网架设计桁架设计中橡胶垫支座的选取

      橡胶垫支座（通常指板式橡胶支座）的选取是一个系统性的过程，需要综合考虑结构形式、受力情况、位移要求以及建筑功能等多种因素。

以下是橡胶垫支座选取的详细步骤、关键参数和注意事项。

一、 橡胶垫支座的作用与工作原理

在网架/桁架结构中，橡胶垫支座主要起到以下作用：

1. 传递荷载：将上部结构承受的竖向荷载（恒载、活载、雪载等）可靠地传递到下部支承结构（如柱、墙等）。

   
   

2. 适应变形：利用橡胶的弹性，适应结构因温度变化、混凝土收缩徐变等引起的水平位移和转动变形，释放约束应力。

   
   

3. 提供柔性支承：提供一定的柔性，改变结构的振动特性，对减震有一定帮助。

   
   

其工作原理是依靠多层薄钢板与橡胶片硫化粘结而成，钢板约束橡胶的侧向膨胀，使其具有较高的抗压强度，同时保持柔韧的剪切变形能力。

二、 支座选取的核心步骤与关键参数

步骤一：确定支座类型

首先根据结构的位移需求，确定是选择普通板式橡胶支座还是四氟滑板式橡胶支座。

选择原则：预估的水平位移量是否超过普通支座的最大允许剪切变形（通常为橡胶层总厚度的0.7倍）。若超过，则应选用四氟滑板支座。

步骤二：计算支座反力（最核心的步骤）

这是选取支座规格尺寸的直接依据。需要通过结构计算软件（如MST、SAP2000、MIDAS等）对网架/桁架进行受力分析，得出每个支座点的最不利反力。

反力需考虑多种荷载工况组合：

• 竖向反力：

  • 恒载（D）：结构自重、屋面层重量等。

    
    

  • 活载（L）：屋面检修荷载、雪荷载等。

    
    

  • 组合值：通常取 1.2D + 1.4L 等组合下的最大压力值（Fz_max）和可能出现的最小压力值（拉力）（Fz_min）。

    
    

  • 特别注意：网架结构在风荷载作用下，边角支座可能产生上拔力。橡胶支座抗拉能力极差，一旦出现拉力，必须采取抗拔措施（如设置抗拔锚栓）或选用抗拉型支座。

    
    

  
  

• 水平反力：

  • 由风荷载、地震作用等引起。需提取最大水平剪力（Fx_max, Fy_max）。

    
    

  
  

步骤三：确定位移量

同样通过软件分析，得出支座处在温度变化、地震作用等工况下的最大水平位移量（Δx_max, Δy_max）。这个位移量是校验支座变形能力和确定四氟支座滑动行程的关键。

步骤四：查阅支座规格表进行初选

根据计算出的Fz_max和Δ_max，查阅支座生产厂家的产品规格目录（如《公路桥梁板式橡胶支座》JT/T 4标准中的规格，虽为桥梁标准，但网架设计常参考使用）。

• 平面尺寸（长x宽）：主要由Fz_max决定，确保支座的平均压应力在允许范围内。对于网架结构，橡胶支座的容许抗压应力通常取10MPa左右。计算公式为：σ = Fz_max / (A) ≤ [σ]，其中A为支座平面面积。

  
  

• 橡胶层总厚度：主要由水平位移量Δ_max决定。对于普通支座，应满足：Δ_max ≤ 0.7 * Te（Te为橡胶层总厚度）。同时，总厚度也影响支座的转动性能。

  
  

步骤五：各项性能验算

初选规格后，需进行以下关键验算，确保支座安全可靠：

1. 抗压强度验算：σ = Fz_max / A ≤ [σ]（通常[σ]=10MPa）

   
   

2. 抗滑移稳定性验算：防止支座与下部结构之间发生滑动。需满足支座承受的水平力小于最大静摩擦力。μ * N_min ≥ Fx_max（其中μ为摩擦系数，N_min为最小竖向压力，即恒载等产生的压力）。

   
   

3. 剪切变形验算（针对普通支座）：tanθ = Δ_max / Te ≤ 0.7（规范限值）。

   
   

4. 平均压缩变形验算：防止支座因压缩过大导致周边橡胶鼓出过快老化。σ * Te / (E * A)需在规范限值内。

   
   

5. 抗倾覆验算：对于有较大弯矩或明显上拔力的支座，需验算支座的稳定性。

   
   

三、 在网架/桁架设计中的特殊注意事项

1. 上拔力问题：这是网架支座设计与桥梁支座最大的不同之一。必须严格检查各工况下支座是否存在上拔力。一旦有上拔力，普通橡胶支座不能单独使用，必须设置抗拔装置，如：

   • 抗拔锚栓：将支座底板与下部结构锚固。

     
     

   • 抗拉压支座：专门设计的可同时承受拉压的球形钢支座或盆式支座，当拉力较大时，橡胶支座不再适用。

     
     

   
   

2. 支座刚度的影响：橡胶支座的刚度（特别是水平刚度）会对整体结构的计算周期和内力分布产生影响。在精确分析中，应考虑支座的实际刚度，而不是简单地假定为铰接或刚接。

   
   

3. 施工与安装：

   • 确保下部支承结构（如混凝土柱或钢柱）的顶面标高、平整度和预埋件位置准确。

     
     

   • 支座安装时，应考虑施工环境温度与结构使用阶段平均温度的差异，对支座的初始偏移量进行预偏处理，以使结构在使用时支座处于理想位置。

     
     

   • 支座中心线应与主桁架或主要传力方向一致。

     
     

   
   

4. 标准与图集：

   • 虽然国内没有专用于空间结构的橡胶支座标准，但常参考《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T 4）和《建筑隔震橡胶支座》（GB 20688）等。

     
     

   • 更常用的做法是，根据计算结果，在施工图中详细注明支座的规格、性能参数及安装要求。

     
     

   
   

总结：选取流程简表

最后建议：对于中小跨度、无上拔力的简单网架，可自行按此流程设计。但对于大跨度、复杂或重要的结构，强烈建议将支座反力和位移要求提供给专业的支座生产厂家，由他们进行复核和支座选型推荐，这是一种更为稳妥和专业的做法。