周 少 偉

(山西筑城建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006)

鋼結(jié)構(gòu)在各種建筑中得到廣泛應(yīng)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(yè)用途的建筑，鋼結(jié)構(gòu)之所以在各種建筑中得到有效應(yīng)用，是由其性能決定的。鋼結(jié)構(gòu)自身重量較輕，而且在使用過(guò)程中能夠根據(jù)實(shí)際需要適應(yīng)建筑的外形，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)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(wú)法形成一個(gè)合理的柱網(wǎng)，這指的是那些空間比較大、適合多人共同活動(dòng)的場(chǎng)所，具體來(lái)講，學(xué)術(shù)報(bào)告廳、禮堂、體育館等都是這類建筑。為了達(dá)到良好的建筑效果，針對(duì)此類建筑，一般利用鋼結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行建筑施工，具體使用過(guò)程中結(jié)合建筑物具體情況科學(xué)應(yīng)用框架、框剪以及剪力墻等結(jié)構(gòu)體系，以求滿足各類建筑的實(shí)際需要。這類建筑的屋面大多也選用對(duì)應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)體系。在具體應(yīng)用過(guò)程中，可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

目前在針對(duì)這類建筑的施工過(guò)程中，在全面收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上計(jì)算得到屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的壓力，然后將這一支座壓力導(dǎo)入下部的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)分析得到屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)主體建筑的影響，進(jìn)而科學(xué)設(shè)計(jì)承壓結(jié)構(gòu)，保證建筑的安全性。在這種建筑的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，支承條件是否滿足網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的壓力作用，將直接決定建筑的整體穩(wěn)定性和使用效果。在具體施工過(guò)程中，經(jīng)常得到應(yīng)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(jié)合具體工程案例分析這三種不同的支座條件下網(wǎng)架的受力性能，進(jìn)而得出最佳的支承條件。

1 工程簡(jiǎn)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(gè)部分，其中建筑中部為報(bào)告廳，這一部分空間較大，報(bào)告廳東西兩側(cè)分別對(duì)應(yīng)的辦公場(chǎng)所和食堂。本工程項(xiàng)目建筑面積為25 741.7 m2，其中食堂層高6.8 m，東側(cè)辦公部分2層～4層3.50 m，地下停車庫(kù)層高4.45 m，建筑主體總高度18.75 m。

2 設(shè)計(jì)分析

根據(jù)本建筑的使用要求，針對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了保證其安全性，設(shè)計(jì)中按照7度(0.15g)計(jì)算工程地震力。為了進(jìn)一步分析各種支座對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，在設(shè)計(jì)環(huán)充分考慮豎向地震的作用，同時(shí)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(yīng)用效果，具體方法是對(duì)支座處的約束剛度進(jìn)行調(diào)整，使用這種方法來(lái)有效模擬三種支座條件下的應(yīng)力情況。分析結(jié)果顯示，剛鉸支座、懸臂柱支座、橡膠支座在三個(gè)方向的約束逐漸減弱。

3 不同支承條件下網(wǎng)架位移對(duì)比

為了科學(xué)分析三種支座條件下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)位移情況，針對(duì)不同荷載情況下的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行分析，分析顯示，本次工程中發(fā)生靜力荷載作用時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受到的作用力主要來(lái)自恒載、活載。網(wǎng)架承受豎向均布荷載作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)果與受力簡(jiǎn)圖相符?；谶@一結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)不同支座條件下屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(wǎng)架中每個(gè)桿件的內(nèi)力分布存在較大不同，這是對(duì)應(yīng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力荷載下豎向位移91.234 mm。

4 不同支承條件下網(wǎng)架桿件內(nèi)力對(duì)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(nèi)力明顯不同，本文著重分析三種支座條件下網(wǎng)架桿件的最大內(nèi)力。分析結(jié)果顯示，剛鉸支座靜力荷載下最大桿件內(nèi)力60(-75) kN，動(dòng)力荷載下最大桿件內(nèi)力60(-75) kN；懸臂柱支座靜力荷載下最大桿件內(nèi)力60(-71) kN，動(dòng)力荷載下最大桿件內(nèi)力60(-71) kN；橡膠支座靜力荷載下最大桿件內(nèi)力40(-11) kN，動(dòng)力荷載下最大桿件內(nèi)力45(-16) kN。本次分析結(jié)果顯示，在使用過(guò)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑中各個(gè)桿件對(duì)于拉力的承受力更強(qiáng)，這使得應(yīng)用橡膠支座有助于減輕網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受壓力，這無(wú)疑可以增加建筑的整體穩(wěn)定性和安全性?；谝陨戏治?，在本工程中科學(xué)應(yīng)用橡膠支座效果更好，容易發(fā)揮其對(duì)拉力的良好承受效果，從而充分發(fā)揮出本建筑中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了三種支座條件網(wǎng)架的靜力荷載和動(dòng)力荷載受力性能。在具體實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，為了準(zhǔn)確模擬三種支座結(jié)構(gòu)的作用效果，通過(guò)對(duì)網(wǎng)架支座節(jié)點(diǎn)處的約束剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本次研究通過(guò)對(duì)三種支座條件的分析，最終得到以下結(jié)論：

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力性能與對(duì)應(yīng)的支座條件存在緊密聯(lián)系，本次研究結(jié)果顯示，當(dāng)網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)的約束剛度不斷增加，懸臂柱支座條件下的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力性能與剛鉸支座條件的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力性能之間不存在嚴(yán)重差異，另一方面，懸臂柱支座與剛鉸支座條件下網(wǎng)架的撓度相對(duì)較小。

橡膠支座對(duì)網(wǎng)架位移的約束較小，但是橡膠支座可以有效降低網(wǎng)架桿件的內(nèi)力，這有助于減小網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中網(wǎng)架承受的壓力，受力更加合理，由于這種建筑中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)于拉力具有更好的承受力，因此應(yīng)用橡膠支座有助于發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性和安全性。本次分析結(jié)果顯示，橡膠支座、懸臂柱支座、剛鉸支座三種支座條件下網(wǎng)架的撓度均滿足規(guī)范要求，由于橡膠支座能夠?qū)⒕W(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，因此有助于發(fā)揮其結(jié)構(gòu)性優(yōu)勢(shì)，從而減輕網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所受壓力，這有助于充分發(fā)揮建筑優(yōu)勢(shì)，在網(wǎng)架內(nèi)力上的優(yōu)勢(shì)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。