Research Findings | 研究成果 |
·13·
（西安欧亚学院，陕西 西安 710065）
摘 要：门式轻型钢结构具有自重轻、强度高、承载力大等特点，通常将隅撑设置在钢梁或钢柱的受压翼缘部位，用以发挥支撑作用，提高构件平面外的稳定性。文章概述了门式轻型钢结构隅撑的计算参数设置，并围绕隅撑设计、算例检验、受力性能分析三个层面，探讨了门式轻型钢结构的隅撑设计及其受力分析，以供参考。关键词：门式轻型钢结构；隅撑设计；受力分析中图分类号：TU392.5 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）16-0013-02 作者简介：李强（1977—），女，博士，讲师，研究方向：轻钢结构。
1 隅撑的计算参数设置
1.1 计算参数设置
基于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》布置单
隅撑或对称布置双隅撑，分别围绕钢梁扭转、恒载工况、风载工况进行隅撑的受力分析，其中在钢梁柱节点位置的隅撑所受到的压力最大，其次是位于跨中位置的隅撑所受到的压力。依据轴心受压杆件进行隅撑设计，其轴力的计算公式： （1）
式中：S 为钢梁受压翼缘的截面面积，f 为所用钢材
强度设计值，f y 为钢材的屈服强度，θ为腹板与隅撑间的夹角度数。
针对呈对称布置的双隅撑结构，应采用减半方式进行隅撑轴力的计算。针对部分跨度较大、截面高度较高的钢梁，可通过设置隅撑增强结构的稳定性；针对部分翼缘宽厚比较大、所选钢材为Q345的钢梁，由于其隅撑轴力数值较大，因此还需结合檩条壁厚、螺栓抗剪与局部承压进行隅撑结构的优化设计，以起到良好的支撑作用。1.2 设计要点 （1
电触点）隅撑的位置与间距设计。通常选择在檐口、门式刚架斜梁、柱内翼缘交点处进行隅撑设置，在综合考虑到钢梁扭转、恒载、风载等不同工况条件下的内力变化情况，应对全梁设置隅撑。在隅撑的间距设置上，应确保其不超过受压翼缘宽度的
倍，通常轻钢厂房
内将檩条间距设为1500mm ，对此应针对梁跨L/4处围绕每根檩条进行隅撑设置，针对梁跨中部的L/2处采用每隔一根檩条进行隅撑设置，以此满足钢梁平面外稳定要求。（2）隅撑与檩条的配合设计。通常檩条属于双向受弯构件，隅撑的设置将对其竖向承载起到辅助作用，但一定程度上也会导致檩条内部形成轴向压力，使檩条受力模型转化为压弯构件。鉴于檩条主要由2～3mm 钢板冷弯成型，其自
身的高厚比、隅撑的轴向压力、螺栓抗剪等因素均会影响到檩条的局部承压情况，对此还需着重优化隅撑与檩条的配合设计，保障隅撑的支撑效果。（3）隅撑连接孔设计。部分企业为节约安装工序耗时，选取长圆孔进行隅撑连接孔的设计，然而长圆孔一定程度上将削弱隅撑的支撑力，在进行隅撑连接孔设计时还需综合考虑到施工精度要求、安装便捷性及隅撑受力特点等因素，优化隅撑设计。（4）隅撑穿越下层钢板的设计。
部分施工条件下，隅撑需穿过现场复合屋面的下层钢板，檩条位于上下两层压型钢板之间，其中填充了一定量的保温棉。通常可采用以下两种方法进行隅撑设计：其一是先针对屋面底层钢板进行施工，随后进行隅撑设置，在钢板处设三角形缺口便于隅撑穿过；其二是选取连接钢板固定在檩条的一侧，使其下端伸出底层屋面板，实现与隅撑的有效连接，使隅撑得以顺利通过。
2 门式轻型钢结构的隅撑设计及其受力
2.1 隅撑设计
针对门式轻型钢结构屋面梁的受压翼缘进行隅撑设计，以起到侧向支撑作用。在此过程中需考虑到檩条刚
