钢结构球型支座KZQZ-1300kN-GD支座设计计算书
钢结构球型支座KZQZ-1300kN-GD支座设计计算书
一、设计依据：
（1）《建筑钢结构球型支座》（GB/T 32836-2016）
（2）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）
（3）《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
（4）《铸钢节点应用技术规程》（CECS 235-2008）
（5）《焊接结构用铸钢件》（GB/T7659-2010）
二、支座设计数据
2.1 P--竖向压力 F--竖向拉力 H--水平剪力 θ--转角
支座规格 | P(kN) | F(kN) | H(kN) | θ(rad) |
KZQZ-1300kN-GD | 1300 | 1100 | 800 | 0.03 |
2.2支座总装图
三、支座材质及参数
（1）上支座板： ZG270-480H，抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2，抗剪强度设计值fv=120N/mm2。
（2）聚四氟乙烯板：超高分子量聚乙烯版，抗压强度fy=60N/mm2。
（3）球面衬板：Q345B, 设计许用应力f=260N/mm2，抗剪许用应力fv=145N/mm2。
（4）下支座板：ZG270-480H，抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2，抗剪强度设计值fv=120N/mm2。
（5）焊缝强度设计值 160N/mm2
四、计算思路
（1）对支座承受压力时进行验算。
（2）对支座承受拉力状态下进行验算。
（3）对支座在给定的剪力状态下进行验算。
五、支座的设计计算
5.1支座竖向压力为1300kN。计算**不利平面，改性超高分子量聚乙烯滑板承压计算。截面尺寸见图：
依据支座受力分析，支座承受压力**薄弱的环节是聚四氟乙烯滑板，设计时取滑板直径φ=260mm，厚度=7mm。
б=P÷S=(1300×103)÷(3.14×2602/4)=24.5N/mm2＜fy=60N/mm2。
计算结果：符合设计要求。
5.2支座承受竖向拉力时勾爪强度计算：
5.2.1支座承受竖向拉力时，上座板下凸缘与下座板上凸缘接触面压应力计算作用面积S=3.14×D2×（43×4/360）×L1= 3.14×D2×0.478×L1
支座规格 | F(kN) | D2（mm） | L1（mm） | б(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 373 | 17 | 115.6 |
б=F/S=115.6N/mm2＜f=215 N/mm2
计算结果：符合设计要求。
5.2.2支座承受竖向拉力时，支座上座板下凸缘的折算应力计算。
弯矩M=F×L2
截面模数W=3.14×D3×0.478×L32/6 弯曲应力б=M/W
支座规格 | F(kN) | D3（mm） | L2（mm） | L3（mm） | б(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 396 | 13 | 38 | 100 |
拉应力τ=F/S
承拉面积S=3.14×D3×0.478×L3
支座规格 | F(kN) | D3（mm） | L3（mm） | τ(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 396 | 38 | 48.7 |
折算应力fτW=（б2+3τ2）0.5
支座规格 | fτW (N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 130.8 |
fτW=130.8N/mm2＜215N/mm2
计算结果：符合设计要求。
5.2.3支座承受竖向拉力时，支座下座板上凸缘的折算应力计算。
弯矩M=F×L4
截面模数W=3.14×D4×0.478×L52/6 弯曲应力б=M/W
支座规格 | F(kN) | D4（mm） | L4（mm） | L5（mm） | б(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 350 | 13 | 40 | 102 |
拉应力τ=F/S
承拉面积S=3.14×D4×0.478×L5
支座规格 | F(kN) | D4（mm） | L5（mm） | τ(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 350 | 40 | 52.3 |
折算应力fτW=（б2+3τ2）0.5
支座规格 | fτW (N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 136.4 |
fτW=136.4N/mm2＜215N/mm2
计算结果：符合设计要求。
5.3支座承受水平剪力时的强度计算
5.3.1水平力造成的支座下座板上凸缘端面压应力计算
下支座板上凸缘在****的投影为2×L6=215.6mm
所以作用面积S=215.6×L5
压应力б=H/S
支座规格 | H(kN) | L6（mm） | L5（mm） | б(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 800 | 107.8 | 40 | 92.8 |
б=92.8N/mm2＜f=215N/mm2
计算结果：符合设计要求。
5.3.2水平力作用下对支座上座板侧壁厚计算
