某工程網(wǎng)架橡膠支座剛度計(jì)算及應(yīng)用

文/劉書智 濟(jì)南中建建筑設(shè)計(jì)院有限公司 山東濟(jì)南 250101

1、引言

本工程為某會(huì)議中心屋頂鋼網(wǎng)架，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式為正放四角錐，平面形式為多邊異形布置，網(wǎng)架基本跨度為45mx42m，采用螺栓球節(jié)點(diǎn)連接，支座形式為橡膠支座。

網(wǎng)架橡膠支座是為適應(yīng)現(xiàn)代建筑需要的一種板式橡膠支座，解決大跨度結(jié)構(gòu)因溫度變化而產(chǎn)生的水平位移和建筑結(jié)構(gòu)之間的隔震、減震要求而設(shè)計(jì)的。網(wǎng)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(jié)構(gòu)的垂直荷載。同時(shí)，通過良好的彈性和剪切變形，來滿足上部結(jié)構(gòu)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(shí)際工程中，設(shè)計(jì)工作者往往很難在模型中準(zhǔn)確模擬橡膠支座的剛度，對(duì)網(wǎng)架的整體設(shè)計(jì)造成很大的影響，因此本文著重講述網(wǎng)架橡膠支座剛度計(jì)算的方法及其在模型中的應(yīng)用。

2、橡膠支座剛度計(jì)算

根據(jù)《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》附錄K計(jì)算橡膠支座的剛度。

2.1 橡膠墊板參數(shù)

鋼材材質(zhì)為Q235，橡膠板為氯丁橡膠，外層橡膠板厚3mm，內(nèi)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(cè)報(bào)告

根據(jù)橡膠墊板檢測(cè)報(bào)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(shù)

本工程網(wǎng)架下方為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)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(jì)算

分析計(jì)算時(shí)應(yīng)把橡膠墊板看作為一個(gè)彈性原件，其豎向剛度KZ0和兩個(gè)水平剛度Kn0和KS0可分別按公式（K.0.4-1）計(jì)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(jì)算

支撐柱的豎向剛度Kzl和兩個(gè)水平剛度Knl和Ksl可分別按公式（K.0.4-2）計(jì)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(jì)算

橡膠墊板與支承結(jié)構(gòu)的組合剛度（即為支座的剛度），可根據(jù)串聯(lián)彈性原件的原理，分別求得相應(yīng)的組合豎向與側(cè)向剛度Kz、Kn、Ks，按下式計(jì)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(cè)向剛度：Kn=Ks=2.57＊2012/(2.57+2 012)=2.57KN/mm=25.7KN/cm

3、支座計(jì)算剛度在SAP2000模型中的應(yīng)用

本工程網(wǎng)架利用SAP2000建模，建模過程中，最大的難點(diǎn)就是如何準(zhǔn)確模擬橡膠支座的剛度，將網(wǎng)架支座設(shè)置為鉸接或者剛接，均不能準(zhǔn)確模擬實(shí)際情況。根據(jù)對(duì)橡膠支座的計(jì)算結(jié)果，將實(shí)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(shí)支座水平力過大的問題，準(zhǔn)確反映了網(wǎng)架支座的實(shí)際受力情況，同時(shí)也有效減小了網(wǎng)架桿件的應(yīng)力比，降低了工程用鋼量。

圖2 彈簧支座參數(shù)輸入

結(jié)語(yǔ)：

通過計(jì)算分析，可知網(wǎng)架橡膠支座的剛度，是橡膠墊板和支承柱分別計(jì)算，然后將各自剛度串聯(lián)的結(jié)果，因此網(wǎng)架下方支承體的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)支座剛度有很大的影響，在計(jì)算時(shí)要充分考慮。在模型中用彈簧支座模擬橡膠支座，將串聯(lián)后的計(jì)算剛度輸入模型，基本能夠準(zhǔn)確反映網(wǎng)架支座的實(shí)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(yīng)力比，降低了工程用鋼量，可為類似工程提供參考。