谈支承条件对网架结构的影响

周 少 伟

(山西筑城建筑设计有限公司，山西 太原 030006)

钢结构在各种建筑中得到广泛应用，这不仅包括城市里常见的公共建筑如人行天桥等，也见于用于工业用途的建筑，钢结构之所以在各种建筑中得到有效应用，是由其性能决定的。钢结构自身重量较轻，而且在使用过程中能够根据实际需要适应建筑的外形，同时钢结构还具有良好延展效果，适用于各种建筑工程。有一些建筑由于其自身使用效果要求往往无法形成一个合理的柱网，这指的是那些空间比较大、适合多人共同活动的场所，具体来讲，学术报告厅、礼堂、体育馆等都是这类建筑。为了达到良好的建筑效果，针对此类建筑，一般利用钢结构的特性进行建筑施工，具体使用过程中结合建筑物具体情况科学应用框架、框剪以及剪力墙等结构体系，以求满足各类建筑的实际需要。这类建筑的屋面大多也选用对应的钢结构体系。在具体应用过程中，可以充分发挥钢结构的优势。

目前在针对这类建筑的施工过程中，在全面收集相关资料的基础上计算得到屋面网架结构的压力，然后将这一支座压力导入下部的结构中，通过分析得到屋面网架结构对主体建筑的影响，进而科学设计承压结构，保证建筑的安全性。在这种建筑的设计施工过程中，支承条件是否满足网架结构的压力作用，将直接决定建筑的整体稳定性和使用效果。在具体施工过程中，经常得到应用的支承条件主要有三种，分别是橡胶支座、悬臂柱支座以及刚铰支座。本文结合具体工程案例分析这三种不同的支座条件下网架的受力性能，进而得出最佳的支承条件。

1 工程简介

本文中分析的工程为某校一多功能单体教育建筑，该建筑分为三个部分，其中建筑中部为报告厅，这一部分空间较大，报告厅东西两侧分别对应的办公场所和食堂。本工程项目建筑面积为25 741.7 m2，其中食堂层高6.8 m，东侧办公部分2层～4层3.50 m，地下停车库层高4.45 m，建筑主体总高度18.75 m。

2 设计分析

根据本建筑的使用要求，针对网架结构进行设计，为了保证其安全性，设计中按照7度(0.15g)计算工程地震力。为了进一步分析各种支座对网架结构的影响，在设计环充分考虑竖向地震的作用，同时也要考虑水平地震的作用。

为了探究橡胶支座、悬臂柱支座、刚铰支座三种支座的应用效果，具体方法是对支座处的约束刚度进行调整，使用这种方法来有效模拟三种支座条件下的应力情况。分析结果显示，刚铰支座、悬臂柱支座、橡胶支座在三个方向的约束逐渐减弱。

3 不同支承条件下网架位移对比

为了科学分析三种支座条件下网架结构位移情况，针对不同荷载情况下的网架结构受力情况进行分析，分析显示，本次工程中发生静力荷载作用时，网架结构受到的作用力主要来自恒载、活载。网架承受竖向均布荷载作用，实验结果显示，橡胶支座、悬臂柱支座、刚铰支座在竖向位移最大处，都是下弦跨中同一位置，这一结果与受力简图相符。基于这一结果，我们可以发现不同支座条件下屋面网架结构的受力性能不存在显著差异，但是值得注意的是，不同支座条件下网架中每个杆件的内力分布存在较大不同，这是对应支座条件下的作用。

橡胶支座、悬臂柱支座、刚铰支座三种支座条件下的最大位移存在不同，其中橡胶支座静力荷载下竖向位移101.746 mm、动力荷载下竖向位移110.866 mm，悬臂柱支座静力荷载下竖向位移91.922 mm、动力荷载下竖向位移93.261 mm，刚铰支座静力荷载下竖向位移90.793 mm、动力荷载下竖向位移91.234 mm。

4 不同支承条件下网架杆件内力对比

橡胶支座、悬臂柱支座、刚铰支座三种支座条件下的杆件内力明显不同，本文着重分析三种支座条件下网架杆件的最大内力。分析结果显示，刚铰支座静力荷载下最大杆件内力60(-75) kN，动力荷载下最大杆件内力60(-75) kN；悬臂柱支座静力荷载下最大杆件内力60(-71) kN，动力荷载下最大杆件内力60(-71) kN；橡胶支座静力荷载下最大杆件内力40(-11) kN，动力荷载下最大杆件内力45(-16) kN。本次分析结果显示，在使用过程中，悬臂柱支座与刚铰支座在受力性能方面的差异较小。另一方面，橡胶支座的杆件受压力作用显著减小，在网架结构建筑中各个杆件对于拉力的承受力更强，这使得应用橡胶支座有助于减轻网架结构的受压力，这无疑可以增加建筑的整体稳定性和安全性。基于以上分析，在本工程中科学应用橡胶支座效果更好，容易发挥其对拉力的良好承受效果，从而充分发挥出本建筑中网架结构的性能优势。

5 结语

本文分析了三种支座条件网架的静力荷载和动力荷载受力性能。在具体实验环节，为了准确模拟三种支座结构的作用效果，通过对网架支座节点处的约束刚度进行调节来实现。本次研究通过对三种支座条件的分析，最终得到以下结论：

网架结构的受力性能与对应的支座条件存在紧密联系，本次研究结果显示，当网架节点的约束刚度不断增加，悬臂柱支座条件下的网架结构受力性能与刚铰支座条件的网架结构受力性能之间不存在严重差异，另一方面，悬臂柱支座与刚铰支座条件下网架的挠度相对较小。

橡胶支座对网架位移的约束较小，但是橡胶支座可以有效降低网架杆件的内力，这有助于减小网架结构中网架承受的压力，受力更加合理，由于这种建筑中网架结构对于拉力具有更好的承受力，因此应用橡胶支座有助于发挥钢结构的优势，增强建筑的稳定性和安全性。本次分析结果显示，橡胶支座、悬臂柱支座、刚铰支座三种支座条件下网架的挠度均满足规范要求，由于橡胶支座能够将网架结构的受力转变为拉力，因此有助于发挥其结构性优势，从而减轻网架结构所受压力，这有助于充分发挥建筑优势，在网架内力上的优势更为明显，因此综合考虑，决定选用橡胶支座作为本工程的施工方案。