度的影响，使隅撑承担压杆的平面外约束，其刚度应不小于k 1，计算公式：
gps信号放大器（2）
式中：N l 为轴向压力，I 为支撑间距，d 0与d 为杆件挠度。
针对长度为
l 的单柱设m 道支撑，且各支撑的间距相等，则不同支撑点处的支撑力计算公式：
（
3）
为判断能否运用隅撑作为钢柱受压翼缘的侧向支
撑，可通过计算门式轻型钢结构的最小刚度与受压翼缘
水平侧向力进行验证，其计算公式：
（4） （5）
此外，为确保隅撑能够有效运用于受压翼缘的侧向支撑，还可采用以下三种方法进行隅撑设计：其一
是增加隅撑或檩条的高度、厚度，使其截面尺寸扩大，以此提高结构刚度，但该方法耗材较多，难以有效提高结构刚度；其二是增设桁架进行处理，但该方法存在耗材较多、成本高、工序复杂等特点；其三是采用摇摆支撑法，围绕钢梁底部翼缘与相邻梁顶部翼缘间构建交叉支撑体系，起到对整体梁结构的侧向支撑作用，利用刚性系杆使侧向力传递至圆钢处，在提高侧向支撑力的同时还具有节约耗材、提高刚度等作用。2.2 算例检验
自动投篮机
现选取某门式轻型钢结构建筑作为实例，拟分析隅撑设计能否起到屋面梁侧向支撑作用，并通过实际计算予以检验。以某双坡门式刚架为例，其规格尺寸为61m ×110m ×6.1m ，屋脊线与檐口的间距为30.5m ，该建筑结构所承受的荷载包含以下四种，分别为恒载2019年第16期
点位置的弯矩为1209.1kN·m、梁高为1.145m、跨度范围内支撑点共有7个，则最小刚度的计算结果：β=4×（1209.1÷1.145）×1.17×1.0÷7.625≈648.1kN·m。
再将相关参数代入到受压翼缘的水平侧向力计算公式中，其计算结果：F br=0.008×1.17×1.0×1209.1÷1.1
45=9.88kN。
工艺钟表通过观察计算结果可以看出，该隅撑设计能够良好满足门式轻型钢结构的刚度与强度要求，设计方案具备较强可行性。同时，为进一步强化隅撑的强度与刚度设计，还需明确以下两项要点：其一是在梁两侧进行隅撑的设置，用以分担受压翼缘的侧向力；其二是增大翼缘支撑形心线与工字钢腹板之间的夹角，通常应将夹角控制在30～60°，以45°为最佳。在该门式轻型钢结构中翼缘处隅撑的轴向力为6.99kN，由此计算出其檩条的边跨、中间跨分别为Z292×3.0、Z292×2.1，选取φ12的C级普通螺栓进行檩条与翼缘处隅撑的连接。
在进行隅撑设计时还需要综合考虑到檩条的刚度与强度，该门式轻型钢结构中檩条的最小刚度为648.1kN/m，且隅撑与屋面梁腹板的夹角为45°，选取在屋面梁两侧进行隅撑的设计，则隅撑与檩条的连接部位处最大允许的竖向位移为7.61mm，由于该处竖向变形为9.1mm，檩条刚度无法满足支撑要求，因此需采用摇摆支撑法进行隅撑与檩条的设计，起到对屋面梁的侧向支撑作用。在检验檩条的强
度时，首先需要综合分析隅撑所承受的荷载力，在综合考虑恒荷载、雪荷载、附加荷载的基础上，还需要兼顾由轴向力作用于檩条上的3个4.94kN的竖向力；其次需要针对檩条与屋面梁连接部位的受剪、承压情况进行计算；最后还需计算出在轴向力与竖向力共同作用下檩条所承受的压弯承载力。
针对运用摇摆支撑法下隅撑的刚度、强度进行计算，采用φ12圆钢提供22.3kN的受拉承载力，进而计算出摇摆支撑的刚度为2000.5kN/m，该数值大于648.1kN/m，由此可以判断出φ12圆钢提供的刚度、强度满足结构设计要求。
2.3 受力性能
利用ANSYS软件针对不同工况下隅撑的受力情况建立有限元分析模型，选取SOLID187单元，钢材弹性模量为2.06×105MPa，分别围绕竖向荷载与水平荷载两种情况进行受力性能的对比分析。
