某工程網架橡膠支座剛度計算及應用

文/劉書智 濟南中建建筑設計院有限公司 山東濟南 250101

1、引言

本工程為某會議中心屋頂鋼網架，網架結構形式為正放四角錐，平面形式為多邊異形布置，網架基本跨度為45mx42m，采用螺栓球節點連接，支座形式為橡膠支座。

網架橡膠支座是為適應現代建筑需要的一種板式橡膠支座，解決大跨度結構因溫度變化而產生的水平位移和建筑結構之間的隔震、減震要求而設計的。網架橡膠支座是由多層橡膠片和多層加勁鋼板加壓、硫化制成，具有足夠的豎向剛度，以支撐上部結構的垂直荷載。同時，通過良好的彈性和剪切變形，來滿足上部結構因溫度變化而引起的推力，并通過橡膠支座的耗能起到減震隔震作用。

在實際工程中，設計工作者往往很難在模型中準確模擬橡膠支座的剛度，對網架的整體設計造成很大的影響，因此本文著重講述網架橡膠支座剛度計算的方法及其在模型中的應用。

2、橡膠支座剛度計算

根據《空間網格結構技術規程》附錄K計算橡膠支座的剛度。

2.1 橡膠墊板參數

鋼材材質為Q235，橡膠板為氯丁橡膠，外層橡膠板厚3mm，內層橡膠板厚11mm，鋼板厚3mm，中間共4層橡膠板，橡膠層厚度為d0=50mm，橡膠板尺寸為350mmx350mm，面積A=350＊350=122500mm2。

圖1 橡膠墊板檢測報告

根據橡膠墊板檢測報告（見圖1），取彈性模量E=495MPa，剪切模量G=1.05MPa。

2.2 支承柱參數

本工程網架下方為鋼筋混凝土框架結構，網架支承柱懸挑高度為1150mm，截面為800mmx800mm，則面積Al=800＊800=64000 0mm2，截面慣性矩Inl=Isl=bh3/12=8004/12=3.4＊1010mm4，采用C30混凝土，彈性模量El=30000Mpa。

2.3 橡膠墊板剛度計算

分析計算時應把橡膠墊板看作為一個彈性原件，其豎向剛度KZ0和兩個水平剛度Kn0和KS0可分別按公式（K.0.4-1）計算，

豎向剛度：Kz0=495＊122500/50=1212.75 KN/mm

水平剛度：Kn0=Ks0=1.05＊122500/50=2.57 KN/mm

2.4 支承柱剛度計算

支撐柱的豎向剛度Kzl和兩個水平剛度Knl和Ksl可分別按公式（K.0.4-2）計算，

豎向剛度：Kzl=30000＊640000/1150=166 95.65KN/mm

水平剛度：Knl=Ksl=3＊30000＊3.4＊1010/11 503=2012KN/mm

2.5 橡膠支座剛度計算

橡膠墊板與支承結構的組合剛度（即為支座的剛度），可根據串聯彈性原件的原理，分別求得相應的組合豎向與側向剛度Kz、Kn、Ks，按下式計算，

組合豎向剛度：Kz=1212.75＊16695.65/(12 12.75+16695.65)=1130.62KN/mm=11306.2 KN/cm

組合側向剛度：Kn=Ks=2.57＊2012/(2.57+2 012)=2.57KN/mm=25.7KN/cm

3、支座計算剛度在SAP2000模型中的應用

本工程網架利用SAP2000建模，建模過程中，最大的難點就是如何準確模擬橡膠支座的剛度，將網架支座設置為鉸接或者剛接，均不能準確模擬實際情況。根據對橡膠支座的計算結果，將實際剛度輸入模型，采用彈簧支座模擬（見圖2），解決了按照剛接或鉸接時支座水平力過大的問題，準確反映了網架支座的實際受力情況，同時也有效減小了網架桿件的應力比，降低了工程用鋼量。

圖2 彈簧支座參數輸入

結語：

通過計算分析，可知網架橡膠支座的剛度，是橡膠墊板和支承柱分別計算，然后將各自剛度串聯的結果，因此網架下方支承體的結構形式，對支座剛度有很大的影響，在計算時要充分考慮。在模型中用彈簧支座模擬橡膠支座，將串聯后的計算剛度輸入模型，基本能夠準確反映網架支座的實際約束和受力情況，相比利用其它約束形式模擬，有效減小了支座的水平力和桿件應力比，降低了工程用鋼量，可為類似工程提供參考。