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(jié)構(gòu)工程有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

在門式剛架結(jié)構(gòu)中，為保證剛架梁受壓下翼緣的穩(wěn)定，一般會在剛架梁下翼緣處設(shè)置隅撐作為側(cè)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(chǎn)生一定影響，然而現(xiàn)行規(guī)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(shè)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(yīng)該引起重視，因此很多學者或鋼結(jié)構(gòu)從業(yè)人員都對此進行了相關(guān)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(chǎn)生的作用，指出考慮隅撐作用的簡支檁條與常規(guī)檁條相比內(nèi)力變化較大，常規(guī)設(shè)計偏不安全。文獻[3][4]分析了隅撐對連續(xù)檁條的作用，指出隅撐對檁條產(chǎn)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(cè)布置隅撐對連續(xù)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(cè)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(shè)計簡單、施工方便，在實際工程中應(yīng)用較多，且通過相關(guān)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(chǎn)生的影響。

圖1 帶隅撐檁條

1 隅撐對檁條產(chǎn)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(cè)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(xiàn)失穩(wěn)傾向時，其受壓下翼緣處會產(chǎn)生一水平力P，P使隅撐受拉或受壓從而對檁條產(chǎn)生附加力。隅撐在剛架梁的受壓下翼緣處既可以雙側(cè)布置，也可以單側(cè)布置，因此對于多跨的簡支連續(xù)檁條，其受力情況如圖2所示。

圖2 （b）單側(cè)布置隅撐

由圖可知，雙側(cè)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(xù)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(qū)域會產(chǎn)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(chǎn)生附加作用力。單側(cè)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(chǎn)生附加作用力。

2 考慮隅撐作用的檁條受力分析

由第1節(jié)分析可知，隅撐對檁條有支承作用，同時也對檁條產(chǎn)生附加作用力。由于每道剛架梁的失穩(wěn)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(tǒng)的整體剛度有關(guān)。因此，可依據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》8.4.2條規(guī)定，隅撐按軸心受力構(gòu)件設(shè)計，其軸力設(shè)計值為：

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

故?。?/p>

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(shè)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(wěn)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(yīng)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(shè)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(guī)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(chǎn)生負彎矩。

因此，根據(jù)上述分析，由于隅撐的存在，檁條按常規(guī)的簡支設(shè)計進行強度及穩(wěn)定性驗算不一定是安全的，應(yīng)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(guān)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(guī)格為H600×250×8×12，隅撐規(guī)格為L50×4.0，傾角45°，均為Q235B級鋼。檁條凈截面系數(shù)取0.85。壓型鋼板能約束檁條上翼緣失穩(wěn)，檁條下翼緣不設(shè)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?？紤]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(wěn)定性計算按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》進行[7]，計算結(jié)果如下：

經(jīng)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(yīng)力強度出現(xiàn)在隅撐負彎矩區(qū)，應(yīng)力大小為61.78MPa?？梢娍紤]隅撐作用的檁條受力情況與常規(guī)設(shè)計相差較大。

常規(guī)檁條計算結(jié)果 表1

考慮隅撐作用的檁條計算結(jié)果 表2

4 結(jié)論

隅撐對檁條受力會產(chǎn)生一定影響，其中單側(cè)布置的隅撐對檁條僅產(chǎn)生附加力；雙側(cè)布置的隅撐不僅對檁條產(chǎn)生附加力，還起到支承作用?？紤]隅撐的檁條其受力分析與常規(guī)檁條分析相差很大，尤其是單側(cè)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(cè)布置隅撐的比較好，至于在端頭的剛架處,只能單側(cè)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(cè)隅撐的不足。此外，檁條與隅撐在螺栓連接處應(yīng)力極大，而檁條腹板往往很薄難以承受，容易在該處發(fā)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(shè)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(shè)計還需要進一步研究。