水平力产生的弯曲正应力б1=M/W
弯矩：M=H×L8
截面模数:W=(3.14×D3×L92+L11×252×4)÷2÷6
支座规格 | H(kN) | L8（mm） | L9（mm） | L11（mm） | D3（mm） | б1(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 800 | 44.1 | 55 | 180 | 396 | 100.5 |
应力τ=H/S
承拉面积S=(3.14×D3×L9+L11×25×4)÷2
支座规格 | H(kN) | L9（mm） | D3（mm） | L11（mm） | τ(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 800 | 55 | 396 | 180 | 18.5 |
折算应力fτW=（б12+3τ2）0.5
支座规格 | fτW (N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 105.5 |
fτW=105.5N/mm2＜215N/mm2
计算结果：符合设计要求。
5.4拉剪共同作用下对支座上座板测壁厚计算
5.4.1拉力产生的弯曲正应力б2=M/W
弯矩：M=F×L10
截面模数:W=3.14×D3×L92/6
支座规格 | F(kN) | L10（mm） | D3（mm） | L9（mm） | б2(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 39 | 396 | 55 | 68.4 |
5.4.2拉力产生的拉应力б3=F/S
受拉面积：S=3.14×D3×L9
支座规格 | F(kN) | D3（mm） | L9（mm） | б3(N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 1100 | 396 | 55 | 16.1 |
5.4.3拉力和剪力同时存在时的合应力б=б1+б2+б3
支座规格 | б(N/mm2) | fτW (N/mm2) |
KZQZ-1300kN-GD | 185 | 187.7 |
fτW=（б2+3τ2）0.5=187.7N/mm2＜215N/mm2
计算结果：符合设计要求。
5.5支座下座板焊缝应力计算
5.5.1在竖向拉力作用下支座板与预埋板焊缝处受力计算
下支座板的外形尺寸为500×500，下支座板底板打25×45°的坡口用于与预埋钢板的焊接，即下支座板底板与下预埋板采用坡口焊+50的角焊，下支座板底板500×500的周长为2000mm而焊缝的有效厚度为he==32.35mm面积为S＝2000×32.35＝64700mm2，则在竖向拉力作用下下支座板底板与预埋板焊缝处受到的拉应力为：
σ拉＝F/S=1100000/64700=17N/㎜2＜160N/mm2，计算结果：符合设计要求。
5.5.2在水平剪力作用下下支座板与预埋板焊缝处受力计算
下支座板的外形尺寸为500×500mm，下支座板底板打25×45°的坡口用于与预埋钢板的焊接，即下支座板底板与下预埋板采用坡口焊+25的角焊。下支座板在水平剪力作用下底部焊缝处受到的弯曲正应力计算
支座水平剪力的为H＝800kN，力臂L11=125.9mm，则焊缝处在水平剪力作用下产生的弯曲正应力为：
σ剪弯＝H /W=800000×125.9/(5003/6-4503/6)＝17.8N/ mm2＜160N/ mm2；计算结果：符合设计要求。
下支座板底板500×500的周长为2000mm而焊缝的有效厚度为he==32.35mm面积为S＝2000×32.35＝64700mm2，则在水平剪力作用下底板与预埋板焊缝处受到的剪切应力为：τ剪＝H/S＝800000/64700=12.4N/ mm2＜160N/ mm2计算结果：符合设计要求。
下支座板在水平剪力作用下底部焊缝处受到的弯曲正应力和剪切应力的合力为：F剪剪弯=（σ剪弯2＋3τ剪2）0.5＝（17.82＋3×12.42）0.5＝27.9N/㎜2＜1.1×160＝176N/ mm2，计算结果：符合设计要求。
5.5.3 拉、剪共同作用下支座底座下盘焊缝计算
由5.5.1支座在竖向拉力作用时对支座下座板焊缝的竖向拉应力计算得出：
σ拉＝17N/mm2
由5.52 水平力时下座板焊缝处的应力计算得出：
σ剪弯＝17.8N/mm2
剪应力τ剪＝12.4N/mm2
正应力合力
σH＝σ拉＋σ剪弯＝17＋17.8＝34.8N/mm2
折算应力
σz＝[σH2＋3τ剪2]0.5＝[34.82＋3×12.42]0.5＝40.9N/mm2
验算结果：
σz＝40.9N/mm2＜1.1ffw＝176 N/mm2
符合设计要求。
计算图数据尺寸：
5.6 转角验算
要求满足θ=0.03rad，当支座产生转角0.03rad转动时，支座的中间球冠板即绕其球面的球心转动0.03rad，验算转动后球冠衬板直径尺寸D6支座上座板内径尺寸D3是否干扰而影响支座转动。
则R*0.03*2+D6=A＜D3
支座规格 | D6（mm） | D3（mm） | R（mm） | A(mm) |
KZQZ-1300kN-GD | 300 | 396 | 450 | 327 |
当支座产生0.03rad转动时，支座的中间球冠板即绕其球面的球心转动0.03rad，验算转动后球冠衬板直径尺寸D6与球面滑板尺寸D7的包容性。
则R*0.03*2+D7=B＜D6
支座规格 | D6（mm） | D7（mm） | R（mm） | B(mm) |
KZQZ-1300kN-GD | 300 | 260 | 450 | 287 |
计算结果：符合设计要求。
