黃佩兵，孫亞茹

(中國電建集團江西省水電工程局有限公司，江西 南昌 330096)

0 引 言

在鋼結構體系中，鋼支撐構件按重量計算占比雖然不大，結構形式也比較簡單，但其能保證主要受力構件的平面外穩(wěn)定和正常工作,增強鋼結構的整體穩(wěn)定性和空間剛度,并把縱向水平荷載及地震等作用力傳遞到主要受力構件上。在鋼結構安裝階段，鋼支撐構件(含臨時設置的纜風繩等)同樣起到保證主要受力構件及整體結構穩(wěn)定的作用。因此鋼支撐構件雖然不是主要受力構件，但其重要作用是不言而喻的。

然而，過去國內外發(fā)生的一些鋼結構質量安全事故說明了一個不容忽視的事實，在鋼結構工程設計、制作和安裝階段，鋼支撐構件的重要作用沒有得到應有的重視。根據國內外120起鋼結構典型事故統(tǒng)計分析可知，就事故破壞形式而言，鋼結構的失穩(wěn)事故所占比例為33%左右。對于事故原因，制作和安裝階段所占的比例最大，為49.2%。制作和安裝階段的連接質量差、鋼材質量低劣、支撐和結構剛度不足是引發(fā)事故最常見的原因[1]。因此，筆者就鋼支撐構件受力情況和在設計、制作與安裝階段存在的問題做了一些分析與探討。

1 鋼支撐構件分類及結構形式

在鋼結構體系中，鋼支撐構件一般分為水平支撐、垂直(柱間)支撐和系桿。一般情況下，水平支撐和垂直(柱間)支撐主要承擔縱向水平荷載作用，系桿主要承擔防止主要受力構件(如鋼梁、鋼柱和鋼桁架上、下弦桿等)平面外失穩(wěn)的任務。地震發(fā)生時，水平支撐、垂直支撐和系桿均承擔地震作用力。

水平支撐主要有交叉式，垂直支撐主要有交叉式、桁架形式和門式，系桿一般為直線形，門式剛架結構中的隅撐與檁條的組合體系、拉條可歸類為系桿的特殊形式。鋼支撐構件均由圓鋼、角鋼、鋼管、H型鋼等型鋼和鋼板制作而成，與主要構件之間通常采用螺栓連接，但有時也采用焊接方式連接。

2 鋼支撐構件的受力情況

水平支撐布置在鋼梁或鋼屋架上下弦的平面上，橫向水平支撐根據縱向荷載按水平桁架計算，縱向水平支撐一般在廠房配置有重級制或大噸位橋機的情況下設置。垂直(柱間)支撐的內力應根據該柱列所受縱向荷載按支承與柱腳基礎的豎向懸臂桁架計算，當同一柱列設有多道柱間支撐時，縱向力在支撐間可按均勻分布考慮[2]。門式剛架輕型房屋鋼結構中的交叉支撐和柔性系桿可按拉桿設計。

隅撐與檁條組合體系作為系桿時，隅撐應按軸心受壓構件設計，軸心力為：

式中：A為實腹斜梁被支撐翼緣的截面面積；f為實腹斜梁鋼材的強度設計值；fy為實腹斜梁鋼材的屈服強度；θ為隅撐與檁條軸線的夾角)。此時檁條兼做撐桿，當隅撐成對布置時，軸心力N可減半。

系桿分為剛性系桿和柔性系桿，柔性系桿可按拉桿設計。將梁(柱)的受壓翼緣視為軸心壓桿，用作減少梁(柱)受壓翼緣自由長度的側向支撐(系桿)，應能承受沿被撐構件屈曲方向的支撐力，其值按《鋼結構設計標準》(GB50017-2017)7.5.1條計算[3]。

3 各階段存在問題的分析

3.1 設計中的問題分析

一些工程技術人員對結構穩(wěn)定性概念的認識較為模糊，在鋼結構工程設計和施工中存在重視強度問題而忽視穩(wěn)定性問題的錯誤傾向。工程設計人員在設計中往往容易忽視支撐體系的科學合理布置，造成鋼結構整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求。

