种特型支座创新攻坚

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经过9个月的时间，上百次的计算，涵盖了结构、材料、机械、幕墙、测量等诸多学科，经设计院、科研院校、深化设计公司等机构和相关单位强强联手，大胆设想、小心求证，上海中心一共自主研发了15种特型支座。

▲支座受力示意图

特型支座的研发和优化，在建筑领域尚属于一种独特的新技术，在以往的国内外建筑工程中鲜有案例。上海中心攻关团队在9个月的时间里，大胆设想、小心求证，一共研发了15种特型结构支座，突破了外幕墙结构体系巨大的技术瓶颈，最终让支座走上了国产化之路。

这些支座形式是独一无二的，有凸台止推滑移支座（包括平面止推支座和叠型弹簧止推支座）、关节轴承支座、环梁水平滑移支座、环梁垂直滑移支座、限位约束支座、双向约束支座、径向约束支座、平面滑移支座、刚接吊点支座及不同型号支座等共10类15种形式，每一种类都拥有不同方向要求的自由度。

实际上，上海中心原计划采用进口的特型支座，但随着设计的深入，发现进口支座存在着不少技术、供应和管理问题，且价格昂贵，订货周期难以控制。基于对问题的全面分析和对国内相关技术信息的调研，上海中心的建设方和总承包方最终决策成立攻关团队，走特型支座的国产优化研发之路。

出现在垂直滑移支座中的“自锁”问题，就好比当一个注射器的注射筒自身受到侧面压力时会发生弯曲，这时，“针管”便无法上下移动，从而受阻；此外，内部摩擦力大于推动力时也会影响“针管”的自由滑动。为此，设计师首先从减摩材料入手解决卡壳问题，同时还对支座结构进行较大调整，从根本上解决了“自锁”问题。

围绕难题，上海中心联合结构、机械、材料、幕墙、加工安装等多个专业板块，对支座的构造形式、摩擦系数和耐久性等各项指标开展反复试验。仅仅在减摩材料的选择上，就在13个批次中进行了40余组试验。每个支座几经反复，有的仅支座图纸就改了12版，从图纸到加工又改了12次。按照目前的施工技术，特型支座一旦安装完毕即无法更换、维修。因此，这些“关节”必须达到能“长期服役”并且“免维护”的要求。

在偏转铰支座中，原设计垫圈拟采用夹布橡胶的材料，以承受销轴随径向撑杆摆动所产生的小角度偏转，同时消除金属构件摩擦碰撞所产生的噪声。但这一垫圈一但装入铰支座就无法更换，而且国产夹布橡胶垫圈的使用寿命和耐疲劳载荷无法与免维护的设计要求相匹配。

在广泛的工程材料征询过程中，一种被称为“关节轴承”的国产机制产品进入攻关组的视野。这是一种外环固定以后内环能够万向回转的金属轴承，可以做到免维护，是一种十分理想的替代品。经过实样观察和检验，攻关组修改了设计，从而顺利攻克了特殊铰支座材料免维护这一难题。

上海中心大厦对特型支座的优化之路，经过了上百次的计算，涵盖了结构力学、材料力学、幕墙工程、安装工艺、检测技术等多项学科，经设计院、科研院校、深化设计公司等机构和相关专业单位强强联手，通过协作攻关，实现了自主创新，最终实现了特型支座的国产化，为上海中心大厦独特的外幕墙体系达到设计要求奠定了坚实的基础，同时在建筑支座领域取得了新的技术突破。

▲钢结构连接结点支座

试验追踪：特型支座的摩擦系数测试

时间：2011年12月-2012年1月

地点：同济大学结构试验室/中国建筑科学研究院

攻关组从成熟的，具有长使用寿命的高分子减摩材料入手，先在同济大学结构试验室进行了平面样板的摩擦系数测试，同时，在建科院材料所进行了标准样片的验证试验。试验获得的摩擦系数要求值为0.07～0.09，与设计要求比较接近。

随后，攻关组针对与实际尺寸和形式相近的圆弧板减摩材料进行了试验，获得的摩擦系数比平板材料大1.5～2倍。而在研究高分子减摩材料的同时，发现了另一种被称为“纳米金刚石涂层”的新型材料。在一般情况下，它被应用于军工领域和汽车发动机，它的摩擦系数更小（常规在0.04左右），机械性能也十分稳定。

试验小组对这种材料进行了同样的测试，在低摩擦系数和稳定性得到验证的同时，也发生了圆弧形板比平板摩擦系数放大的情况。看来这不是材料本身试验机器和误差引起的。试验结果表明，摩擦系数不是我们平时理解的定值，它与压力、接触面大小和形态有关。事实上，摩擦系数在常温下，与压力值存着在非线性的反比关系。

经过试验组的数学分析，弧形面和平面的差异存在等效摩擦系数放大关系也得到了理论证实。除了材料力学试验之外，攻关组还对“纳米金刚石涂层”进行了耐久性试验，结果得出，镀附后零件的使用寿命提高了1～9倍，镀层厚度可降低1～2倍。通过理论分析和科学试验，攻关组最后决定采用“纳米金刚石涂层”这种新型材料。

▲特型支座部件