談支承條件對網架結構的影響

周 少 偉

(山西筑城建筑設計有限公司，山西 太原 030006)

鋼結構在各種建筑中得到廣泛應用，這不僅包括城市里常見的公共建筑如人行天橋等，也見于用于工業用途的建筑，鋼結構之所以在各種建筑中得到有效應用，是由其性能決定的。鋼結構自身重量較輕，而且在使用過程中能夠根據實際需要適應建筑的外形，同時鋼結構還具有良好延展效果，適用于各種建筑工程。有一些建筑由于其自身使用效果要求往往無法形成一個合理的柱網，這指的是那些空間比較大、適合多人共同活動的場所，具體來講，學術報告廳、禮堂、體育館等都是這類建筑。為了達到良好的建筑效果，針對此類建筑，一般利用鋼結構的特性進行建筑施工，具體使用過程中結合建筑物具體情況科學應用框架、框剪以及剪力墻等結構體系，以求滿足各類建筑的實際需要。這類建筑的屋面大多也選用對應的鋼結構體系。在具體應用過程中，可以充分發揮鋼結構的優勢。

目前在針對這類建筑的施工過程中，在全面收集相關資料的基礎上計算得到屋面網架結構的壓力，然后將這一支座壓力導入下部的結構中，通過分析得到屋面網架結構對主體建筑的影響，進而科學設計承壓結構，保證建筑的安全性。在這種建筑的設計施工過程中，支承條件是否滿足網架結構的壓力作用，將直接決定建筑的整體穩定性和使用效果。在具體施工過程中，經常得到應用的支承條件主要有三種，分別是橡膠支座、懸臂柱支座以及剛鉸支座。本文結合具體工程案例分析這三種不同的支座條件下網架的受力性能，進而得出最佳的支承條件。

1 工程簡介

本文中分析的工程為某校一多功能單體教育建筑，該建筑分為三個部分，其中建筑中部為報告廳，這一部分空間較大，報告廳東西兩側分別對應的辦公場所和食堂。本工程項目建筑面積為25 741.7 m2，其中食堂層高6.8 m，東側辦公部分2層～4層3.50 m，地下停車庫層高4.45 m，建筑主體總高度18.75 m。

2 設計分析

根據本建筑的使用要求，針對網架結構進行設計，為了保證其安全性，設計中按照7度(0.15g)計算工程地震力。為了進一步分析各種支座對網架結構的影響，在設計環充分考慮豎向地震的作用，同時也要考慮水平地震的作用。

為了探究橡膠支座、懸臂柱支座、剛鉸支座三種支座的應用效果，具體方法是對支座處的約束剛度進行調整，使用這種方法來有效模擬三種支座條件下的應力情況。分析結果顯示，剛鉸支座、懸臂柱支座、橡膠支座在三個方向的約束逐漸減弱。

3 不同支承條件下網架位移對比

為了科學分析三種支座條件下網架結構位移情況，針對不同荷載情況下的網架結構受力情況進行分析，分析顯示，本次工程中發生靜力荷載作用時，網架結構受到的作用力主要來自恒載、活載。網架承受豎向均布荷載作用，實驗結果顯示，橡膠支座、懸臂柱支座、剛鉸支座在豎向位移最大處，都是下弦跨中同一位置，這一結果與受力簡圖相符。基于這一結果，我們可以發現不同支座條件下屋面網架結構的受力性能不存在顯著差異，但是值得注意的是，不同支座條件下網架中每個桿件的內力分布存在較大不同，這是對應支座條件下的作用。

橡膠支座、懸臂柱支座、剛鉸支座三種支座條件下的最大位移存在不同，其中橡膠支座靜力荷載下豎向位移101.746 mm、動力荷載下豎向位移110.866 mm，懸臂柱支座靜力荷載下豎向位移91.922 mm、動力荷載下豎向位移93.261 mm，剛鉸支座靜力荷載下豎向位移90.793 mm、動力荷載下豎向位移91.234 mm。

4 不同支承條件下網架桿件內力對比

橡膠支座、懸臂柱支座、剛鉸支座三種支座條件下的桿件內力明顯不同，本文著重分析三種支座條件下網架桿件的最大內力。分析結果顯示，剛鉸支座靜力荷載下最大桿件內力60(-75) kN，動力荷載下最大桿件內力60(-75) kN；懸臂柱支座靜力荷載下最大桿件內力60(-71) kN，動力荷載下最大桿件內力60(-71) kN；橡膠支座靜力荷載下最大桿件內力40(-11) kN，動力荷載下最大桿件內力45(-16) kN。本次分析結果顯示，在使用過程中，懸臂柱支座與剛鉸支座在受力性能方面的差異較小。另一方面，橡膠支座的桿件受壓力作用顯著減小，在網架結構建筑中各個桿件對于拉力的承受力更強，這使得應用橡膠支座有助于減輕網架結構的受壓力，這無疑可以增加建筑的整體穩定性和安全性。基于以上分析，在本工程中科學應用橡膠支座效果更好，容易發揮其對拉力的良好承受效果，從而充分發揮出本建筑中網架結構的性能優勢。

5 結語

本文分析了三種支座條件網架的靜力荷載和動力荷載受力性能。在具體實驗環節，為了準確模擬三種支座結構的作用效果，通過對網架支座節點處的約束剛度進行調節來實現。本次研究通過對三種支座條件的分析，最終得到以下結論：

網架結構的受力性能與對應的支座條件存在緊密聯系，本次研究結果顯示，當網架節點的約束剛度不斷增加，懸臂柱支座條件下的網架結構受力性能與剛鉸支座條件的網架結構受力性能之間不存在嚴重差異，另一方面，懸臂柱支座與剛鉸支座條件下網架的撓度相對較小。

橡膠支座對網架位移的約束較小，但是橡膠支座可以有效降低網架桿件的內力，這有助于減小網架結構中網架承受的壓力，受力更加合理，由于這種建筑中網架結構對于拉力具有更好的承受力，因此應用橡膠支座有助于發揮鋼結構的優勢，增強建筑的穩定性和安全性。本次分析結果顯示，橡膠支座、懸臂柱支座、剛鉸支座三種支座條件下網架的撓度均滿足規范要求，由于橡膠支座能夠將網架結構的受力轉變為拉力，因此有助于發揮其結構性優勢，從而減輕網架結構所受壓力，這有助于充分發揮建筑優勢，在網架內力上的優勢更為明顯，因此綜合考慮，決定選用橡膠支座作為本工程的施工方案。