由于鋼支撐構件為非主要受力構件，一些設計人員認為受力簡單且很小，對結構荷載和受力情況估計不足，未認真進行詳細的受力計算。往往僅憑經驗對其進行設計，設計中容易出現節(jié)點連接形式不合理、節(jié)點描述不清楚、主次構件之間連接失效和支撐構件剛度不足等問題，這將為工程質量安全埋下隱患。

3.2 制造中的問題分析

在我國現行的鋼結構工程施工規(guī)范中，雖然有專門的條款對鋼材復檢進行了規(guī)定，但并未將鋼支撐構件等非主要受力構件所用材料納入必須復檢的鋼材范圍內。而工程參建各方也往往未關注此類材料的復檢工作，從而在原材料方面埋下了質量隱患。同時，由于很多鋼支撐構件所用材料為較小的型鋼，其生產廠家規(guī)模比較小，產品質量不穩(wěn)定。國內鋼材市場上的此類產品魚龍混雜，其外形尺寸和力學性能時常不符合規(guī)范要求，因此鋼支撐構件的質量很難從源頭上得到保障。

在制造階段，由于鋼支撐構件結構相對簡單，鋼結構制造廠容易忽視其制作質量，同時為降低制作成本，往往選用一些技能較差的裝配工和焊工從事鋼支撐構件的制作任務，結果容易造成構件焊縫質量和外形尺寸達不到設計和規(guī)范要求。因此，構件制作過程中容易產生較嚴重的初偏心、初彎曲和焊接殘余變形等缺陷。

此類外形尺寸缺陷對軸心受壓桿件的影響是相似的，造成桿件的臨界力小于理論上的歐拉力，缺陷嚴重時將顯著降低鋼支撐構件的承載力，給正常使用階段的鋼結構建筑帶來了重大的風險。

3.3 安裝中的問題分析

鋼結構在安裝的過程中，在形成穩(wěn)定的空間結構之前，屬于幾何可變體系，其穩(wěn)定性很差，必須借助相應的鋼支撐體系(或臨時設置的纜風繩等)以維持安裝過程中的穩(wěn)定性，否則極易發(fā)生主構件失穩(wěn)或支座部位失效的情況，從而引起鋼結構體系整體倒塌和傾覆事故。

在安裝階段，雖然經過層層審批的施工方案能滿足工程質量和安全方面的要求，但施工單位往往忽視技術方案的交底和落實。在趕工期和加快進度降低成本的情況下，容易發(fā)生施工過程中不及時安裝必要的支撐構件的現象，未布置足夠數量的(臨時)支撐結構，從而導致整體結構處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在風荷載等外力作用下就容易發(fā)生鋼結構大面積坍塌事故。

4 改進措施

針對支撐構件在各階段存在的問題，提出以下建議。

(1) 工程設計時,應充分考慮鋼結構體系的特點，預測所有可能發(fā)生的荷載和受力情況，對鋼支撐構件的受力進行詳細的計算。選擇合理的布置方式和節(jié)點連接形式，盡量避免采用通用節(jié)點，以防節(jié)點適用性差和主次構件之間連接失效等問題。同時從設計上明確材料復檢要求。

(2) 制造階段，生產廠家在采購時應嚴把材料質量關，材料進場后要及時復檢，避免不合格材料流入到后續(xù)生產過程中。加強加工人員的技能培訓和考核，合理配置人力資源，使加工人員的技能得到保證。同時加強產品制作過程的質量控制，避免質量缺陷進入下道工序。

(3) 安裝階段，鋼結構安裝企業(yè)應因地制宜地制定科學、合理的施工方案，逐級進行技術交底，同時加強施工方案實施階段的監(jiān)督檢查，真正將其落實到位，避免施工方案“兩張皮”現象的產生。

5 結 語

鋼支撐雖然不是主要受力構件，但其在鋼結構受力體系中起著非常重要的作用，并不是可有可無的部分。在安裝和使用階段，其扮演的角色無法被其它構件替代。因此，在鋼支撐構件的設計、制造和安裝環(huán)節(jié)，設計單位、生產廠家和施工單位應給予高度重視，層層把關，才能確保鋼支撐構件發(fā)揮其應有的作用，從而確保鋼結構體系的整體穩(wěn)定性和安全。