隅撑对檩条受力的影响分析

裴阳，朱玉林，邓文锋 （安徽中亚钢结构工程有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

在门式刚架结构中，为保证刚架梁受压下翼缘的稳定，一般会在刚架梁下翼缘处设置隅撑作为侧向支承点，隅撑的另一端通常连接在檩条上[1]，如图1所示。因此，隅撑会对檩条的受力产生一定影响，然而现行规范中并没有明确提出该如何考虑这种影响，在以往工程中为了简化檩条设计，提高效率，往往也会对此选择忽略。但这种影响毕竟是客观存在的，出于安全考虑，也应该引起重视，因此很多学者或钢结构从业人员都对此进行了相关的研究。文献[2]中，作者通过算例分析，分别讨论了单面隅撑和双面隅撑对简支檩条产生的作用，指出考虑隅撑作用的简支檩条与常规檩条相比内力变化较大，常规设计偏不安全。文献[3][4]分析了隅撑对连续檩条的作用，指出隅撑对檩条产生的纵向轴力对其受力不利，但隅撑对檩条的支承作用能减小檩条的跨度，有效降低檩条弯矩。文献[5]中较为全面地分析了隅撑对檩条的作用，指出双侧布置隅撑对连续檩条弯矩减小不明显，对简支檩条弯矩减小较为明显；而单侧布置隅撑时将使檩条弯矩增大，尤其对简支檩条非常明显。综上，鉴于简支檩条设计简单、施工方便，在实际工程中应用较多，且通过相关文献可知隅撑对简支檩条影响较大，因此本文以带隅撑的简支檩条为研究对象，分析隅撑对檩条受力产生的影响。

图1 带隅撑檩条

1 隅撑对檩条产生的作用分析

隅撑一般通过椭圆孔和螺栓与檩条相连，檩条的椭圆孔直径通常会大于螺栓致使螺栓在水平方向会有一定侧移，但竖向却没有，因此隅撑对于檩条来说相当于一个铰支座[8]。此外，当刚架梁出现失稳倾向时，其受压下翼缘处会产生一水平力P，P使隅撑受拉或受压从而对檩条产生附加力。隅撑在刚架梁的受压下翼缘处既可以双侧布置，也可以单侧布置，因此对于多跨的简支连续檩条，其受力情况如图2所示。

图2 （b）单侧布置隅撑

由图可知，双侧布置檩条时，可形成隅撑-檩条支撑体系，对檩条能够起到支承作用，此时檩条不再是简支檩条，而变成了多跨连续檩条，可以减小檩条的计算跨度，同时在竖向荷载作用下，隅撑附近区域会产生负弯矩，能有效降低檩条的跨中正弯矩，且由于水平力P的作用，隅撑会对檩条产生附加作用力。单侧布置隅撑时，此时不能形成有效的隅撑-檩条支撑体系，无法对檩条提供有效支承，因此仅对檩条产生附加作用力。

2 考虑隅撑作用的檩条受力分析

由第1节分析可知，隅撑对檩条有支承作用，同时也对檩条产生附加作用力。由于每道刚架梁的失稳倾向不同，导致隅撑所受水平力P也比较难确定，其方向、大小主要跟刚架梁的初始缺陷、截面尺寸以及隅撑-檩条系统的整体刚度有关。因此，可依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》8.4.2条规定，隅撑按轴心受力构件设计，其轴力设计值为：

但该公式的隅撑轴力是根据满足被支撑构件的轴压力确定的，以此计算隅撑对檩条产生的附加作用力应该偏大，因此对其进行折减[9]，

故取：

其中A为被支撑翼缘的截面面积（mm2）；f为被支撑翼缘钢材的抗压强度设计值（N/mm2）；θ为隅撑与檩条轴线的夹角（°）；同时考虑到刚架梁的失稳方向不确定，导致隅撑可能受拉，也可能受压。因此，檩条所受隅撑的附加力主要应该考虑以下几种情况：①两端受压（见图3a）；②两端受拉（见图3b）；③一端受拉，一端受压（见图3c）[10]。

图3 （c）一端受拉,一端受压

檩条所受附加力可分解为竖向力和水平力，水平力对檩条设计影响不大，可不予考虑。竖向分力若向下则使檩条上翼缘受压，下翼缘受拉，与常规檩条在竖向荷载作用下截面受力情况一致，二者叠加可能加大跨中弯矩，对檩条不利；竖向分力若向上则使檩条下翼缘受压，上翼缘受拉，减小檩条跨中弯矩，但同时会在隅撑附近产生负弯矩。

因此，根据上述分析，由于隅撑的存在，檩条按常规的简支设计进行强度及稳定性验算不一定是安全的，应对隅撑作用加以考虑，以下通过算例对带隅撑的檩条进行相关验算。

3 算例

取简支檩条 C200×70×20×2.5，跨度6m，负荷宽度1.5m，屋面坡度为1：10，刚架梁规格为H600×250×8×12，隅撑规格为L50×4.0，倾角45°，均为Q235B级钢。檩条净截面系数取0.85。压型钢板能约束檩条上翼缘失稳，檩条下翼缘不设置拉条。荷载工况：静载取0.2kN/m2（含檩条自重），活载为0.5kN/m2，均为标准值。考虑到风吸力作用下，风荷载能够抵消部分竖向荷载，不起控制作用。因此对檩条计算时，采用1.2静+1.4活为控制组合进行受力分析，其强度、稳定性计算按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》进行[7]，计算结果如下：

经过计算分析，考虑隅撑影响时，跨中正弯矩明显降低，挠度为1.75mm，远小于表1中的17mm；最大应力强度出现在隅撑负弯矩区，应力大小为61.78MPa。可见考虑隅撑作用的檩条受力情况与常规设计相差较大。

常规檩条计算结果 表1

考虑隅撑作用的檩条计算结果 表2

4 结论

隅撑对檩条受力会产生一定影响，其中单侧布置的隅撑对檩条仅产生附加力；双侧布置的隅撑不仅对檩条产生附加力，还起到支承作用。考虑隅撑的檩条其受力分析与常规檩条分析相差很大，尤其是单侧布置隅撑的檩条，其受附加力影响对檩条受力不利。因此,出于安全考虑,主梁受压翼缘,采用双侧布置隅撑的比较好，至于在端头的刚架处,只能单侧布置隅撑,可考虑到端头的主梁受力小一些,端跨的檩条厚度取大一些,以补偿单侧隅撑的不足。此外，檩条与隅撑在螺栓连接处应力极大，而檩条腹板往往很薄难以承受，容易在该处发生破坏，文献[11]中对此有所探究。

综上所述，考虑隅撑作用的简支檩条设计实属必要，但过程较为繁琐，且P的值难以确定，因此如何简化考虑隅撑作用的简支檩条设计还需要进一步研究。