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　　摘要：本文主要研究和讨论了门式刚架次结构设计中的几个要点，包括檩条的稳定、隅撑的设置以及刚性系杆的平面外支撑作用，得出一些有用结论，供钢结构设计人员参考。

　　关键词：门式刚架,次结构,檩条,隅撑,刚性系杆,稳定

　　轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近三十多年来得到迅速的发展，目前国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。在石化工业中，门式刚架结构更是得到了广泛的应用。

　　门式刚架的设计包括主结构系统、次结构系统和维护系统三个方面，其中，屋面檩条、墙梁、拉条、隅撑以及系杆构成了门式刚架的次结构系统。一方面，它们可以支承屋面板和墙面板，将外部荷载传递给主结构;另一方面，它们可以抵抗作用在结构上的部分纵向荷载，比如纵向的风荷载、地震作用等。本文将对在门式刚架次结构设计中碰到的几个有针对性的问题，进行比较深入的研究和探讨。

　　1檩条的稳定问题及拉条在檩条上的位置讨论

　　檩条的计算一般是稳定而不是强度计算起控制作用的。拉条是提高檩条稳定性的重要构造措施。一般的做法是采用拉条从檐口一端起，连接每一根檩条直到另一端。一般情况下，在屋面荷载的的作用下，檩条的上翼缘受压，当檩条与屋面板由自攻螺钉可靠连接时，檩条的上翼缘侧向稳定由屋面板控制，这种情况下，檩条上翼缘的稳定问题可以不考虑。

　　而现在常用的屋面板是咬合或暗扣的，不能起到阻止檩条上翼缘失稳的作用，故应在檩条上翼缘1/3高的腹板范围内设置拉条，檩条的上翼缘计算长度按拉条间距确定。当风荷载比较大时，在风吸力作用下，檩条下翼缘受压，而下翼缘无支撑点，平面外计算长度是檩条全长，需要进行下翼缘受压稳定验算。

　　如满足稳定要求，则可以不做处理;如不满足，应根据计算结果在檩条的下翼缘附近(1/3处)增设拉条，防止檩条下翼缘受压超过稳定应力而失稳。综上所述，考虑檩条上翼缘的侧向稳定性由自攻螺钉连接的屋面板提供时，可以只在下翼缘附近设置拉条;对于与屋面板非自攻螺钉连接的檩条，则需要在檩条上下翼缘设置双拉条以保证檩条的侧向稳定要求。

　　2隅撑的设置(连接位置、范围、间距)

　　2.1两个问题

　　隅撑作为连接檩条(屋面、墙面)和梁、柱的构件，不是对檩条起控制作用，而是防止梁或柱的受压翼缘平面外失稳的。下面提出两个问题：(1)为什么只在梁的下翼缘或者柱子的内翼缘设置隅撑?(2)梁的受压下翼缘或者柱子的受压内翼缘位于哪个区域?首先回答第一个问题，实际上，梁的上下翼缘和柱的内外翼缘都存在平面外失稳的问题，但是梁的上翼缘和柱的外翼缘有檩条提供平面外的约束。

　　而梁的下翼缘和柱的内翼缘与檩条不相连，所以需要设置隅撑。第二个问题，梁主要作为受弯构件来承受荷载的，沿梁长度方向，梁下翼缘每个部位都有可能受压。在屋面恒、活荷载作用下，梁的两端下翼缘是受压的，就是通常所说的负弯矩;但是在风吸力作用时，梁的中间部位下翼缘也可能受压。而柱是作为压弯构件来承受荷载，主要受力形式为受压。在竖向荷载作用下，柱的弯矩最大值产生在柱顶，即梁柱节点处，且柱顶位置柱内翼缘受压。

　　2.2规范的相关规定

　　《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)中关于隅撑的设置有下列规定：第5.1.1条规定：“主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘平面外的稳定性，应由隅撑保证。”;第7.1.5条规定：“变截面柱的平面外稳定应分段按下列公式计算，当不能满足时，应设置侧向支撑或隅撑”;第7.1.6条规定：“屋面斜梁和檩条之间设置的隅撑满足下列条件时，下翼缘受压的屋面斜梁的平面外计算长度可考虑隅撑的作用”，“本条特别强调隅撑不能作为梁的固定的侧向支撑，不能充分地给梁提供侧向支撑，而仅仅是弹性支座。