（1）竖向荷载。选取恒载与活载两种荷载作为竖向荷载力，通过观察门式轻型钢结构的跨中竖向荷载与梁的竖向挠度获取荷载-位移曲线，倘若斜梁变形程度大于标准值的2.5倍、柱顶侧移与高度比值超出标准值1.5倍，则说明该结构遭到破坏。
从弹性分析角度入手，当门式刚架结构的荷载-位移曲线到达位移为-175、荷载为-6一点时，其荷载因子的数值为2.05，门式刚架结构即处于弹性临界状态下；当加设有隅撑的门式刚架到达位移为-175、
荷载为-8一点时，其荷载因子的数值为3.08，设有隅撑的门式刚架达到弹性临界状态。从中可以看出，设有隅撑的门式整体结构的刚度明显提高。
从极限承载分析角度入手，当门式刚架结构的荷载-位移曲线到达位移为-225、荷载为-7.5一点时，其荷载因子的数值为2.67，此时门式刚架结构到达临界状态，应力分布不均，大部分区域进入到屈服状态下，但设有隅撑的门式刚架仍保持弹性工作状态。当设有隅撑的门式刚架到达位移为-225、荷载为1一点时，其荷载因子的数值为3.76，此时设有隅撑的结构处于临界状态，但应力在各节点处仍处于均匀分布状态下，其高峰应力主要出现在隅撑与梁柱连接部位，在荷载不断增加的情况下，其塑性区将逐渐迁移至柱腹板处，致使柱截面进入到屈服状态。
（2）水平荷载。从弹性分析角度入手，当门式刚架的荷载-位移曲线到达位移为-50、荷载为-6一点时，其荷载因子为2.09，此时门式刚架处于临界状态；当设有隅撑的门式刚架到达位移为-75、荷载为-7一点时，荷载因子为2.49，结构到达临界状态。在此阶段，设有隅撑的门式刚架应力呈现为均匀分布状态，且其跨中挠度与柱顶位移要小于普通门式刚架，结构刚度得到显著提高。
从极限承载分析角度入手，当门式刚架的荷载-位移曲线到达位移为-200、荷载为-8一点时，其荷载因子为2.97，结构到达临界状态，而此时设有隅撑的门式刚架则刚进入到塑性阶段；当设有隅撑的门式刚架到达位移为-200、荷载为1一点时，其荷载因子为3.6，此时该结构进入到临界状态，但其各节点
处所受应力仍处于均匀分布状态下，虽然柱两侧翼缘及梁下翼缘处呈现为高应力大面积分布形势，但截面并未完全屈服，并且其结构仍允许加载，当荷载持续变大时，在隅撑与梁柱的连接部位即会出现高应力区域范围持续向腹板延伸的情况，直至整体截面均处于塑性状态。由此可以看出，针对门式刚架进行隅撑设计，可以使结构的弹性承载力、极限承载力、抗侧刚度及竖向刚度得到显著提高，且结构内部的应力处于均匀状态下，从而促使整体门式刚架结构的刚度、承载力得到有效提高。微孔抛光镜面加工
3 结束语
总而言之，作为门式轻型钢结构建筑中的重要构件之一，隅撑在支撑钢柱受压翼缘、控制钢梁变形程度等方面发挥了关键作用，对此还应当结合特定位置、受力特点进行隅撑选型与设计，并结合工程实例进行隅撑设计实效性的检验，以此提高门式刚架结构的强度与承载力，从而进一步优化门式轻型钢结构建筑的经济性能与实用性能。
参考文献：
[1]苏刊，班明霞.浅谈门式刚架轻型房屋钢结构结构设计[J].
四川建材,2016,42(8):62-63+68.
[2]章军.门式刚架轻型房屋钢结构基础的设计与研究[D].北
京：清华大学,2004.
线性排水沟施工图
[3]张扬.轻型门式刚架钢结构厂房分析及轻量化设计探讨
[J].住宅与房地产,2017(17):120.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议