1、（），关于门式刚架斜梁平面外计算长度的探讨付占明（东北大学设计研究院建筑分院 ，沈阳）摘要 ：门式刚架中梁的平面外计算长度 ，在现行规程中无明确规定 。对梁平面外计算长度的几种取法进行简单回顾 ，认为屋面横向支撑的相应位置应设置系杆 ，不宜用檩条兼作系杆 ；斜梁的平面外计算长度宜取屋面横向支撑间的长度 。关键词 ：门式刚架 ；平面外计算长度 ；弯扭屈曲 ；隅撑犉狌犣犺犪狀犿犻狀犵（，）：，；：； 问题的提出某厂房设计中 （图），设计单位认为刚架斜梁平面外计算长度为，而施工单位进行优化时认为是，檩条间距，隅撑间距。隅撑和檩条可以作为刚架斜梁的侧向支撑点 。双方产生分歧的关键在于梁的平面外计算长度
2、该如何确定 。查阅了一些资料 、手册 、参考书都指出梁的平面外计算长度为侧向支撑的间距 ，然而没有说明满足什么条件能够作为侧向支撑 ，是檩条 、隅撑还是系杆存在不同的观点 ，规程中也未明确指出 ，这对设计工作带来很多疑惑和不便 。图 平面布置及屋面支撑系统作者 ：付占明 ，男 ，年出生 ，工程师 。：收稿日期 ： 手册中的规定 刚架斜梁上翼缘平面外计算长度付占明 ：关于门式刚架斜梁平面外计算长度的探讨钢结构年第 期第 卷总第 期 取上翼缘横向支撑的节距支撑的节距按刚架跨度 、柱距确定 ，支撑的节距直接影响横梁的截面和整体稳定性 。当平面外长细比接近时 ，下降很多 。 取隅撑间距隅撑通过檩条连接
3、于有弹性侧移的下翼缘上 ，故其不能作为上翼缘受压时的侧向支点 ，在某些情况下可将其作为下翼缘受压时的侧向支点 。 取不少轻型房屋门式刚架中取个檩距 ，当檩距时取。如果以上个檩距根檩条均不在横向支撑节点时 ，所有檩条均随梁的上翼缘侧弯 ，不能起支撑作用 ，只有位于支撑节点处的檩条才能起侧向支点作用 （即取横向支撑的节距 ）。当屋面刚度大 ，与檩条的连接可靠时 ，考虑屋面实际存在的蒙皮作用 ，取个檩距，这按规程的精神在实践中也是可行的 。图中虚线表示连接中间各榀刚架的屋面系杆 ，这些系杆通常可以被省去而直接利用檩条及屋面板替代 。事实证明 ，由檩条和屋面钢板组成的外蒙皮具有足够刚度作为刚架面外的支
4、撑。图 屋面支撑系统对设有桥式吊车 、悬挂吊车的刚架和其他大跨度刚架 ，作者建议不宜一律取 。 刚架斜梁下翼缘平面外计算长度 设置隅撑不分情况取隅撑间距 ，隅撑间距取不大于槡 （为受压翼缘宽度 ），多数取。另一种观点取上翼缘侧向支撑节点处檩条相连的隅撑间距 ，亦即横向支撑的节距 。作者认为以取后者为妥 。 不设隅撑 ，取 取 的前提与弯矩图形有关 。正常情况下 ，梁端为负弯矩 ，跨中为正弯矩 ，考虑柱面风荷载使梁反弯点内移 ，故偏安全地取反弯点距梁端为，借用格构式刚架平面外长度的计算公式进行计算 ，得到 。但是如果风荷载的效应大于恒荷载的效应 ，使得跨中产生负弯矩 ，此时梁跨中下翼缘的计算长度
5、可能稍大于。 手册中有待商榷之处）梁的平面外计算长度与屋面支撑和系杆的布置情况有关 ，在指出梁平面外计算长度的同时 ，应该说明屋面支撑的布置情况 ，支撑点的距离是倍 、倍还是倍檩距 。夸张一些 ，如果支撑点的距离是倍檩距即，梁的平面外计算长度不可能还取为。）屋面的蒙皮效应肯定是存在的 ，设计时能否考虑屋面的蒙皮作用取梁的平面外计算长度为个檩距 。笔者认为 ，如果考虑蒙皮效应 ，需要验算屋面能否抵抗起蒙皮作用产生的剪力 。如果屋面不能抵抗足够大的剪力 ，设计出的结构偏于不安全 。 分析问题为了研究隅撑檩条体系支撑的梁的平面外和计算长度能否取倍檩距 ，首先计算隅撑檩条体系的约束刚度 ，然后分析被多
