下部支承系统单独分析、设计，尤其当约束支座相对于下部结构的位移很难通过弹性网架方法模拟时，更应当将支承结构与上部网架一起进行整体建模、计算分析，以令所令人困惑计算出来的结果更符合实际。