河北钢结构工程中需采用大转角球型钢支座

河北球型钢支座在钢结构工程中，一般用在上部结构与基础结构的结合处，上部结构的静、动载荷通过支座传递给基础结构，要求支座要有足够的承受竖向载荷的能力；温度变化或地震将使结构产生水平剪力和竖向拉力，这些力的传递也要靠支座来完成，因此还要求球型钢支座具有足够的抗水平剪力和抗竖向拉力的能力；结构在长期服役过程中，由于受力件的变形或位移，对于某些节点中心将产生很大的力矩，对于这些力矩若不采取措施释放掉，必将对建筑结构产生很大的危害，释放有害力矩的措施，一般是在节点处设置铰接结构和对支座释放足够的位移空间，而铰接性能反应到节点处的支座上，就是要求支座具有足够的转动能力。

从以上分析可以看出，应用于钢结构工程的支座需具备足够的承载能力、抗拉能力、抗剪能力和转动能力。需要指出的是，钢结构工程要求支座转角要比用于其它（例如桥梁）工程的支座的转角大得多。支座转角的增大，就普通支座而言，破坏了支座的受力状况，面传力变为线传力或点传力，或支座卡死，不能转动，将给工程埋下巨大安全隐患。为了适应工程需要，保证工程安全，我们开发了一种大转角网架球型钢支座，已广泛地在一些建筑工程中应用。

以下以某一工程所用大转角网架球型钢支座为例，对照普通球型钢支座，对其性能、结构设计、计算方法进行分析。

一、对所研究的支座的性能要求

承载能力N＝10000kN

抗拉能力F＝2000kN

抗剪能力H＝3000kN

转角θ＝0.05rad

转动中心设定在O点处。

二、工况分析

球型钢支座在服役期间可能出现的工况：

1.支座在承受压力的同时发生转动；

2.支座在承受拉力的同时发生转动；

3.支座在承受压力的同时承受剪力和转动；

4.支座在承受拉力的同时承受剪力和转动；

以上4种工况中#不利的工况是#后一种，以下即按这种工况进行支座的结构设计和计算。

三、支座结构设计和传力路径

考虑到对支座有大转角的要求和有设定的转动中心的要求，采用球面传力的大转角网架球型钢支座方案，结合转动中心和转角确定传力球面的球心，以适应工程要求。球型钢支座上部结构将荷载传给上支座板，然后依次通过不锈钢板、平面耐磨板、球冠板、球面耐磨板和下支座板传递给下部结构。

四、大转角网架球型钢支座与普通球型钢支座结构、性能对照。

普通球型钢支座以O点为转动中心转动0.05rad且承受拉力、水平剪力时的状况如图3所示。可以看出当支座转动后，支座承受拉力的两个作用面——上支座板的A面和下支座板的B面之间夹角为0.05rad，支座承受水平力的两个作用面——上支座板的C面和下支座板的D面之间夹角也为0.05rad，在这种情况下，支座承受拉力和剪力时皆为线传力，甚至造成点传力。特别是在承受拉力时，受力点偏向一侧，破坏了均衡受力状况，很可能造成构件破坏。且如果先有了拉力、剪力，又需支座转动，支座先在拉力、剪力作用下，作用面（都是平面）贴合，支座就再也转不动了，转角释放不了，有害力矩也释放不了。

大转角网架球型钢支座以O点为转动中心转动0.05rad且承受拉力、水平剪力时的状况如图4所示：可以看出当支座转动后，支座承受拉力的两个作用面仍为球面结合，支座承受水平力的两个作用面也仍为球面结合，在这种情况下，支座在承受拉力和剪力时皆为球面传力，不存在偏载或应力集中，不破坏原有的传力状况，保证结构安全，且仍可绕设定的转动中心O转动。

通过以上比较可知，大转角网架球型钢支座不仅具有良好的受力、传力性能和转动性能。当支座承受竖向拉力和水平剪力时，受力件为上支座板和下支座板，计算以上两个件的强度。支座在承受竖向拉力和水平剪力时为球面传力，其传力类似于劈的传力原理。其承受拉力时要产生水平力、承受水平剪力时又产生竖向拉力等次生力，检算时必须将这些力计算进去。考虑到支座承受拉力时，受力的球面为整个环形球面，而支座承受水平剪力时，受力的球面为半个环形球面，所以按有剪力、且有拉力的半个球型钢支座检算。

1.球型钢支座结构合理。支座采取球面传力，使得支座在承受水平剪力、竖向拉力时，支座仍能转动，且为球面传力；支座发生转动后，仍能承受水平力、竖向拉力，且为球面传力。

2.采用改变传力球面的曲率半径的方法，可以方便地调整转动中心O的位置，以满足工程结构对支座转动中心的要求。

3.计算结果与有限元分析结果吻合。