隅撐對檁條受力的影響分析

裴陽，朱玉林，鄧文鋒 （安徽中亞鋼結構工程有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

在門式剛架結構中，為保證剛架梁受壓下翼緣的穩定，一般會在剛架梁下翼緣處設置隅撐作為側向支承點，隅撐的另一端通常連接在檁條上[1]，如圖1所示。因此，隅撐會對檁條的受力產生一定影響，然而現行規范中并沒有明確提出該如何考慮這種影響，在以往工程中為了簡化檁條設計，提高效率，往往也會對此選擇忽略。但這種影響畢竟是客觀存在的，出于安全考慮，也應該引起重視，因此很多學者或鋼結構從業人員都對此進行了相關的研究。文獻[2]中，作者通過算例分析，分別討論了單面隅撐和雙面隅撐對簡支檁條產生的作用，指出考慮隅撐作用的簡支檁條與常規檁條相比內力變化較大，常規設計偏不安全。文獻[3][4]分析了隅撐對連續檁條的作用，指出隅撐對檁條產生的縱向軸力對其受力不利，但隅撐對檁條的支承作用能減小檁條的跨度，有效降低檁條彎矩。文獻[5]中較為全面地分析了隅撐對檁條的作用，指出雙側布置隅撐對連續檁條彎矩減小不明顯，對簡支檁條彎矩減小較為明顯；而單側布置隅撐時將使檁條彎矩增大，尤其對簡支檁條非常明顯。綜上，鑒于簡支檁條設計簡單、施工方便，在實際工程中應用較多，且通過相關文獻可知隅撐對簡支檁條影響較大，因此本文以帶隅撐的簡支檁條為研究對象，分析隅撐對檁條受力產生的影響。

圖1 帶隅撐檁條

1 隅撐對檁條產生的作用分析

隅撐一般通過橢圓孔和螺栓與檁條相連，檁條的橢圓孔直徑通常會大于螺栓致使螺栓在水平方向會有一定側移，但豎向卻沒有，因此隅撐對于檁條來說相當于一個鉸支座[8]。此外，當剛架梁出現失穩傾向時，其受壓下翼緣處會產生一水平力P，P使隅撐受拉或受壓從而對檁條產生附加力。隅撐在剛架梁的受壓下翼緣處既可以雙側布置，也可以單側布置，因此對于多跨的簡支連續檁條，其受力情況如圖2所示。

圖2 （b）單側布置隅撐

由圖可知，雙側布置檁條時，可形成隅撐-檁條支撐體系，對檁條能夠起到支承作用，此時檁條不再是簡支檁條，而變成了多跨連續檁條，可以減小檁條的計算跨度，同時在豎向荷載作用下，隅撐附近區域會產生負彎矩，能有效降低檁條的跨中正彎矩，且由于水平力P的作用，隅撐會對檁條產生附加作用力。單側布置隅撐時，此時不能形成有效的隅撐-檁條支撐體系，無法對檁條提供有效支承，因此僅對檁條產生附加作用力。

2 考慮隅撐作用的檁條受力分析

由第1節分析可知，隅撐對檁條有支承作用，同時也對檁條產生附加作用力。由于每道剛架梁的失穩傾向不同，導致隅撐所受水平力P也比較難確定，其方向、大小主要跟剛架梁的初始缺陷、截面尺寸以及隅撐-檁條系統的整體剛度有關。因此，可依據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》8.4.2條規定，隅撐按軸心受力構件設計，其軸力設計值為：

但該公式的隅撐軸力是根據滿足被支撐構件的軸壓力確定的，以此計算隅撐對檁條產生的附加作用力應該偏大，因此對其進行折減[9]，

故取：

其中A為被支撐翼緣的截面面積（mm2）；f為被支撐翼緣鋼材的抗壓強度設計值（N/mm2）；θ為隅撐與檁條軸線的夾角（°）；同時考慮到剛架梁的失穩方向不確定，導致隅撐可能受拉，也可能受壓。因此，檁條所受隅撐的附加力主要應該考慮以下幾種情況：①兩端受壓（見圖3a）；②兩端受拉（見圖3b）；③一端受拉，一端受壓（見圖3c）[10]。

圖3 （c）一端受拉,一端受壓

檁條所受附加力可分解為豎向力和水平力，水平力對檁條設計影響不大，可不予考慮。豎向分力若向下則使檁條上翼緣受壓，下翼緣受拉，與常規檁條在豎向荷載作用下截面受力情況一致，二者疊加可能加大跨中彎矩，對檁條不利；豎向分力若向上則使檁條下翼緣受壓，上翼緣受拉，減小檁條跨中彎矩，但同時會在隅撐附近產生負彎矩。

因此，根據上述分析，由于隅撐的存在，檁條按常規的簡支設計進行強度及穩定性驗算不一定是安全的，應對隅撐作用加以考慮，以下通過算例對帶隅撐的檁條進行相關驗算。

3 算例

取簡支檁條 C200×70×20×2.5，跨度6m，負荷寬度1.5m，屋面坡度為1：10，剛架梁規格為H600×250×8×12，隅撐規格為L50×4.0，傾角45°，均為Q235B級鋼。檁條凈截面系數取0.85。壓型鋼板能約束檁條上翼緣失穩，檁條下翼緣不設置拉條。荷載工況：靜載取0.2kN/m2（含檁條自重），活載為0.5kN/m2，均為標準值。考慮到風吸力作用下，風荷載能夠抵消部分豎向荷載，不起控制作用。因此對檁條計算時，采用1.2靜+1.4活為控制組合進行受力分析，其強度、穩定性計算按《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》進行[7]，計算結果如下：

經過計算分析，考慮隅撐影響時，跨中正彎矩明顯降低，撓度為1.75mm，遠小于表1中的17mm；最大應力強度出現在隅撐負彎矩區，應力大小為61.78MPa。可見考慮隅撐作用的檁條受力情況與常規設計相差較大。

常規檁條計算結果 表1

考慮隅撐作用的檁條計算結果 表2

4 結論

隅撐對檁條受力會產生一定影響，其中單側布置的隅撐對檁條僅產生附加力；雙側布置的隅撐不僅對檁條產生附加力，還起到支承作用。考慮隅撐的檁條其受力分析與常規檁條分析相差很大，尤其是單側布置隅撐的檁條，其受附加力影響對檁條受力不利。因此,出于安全考慮,主梁受壓翼緣,采用雙側布置隅撐的比較好，至于在端頭的剛架處,只能單側布置隅撐,可考慮到端頭的主梁受力小一些,端跨的檁條厚度取大一些,以補償單側隅撐的不足。此外，檁條與隅撐在螺栓連接處應力極大，而檁條腹板往往很薄難以承受，容易在該處發生破壞，文獻[11]中對此有所探究。

綜上所述，考慮隅撐作用的簡支檁條設計實屬必要，但過程較為繁瑣，且P的值難以確定，因此如何簡化考慮隅撐作用的簡支檁條設計還需要進一步研究。