王立

在鋼結(jié)構(gòu)的工程史上，不乏因失穩(wěn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失承載能力的事故，這些事故都造成了很大的經(jīng)濟損失，其中一些還造成嚴重的人身傷亡事故。

鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)僅是平面外失穩(wěn)，鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定即為鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定。鋼結(jié)構(gòu)平面外的計算長度，一般取側(cè)向支撐點的距離，鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定取決于鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定系數(shù)，整體穩(wěn)定系數(shù)包含計算長度、兩端約束情況、荷載作用等因素[1]。

1.隅撐的認識

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中隅撐（如圖1）分為墻面隅和屋面隅撐。墻面隅撐是指鋼柱與墻面檁條之間的支撐構(gòu)件，一端鋼柱內(nèi)側(cè)翼緣連接，另一端連接在墻面檁條上。屋面隅撐是指鋼梁與屋面檁條之間的支撐構(gòu)件，一端與鋼梁下翼緣連接，另一端連接在屋面檁條上。隅撐通常為成對布置，山墻處剛架或門框柱處僅布置一側(cè)。隅撐一般用角鋼制作，隅撐與檁條的角度通常為40°～50°，隅撐在檁條上的支撐點位置通常在檁條形心線附近。隅撐與檁條采用普通螺栓連接，隅撐與鋼柱或鋼梁連接時，可以在鋼柱或鋼梁上焊連接板，然后隅撐的腹板與連接板采用普通螺栓連接，也可以用隅撐的翼緣直接與鋼柱或鋼梁的翼緣、腹板采用普通螺栓連接[2]。

圖1 隅撐連接大樣

2.隅撐的作用

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中鋼梁上翼緣和鋼柱外側(cè)翼緣有均勻布置的檁條，檁條上安裝著屋面板、墻面板，此時可以認為鋼梁上翼緣和鋼柱外側(cè)翼緣的側(cè)向位移無法產(chǎn)生，但是整個截面還可以發(fā)生繞鋼梁上翼緣和鋼柱外側(cè)翼緣側(cè)向支承點的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。在鋼梁下翼緣和鋼柱內(nèi)側(cè)翼緣受壓時，鋼梁或鋼柱可能發(fā)生繞定點軸的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)[3]。

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中的隅撐保證了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面外的穩(wěn)定性，減小鋼柱、鋼梁平面外的計算長度，防止了受壓翼緣（梁下翼緣和柱的內(nèi)側(cè)翼緣）屈曲失穩(wěn)。

3.隅撐的布置及設(shè)計要求

在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[4]中規(guī)定：主剛架斜梁翼緣和剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣的平面外穩(wěn)定應(yīng)由剛性系桿或隅撐保證，當實腹式門式剛架的梁、柱翼緣受壓時，應(yīng)在受壓翼緣側(cè)布置隅撐。隅撐按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計，隅撐能夠承受被支撐翼緣（受壓翼緣）局限軸力設(shè)計值的1/60，該壓力由左右兩隅撐共同承受，并分解到隅撐方向。隅撐在檁條上的支承點位置不低于檁條形心線。對需要進行地震作用組合效應(yīng)驗算的剛架，當?shù)卣鹱饔眯?yīng)起控制作用時，在檐口或中柱的兩側(cè)三個檁距范圍內(nèi)，每道檁條處屋面梁均雙側(cè)布置隅撐，邊柱的檐口墻檁處也均雙側(cè)布置隅撐。

在以前的設(shè)計中設(shè)計人員通常將鋼梁、鋼柱的平面外計算長度取兩倍的檁條間距，這是不對的，在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[4]已有詳細說明，本文不再贅述。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[5]中規(guī)定“隅撐支撐的梁的計算長度不小于2 倍隅撐間距”。

4.工程算例對比及分析

工程概況及參數(shù)：某單層工業(yè)廠房，結(jié)構(gòu)形式為門式剛架，地震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組；建筑抗震設(shè)防類別劃分為標準設(shè)防類；基本風壓WO=0.4KN/m2,地面粗糙度：B 類；建筑場地類別為Ⅱ類；特征周期為0.35s；結(jié)構(gòu)的阻尼比0.05，檐口高度為8m，跨度取18m 計算，柱距取6m、8m、10m、12m 分別計算，檁條間距取1m、1.5m 分別計算。每道檁條均設(shè)置隅撐，平面外計算長度均取2 倍隅撐間距。主剛架材質(zhì)Q235B，檁條材質(zhì)Q345B。

現(xiàn)通過隅撐支撐剛架的彈性屈曲臨界彎矩（取兩倍檁距作為計算長度）作為斜梁的臨界彎矩反算斜梁平面外計算長度（見表1），隅撐支撐鋼架的彈性屈曲臨界彎矩公式：

表1 （計算跨度18m）

斜梁的臨界彎矩公式：

e 為隅撐在鋼梁上的支撐點到檁條形心垂直距離，β 為隅撐與檁條連接點至主梁的距離與檁條跨度的比值，Ip為檁條截面繞強軸的慣性矩，lp為檁條跨度，lkk為隅撐的間距，e1為鋼梁截面的剪心到檁條形心的距離，I1為未連接檁條的翼緣繞弱軸的慣性矩，I 為與檁條連接的翼緣繞弱軸的慣性矩，h 為大端截面上下翼緣中面間的距離，J 為大端截面自由扭轉(zhuǎn)常數(shù)，Iω為大端截面的翹曲慣性矩，Iy為鋼梁繞弱軸的慣性矩，L為鋼梁平面外計算長度。

通過上述計算實例可以看出，鋼梁翼緣越大、繞弱軸慣性矩越大，或檁條繞強軸慣性矩越小，檁條－隅撐體系的約束作用相對比較小，彈性屈曲臨界彎矩相對也比較小，等效換算的計算長度就越難滿足2 倍兩倍隅撐間距；剛架中鋼梁翼緣越小、繞弱軸慣性矩越小，或檁條繞強軸慣性矩越大，檁條－隅撐體系的約束作用相對比較大，彈性屈曲臨界彎矩相對也比較大，等效換算的計算長度越容易滿足兩倍隅撐間距；隅撐間距越小，等效換算的計算長度就越難滿足兩倍隅撐間距。

5.結(jié)論

通過上述計算實例可以看出剛架平面外計算長度取兩倍隅撐間距不是絕對的。設(shè)計者在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合鋼梁、鋼柱的平面外慣性矩與檁條平面內(nèi)慣性矩、檁條間距、檁條偏心距等因素提前評估剛架平面外計算長度，以免因剛架平面外計算長度選取失誤造成剛架平面外失穩(wěn)。