鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)論文
中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要：門式剛架中梁的平面外計算長度，在現(xiàn)行規(guī)程中沒有明確規(guī)定。對梁平面外計算長度的幾種取法進行簡單回顧，設置隅撐時對檀條的附加影響，以及隅撐-檀條體系支撐的梁的彎扭屈曲討論，給出考慮隅撐作用時梁的平面外計算長度取值的建議。
關鍵詞：門式剛架；平面外計算長度；彎扭屈曲；隅撐-檀條體系
1．問題的提出
在門式剛架的設計過程中，關于門式剛架斜梁平面外計算長度的取值一直是設計人員比較關心的一個問題，因為在現(xiàn)有的設計標準中只是給出了原則性的條款，如《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.1.6.2中指出“實腹式剛架斜梁的出平面計算長度，應取側(cè)向支承點間的距離，當斜梁兩翼緣側(cè)向支承點的距離不相等時，應取最大受壓翼緣側(cè)向支承點的間距”，但是什么樣的點可以作為側(cè)向支承點。雖然《規(guī)程》也指出“側(cè)向支承點間距可取設置隅撐處及柱間支承接點”，但是設置隅撐是否就能夠起到側(cè)向支承點的作用，以及在怎樣的情況下起到側(cè)向支承點的作用，規(guī)范中沒有明確規(guī)定。
2．相關規(guī)定
在《輕型鋼結(jié)構(gòu)設計指南》中對目前在實際工程中關于門式剛架梁平面外計算長度取值的諸多做法做了詳細規(guī)定。
1.上翼緣計算長度Ly通常有三種取法
⑴取上翼緣橫向支撐的節(jié)距。
支撐的節(jié)距，按剛架跨度，柱距確定。通常取檁距的倍數(shù)，如1.5m檁距，支承節(jié)距可取3.0、4.5和6.0m。支撐的節(jié)距直接影響橫梁的截面和整體穩(wěn)定性。
⑵取隅撐的間距。
隅撐是通過檁條連接于有彈性側(cè)移的下翼緣，故其不能作為上翼緣受壓時的側(cè)向支點。在某些情況下可將其作為下翼緣受壓時的側(cè)向支點。
⑶取3m。
不少輕型房屋門式剛架設計中取兩個檁距，當檀距為1.5m時取3m。如果以上兩個檁距、三根檀條，均不在橫向支撐節(jié)點時，所有檁條均隨梁的上.翼緣側(cè)彎，不能起到支撐作用，只有位于支撐點處的檁條才能起到側(cè)向支點作用(即取橫向支撐的節(jié)距)，取3m，能設計出合理的橫梁截面，充分發(fā)揮出強度作用。當屋面剛度較好，與檀條連接可靠時，考慮屋面實際存在的蒙皮作用，取兩個檁距，即3m，這按規(guī)程第6.1.4.l的精神在實踐中是可行的。
2.下翼緣的計算長度Ly 通常有兩種取法
(l) 設置隅撐。
不分情況取隅撐間距，隅撐間距取不大于
（b1為受壓翼緣寬度)，多數(shù)取3~4.5m。另一種觀點取上翼緣橫向支承節(jié)點處檁條相連接的隅撐間距，亦即橫向支撐的節(jié)距。
(2) 不設隅撐，取
， L為門式剛架跨度。
取
的前提與彎矩圖形有關。正常情況下，梁端為負彎矩，跨中為正彎矩?？紤]柱面風荷載使梁反彎點內(nèi)移，故偏安全的取反彎點距梁端1/5，借用格構(gòu)式剛架平面外長度的計算公式進行計算，得到 。但是如果風荷載的效應大于恒荷載的效應，使得跨中產(chǎn)生負彎矩，此時梁跨中下翼緣的計算長度取
，也有學者建議橫梁下翼緣的計算長度取梁反彎點至端部距離的2倍。
3．隅撐對檁條的附加影響
在梁中設置隅撐實際是考慮到在靠近柱端，梁的下翼緣受壓，通過隅撐把梁的下翼緣與檀條連接起來從而起到側(cè)向支承點的作用，而在實際工程中，設計人員一般并沒有考慮隅撐對檀條的附加影響，關于隅撐對檁條的影響，相關文獻較少。某些情況下，隅撐對檁條的影響不能忽略。檁條一般考慮為純受彎構(gòu)件，當設置隅撐后，在豎向承載力有一定有利影響，但隅撐的存在，必然會在檁條內(nèi)部產(chǎn)生縱向軸向壓力，此時，檁條的受力模型就由受彎構(gòu)件轉(zhuǎn)向壓彎構(gòu)件。檁條一般由2 rnrn～3 rnrn鋼板冷彎成型，在壓彎狀態(tài)下，其高厚比很難滿足，并且在隅撐檁條連接處，由于隅撐軸向壓力可能較大，對螺栓的抗剪以及檀條的局部承壓都很難滿足，就此在《輕型鋼結(jié)構(gòu)設計指南》關于隅撐的作用給出如下一個簡單的算例:
隅撐的計算簡圖如圖1-1，檁條的彎矩圖如圖1-2，當梁失穩(wěn)時(假設
為負)隅撐一側(cè)受壓，另一側(cè)受拉，按規(guī)程隅撐所受的力可按下列公式計算:
圖1隅撐的計算簡圖
圖2檀條彎距圖
假設隅撐傾角為45℃，橫梁鋼材取Q235時，強度設計值f =215N/mm2，橫梁翼緣面積A=400x 10=4000mm2，每根隅撐的水平和豎向分力為:
設梁高h=0.8米，檁條坡向力的垂直分力對檁條1. 2的附加彎矩為： 
對于檀條1:假設跨度6m，檁距1.5m，將此附加彎矩折算成等效均布荷載Q: 
已經(jīng)大于檁條的荷載設計值：1.2x0.3+1.4X0.3=0.78kN/ m2(檁條設計中永久荷載標準值取0.3 kN/ m2，可變荷載取0.3 kN/ m2 )
對于檁條2:跨度6m，檁距1.5m，如果不考慮其可變荷載，永久荷載標準值為0.3kN/m2，最大控制點在1，2點，1，2點在永久荷載作用下的最大彎矩設計值為1.24kN.m，則最大負彎矩為5.74-1.24 = 4.50kN.m。該荷載使檁條下翼緣受壓，此時位于上翼緣附近的拉條和屋面板的約束將不能阻止其受壓下翼緣失穩(wěn)。
而在實際工程中運用規(guī)范中關于“側(cè)向支承點間可取設置隅撐處及柱間支承連接點”這一條時，設計人員一般都未考慮隅撐對檁條的附加力，事實上規(guī)程中也有這樣的規(guī)定，“計算檁條時，不應考慮隅撐作為檀條的側(cè)向支承點”，因此簡單的把有隅撐處的點當成側(cè)向支承點而未考慮對檁條的附加影響是值得商榷的。
4．隅撐一檁條體系支撐的梁的彎扭屈曲
按《鋼結(jié)構(gòu)平面外的穩(wěn)定》提供的隅撐—檁條體系支撐的梁的彎扭屈曲計算公式：
——繞y軸慣性矩、扇性慣性矩和抗扭慣性矩
—截面不均勻系數(shù)
e1——為截面的剪切中心至檁條支撐點的距離
e2——為隅撐下端支撐點至截面剪切中心的距離
e=e1+e2
連續(xù)支撐的剛度， L為檁條的間距，Kb梁下翼緣的側(cè)移約束剛度對輕鋼結(jié)按常規(guī)尺寸構(gòu)件組成的隅撐-檁條體系進行計算可得如表1：
表1不同隅撐-檁條體系構(gòu)件規(guī)格的臨界彎矩
注: 
為在單邊隅撐條件下的臨界彎矩， 
為在雙邊隅撐條件下的臨界彎矩， 
為無隅撐條件下的臨界彎矩， 
為檁條跨度。
從表中可以看出：屋面梁平面外計算長度越大，越容易滿足以隅撐間距作為平面外計算長度的條件。以1.5 m隅撐間距作為計算長度是極不妥當?shù)?，對于設計上常規(guī)的以3m隅撐間距作為屋面梁的平面外計算長度的情況是:對于全部的輕小構(gòu)件(Ⅰ類)和多數(shù)的中等構(gòu)件(Ⅱ類)，可滿足 
，按隅撐間距作為屋面梁的平面外計算長度是妥當?shù)?，但對于少?shù)中等構(gòu)件和大多數(shù)大構(gòu)件(Ⅲ類) 
，不能按隅撐間距作為平面外計算長度，應乘以一個大于1的計算長度系數(shù)。
5．結(jié) 論
1）本文闡述了目前門式剛架梁的平面外計算長度取隅撐間距的不妥之處，在實際工程中，設計人員一般不考慮隅撐對檁條的附加作用。
2）從實際設計出發(fā)，結(jié)合門式剛架的彎矩圖分布形式和構(gòu)件變截面的設計特點，對隅撐布置和平面外穩(wěn)定計算可按以下原則考慮:靠近梁-柱節(jié)點區(qū)域，截面大，彎矩大，在節(jié)點兩側(cè)按每根檁條間距((1.5m左右)連續(xù)布置隅撐2~3道，對稱布置；在其它區(qū)域可間隔一檁條(3.0m左右)布置隅撐，采用雙邊隅撐；計算屋面梁時所有區(qū)域均按2倍檁距(3.0m左右)作為平面外計算長度。
張亞平（長安大學 陜西 西安710064）
參考文獻
[1] CECS 102 : 2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]
[2] 輕型鋼結(jié)構(gòu)設計指南(實例與圖集)[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版 2005.
[3] 童根樹：鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社 2007
[4] GB50009- 2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]
|
： 