某工程网架橡胶支座刚度计算及应用

文/刘书智 济南中建建筑设计院有限公司 山东济南 250101

1、引言

本工程为某会议中心屋顶钢网架，网架结构形式为正放四角锥，平面形式为多边异形布置，网架基本跨度为45mx42m，采用螺栓球节点连接，支座形式为橡胶支座。

网架橡胶支座是为适应现代建筑需要的一种板式橡胶支座，解决大跨度结构因温度变化而产生的水平位移和建筑结构之间的隔震、减震要求而设计的。网架橡胶支座是由多层橡胶片和多层加劲钢板加压、硫化制成，具有足够的竖向刚度，以支撑上部结构的垂直荷载。同时，通过良好的弹性和剪切变形，来满足上部结构因温度变化而引起的推力，并通过橡胶支座的耗能起到减震隔震作用。

在实际工程中，设计工作者往往很难在模型中准确模拟橡胶支座的刚度，对网架的整体设计造成很大的影响，因此本文着重讲述网架橡胶支座刚度计算的方法及其在模型中的应用。

2、橡胶支座刚度计算

根据《空间网格结构技术规程》附录K计算橡胶支座的刚度。

2.1 橡胶垫板参数

钢材材质为Q235，橡胶板为氯丁橡胶，外层橡胶板厚3mm，内层橡胶板厚11mm，钢板厚3mm，中间共4层橡胶板，橡胶层厚度为d0=50mm，橡胶板尺寸为350mmx350mm，面积A=350＊350=122500mm2。

图1 橡胶垫板检测报告

根据橡胶垫板检测报告（见图1），取弹性模量E=495MPa，剪切模量G=1.05MPa。

2.2 支承柱参数

本工程网架下方为钢筋混凝土框架结构，网架支承柱悬挑高度为1150mm，截面为800mmx800mm，则面积Al=800＊800=64000 0mm2，截面惯性矩Inl=Isl=bh3/12=8004/12=3.4＊1010mm4，采用C30混凝土，弹性模量El=30000Mpa。

2.3 橡胶垫板刚度计算

分析计算时应把橡胶垫板看作为一个弹性原件，其竖向刚度KZ0和两个水平刚度Kn0和KS0可分别按公式（K.0.4-1）计算，

竖向刚度：Kz0=495＊122500/50=1212.75 KN/mm

水平刚度：Kn0=Ks0=1.05＊122500/50=2.57 KN/mm

2.4 支承柱刚度计算

支撑柱的竖向刚度Kzl和两个水平刚度Knl和Ksl可分别按公式（K.0.4-2）计算，

竖向刚度：Kzl=30000＊640000/1150=166 95.65KN/mm

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

2.5 橡胶支座刚度计算

橡胶垫板与支承结构的组合刚度（即为支座的刚度），可根据串联弹性原件的原理，分别求得相应的组合竖向与侧向刚度Kz、Kn、Ks，按下式计算，

组合竖向刚度：Kz=1212.75＊16695.65/(12 12.75+16695.65)=1130.62KN/mm=11306.2 KN/cm

组合侧向刚度：Kn=Ks=2.57＊2012/(2.57+2 012)=2.57KN/mm=25.7KN/cm

3、支座计算刚度在SAP2000模型中的应用

本工程网架利用SAP2000建模，建模过程中，最大的难点就是如何准确模拟橡胶支座的刚度，将网架支座设置为铰接或者刚接，均不能准确模拟实际情况。根据对橡胶支座的计算结果，将实际刚度输入模型，采用弹簧支座模拟（见图2），解决了按照刚接或铰接时支座水平力过大的问题，准确反映了网架支座的实际受力情况，同时也有效减小了网架杆件的应力比，降低了工程用钢量。

图2 弹簧支座参数输入

结语：

通过计算分析，可知网架橡胶支座的刚度，是橡胶垫板和支承柱分别计算，然后将各自刚度串联的结果，因此网架下方支承体的结构形式，对支座刚度有很大的影响，在计算时要充分考虑。在模型中用弹簧支座模拟橡胶支座，将串联后的计算刚度输入模型，基本能够准确反映网架支座的实际约束和受力情况，相比利用其它约束形式模拟，有效减小了支座的水平力和杆件应力比，降低了工程用钢量，可为类似工程提供参考。