　　根据理论分析，隅撑支撑的梁的计算长度不小于2倍隅撑间距，梁下翼缘面积越大，则隅撑的支撑作用相对越弱，计算长度就越大。”可以看出，设计中应考虑隅撑对刚架梁柱的侧向支撑作用。通过合理设置隅撑，减小构件平面外计算长度，使构件截面得到更充分的利用，提高用钢量的经济性。

　　2.3隅撑的设置方法

　　隅撑的侧向支撑能力取决于隅撑—檩条体系和被支撑的屋面梁或刚架柱受压翼缘之间的相对刚度大小。对于这一点，文【2】给出了详细的论述。

　　关于钢梁的隅撑设置，文【1】通过计算考察实际工程中隅撑—檩条体系支撑下的屋面梁的平面外计算长度问题。并得出了以下几个可以作为重要参考的结论：随主梁截面增大，隅撑—檩条支撑体系所能提供的支撑条件迅速恶化;当主梁尺寸较小，受压翼缘截面积A<180×8时，双隅撑按3m左右布置，可以达到完全支撑条件，将隅撑间距取为主梁平面外计算长度是妥当的。

　　当主梁尺寸不太大，受压翼缘截面积A<250×10时，双隅撑加密采用1.5m间距，主梁计算长度按3.0m计算是妥当的;当主梁尺寸很大，受压翼缘截面积A>300×12时，隅撑—檩条体系难以构成主梁的侧向支撑，此时，应考虑屋面通长系杆作为主梁的侧向支撑，主梁计算长度取通长系杆的间距。关于钢柱的隅撑设置，综合考虑经济、施工难度及墙面美观的因素，通常可只在柱顶位置设置一道隅撑。综上所述，隅撑作为防止梁柱受压翼缘侧向失稳的构件，与梁的下翼缘、柱的内翼缘连接。对于钢梁，隅撑设置间距可根据梁的受压翼缘截面积而定;对于钢柱，可仅在柱顶处设一道。

　　3刚性系杆作为平面外支撑的讨论

　　首先要弄清楚两个概念问题：构件的平面外稳定和受压翼缘的平面外稳定。构件的平面外稳定是针对构件本身而言的，失稳是构件的整体失稳;受压翼缘的平面外稳定仅指受压翼缘本身，失稳是受压翼缘的扭转失稳，两者的失稳形态是不一样的。刚性系杆作为构件的平面外支点，解决整体失稳的问题;而隅撑是防止受压翼缘的失稳，是控制局部失稳的问题。

　　对屋面梁来说，受压翼缘平面外稳定依靠檩条和隅撑形成的体系来保证，而刚性系杆的作用是维持梁按压弯构件考虑时整体平面外稳定。但由于一般计算中不考虑屋面梁的轴力，而看作是受弯构件，因此，可以认为檩条和隅撑起到了作为梁平面外支撑的作用，而刚性系杆这时可以作为一种安全储备。

　　门式刚架中柱式按压弯构件计算的，柱受压较大，所以对柱子而言，平面外支撑即刚性系杆很重要。但是柱子同时作为受弯构件，其受压翼缘的侧向稳定也不容忽视，所以作为压弯构件的柱，应该同时设置系杆和檩条+隅撑体系来保证其侧向稳定，单纯的用系杆或者檩条+隅撑来替代两者的共同作用是不行的。综上所述，刚性系杆可以作为平面外支撑，但是不能作为受压翼缘的侧向支撑。柱平面外计算长度应取刚性系杆间距。

　　4结语

　　门式刚架次结构设计是整个门式刚架设计的重要组成部分，本文讨论了如何设置拉条以保证檩条的稳定，隅撑的设置方法以及刚性系杆的平面外支撑作用，得出的结论可以作为门式刚架设计的参考，具有工程实际意义。

　　参考文献：

　　[1]陈友泉，魏潮文.门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.[2]童根树.钢结构的平面外稳定[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

　　[3]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015.北京：中国建筑工业出版社，2015.

　　[4]张其林.轻型门式刚架[M].济南：山东科学技术出版社，2004.

　　[5]中华钢结构论坛等.轻钢结构设计[M].北京：人民交通出版社，2008.

　　[6]胡宝琳等.轻型钢结构厂房的设计与研究[M].钢结构，2004(5).