6、根隅撑支撑的简支梁的临界弯矩 ，并与长度为倍檩距的简支梁的临界弯矩进行比较。 隅撑檩条支撑体系的约束刚度为了简化计算并忽略一些对支撑刚度影响甚微的因素 ，公式的推导采用了以下假设 ：）檩条只发生弯曲 ，不考虑檩条的扭转变形和轴向变形 ；）隅撑为轴心受力杆件 ，忽略荷载的偏心 ；）不考虑隅撑和檩条安装孔比螺栓大引起的滑移 ；）梁侧向弯扭失稳时上翼缘和檩条的连接点为不动点 。取两根主梁间的一跨简支檩条分析 ，隅撑刚度分析见图，图中是檩条截面形心到梁上翼缘中心的距离 ，是上下翼缘中线间的距离 ，是隅撑和檩条轴线的夹角 。记失稳时点和点的水平和竖向位移为、和、，隅撑和檩条的连接点离开主梁的距离为，隅撑
7、内的轴力记为。根据位移与应变关系并通过数值处理 ，可得隅撑檩条支撑体系对梁下翼缘提供的侧移约束刚度 ：（）（）（）工程设计（），图 梁弯扭失稳时隅撑 檩条体系 被多根隅撑支撑的简支梁的弯扭屈曲分析以被多根隅撑支撑的一根简支梁为研究对象 ，其承受均匀的弯矩 。为截面的剪切中心至檩条支撑点的距离 ，为隅撑下端支撑点至截面剪切中心的距离 ，记。由于实际工程中隅撑的数量比较多 ，故简化为连续侧向支撑的梁 ，连续支撑的刚度为，为檩条的间距 。则梁的弯扭屈曲总势能为 ：（）（）（）式中 ：、分别为绕轴惯性矩 、扇性惯性矩和抗扭惯性矩 ；为截面不均匀系数 。假设，代入式 （）可得临界弯矩为 ：， （槡）（）
8、（） 与长度为倍檩距的简支梁的临界弯矩进行比较承受均匀弯矩 、长度为倍檩距的简支梁临界弯矩为 ：， 槡 （）文献 通过两个算例以比较，和，显示两者基本相等 ，说明梁的侧向计算长度基本上为倍檩距 。 以上分析的不足）平行梁系跨中有侧向支撑时 ，支撑的刚度不同屈曲模式就可能不同 ，即存在侧向支撑的门槛刚度 ，当支撑的刚度大于或小于门槛刚度时 ，梁会呈现不同的屈曲模式，柱列的支撑也存在门槛刚度；然而以上分析没有考虑 。因此应该规定不小于门槛刚度 。）檩条一般采用冷弯薄壁型钢 ，如果螺栓孔被压屈 ，再加上螺栓孔比螺栓大造成的螺栓滑移 ，梁侧向弯扭失稳时上翼缘和檩条的连接点为不动点的假定则不成立 ；夸张
9、一些 ，如果两者距离之和为无穷大 ，那么隅撑檩条支撑体系将不会起到约束梁侧移的作用 。）如果隅撑檩条不在屋面水平支撑处 ，梁发生弯扭失稳时 ，隅撑 、檩条会随着梁一起侧移 ，如图所示 ，这时隅撑檩条支撑体系提供的支撑是相当有限的 ，不应该考虑其支撑作用 。图 有中间支撑平行梁系的屈曲变形 结论由于规程中没有明确梁的平面外计算长度该如何确定 ，手册中列出了多种方法 ，这使得梁的平面外计算长度存在不确定性 ，与计算模型相适应的构造措施也无法满足 ，这对结构造成安全隐患 。通过以上规定和分析 ，笔者认为 ：）屋面横向支撑的相应位置都应该设置系杆 ，不宜用檩条兼做系杆 ，那样可能造成檩条的连接节点破坏 。）斜梁的平面外计算长度应取屋面横向支撑间的长度 ，只有当梁下翼缘受压时 ，隅撑与檩条和系杆组成的整体才能起侧向支撑的作用 （通常系杆设置在上部 ）。参考文献 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 汪一骏 钢结构设计手册 北京 ：中国建筑工业出版社 ，汪一骏 轻型钢结构设计指南 （实例与图集 ）版 北京 ：中国建筑工业出版社 ，童根树 钢结构的平面外稳定 北京 ：中国建筑工业出版社 ，陈绍蕃 钢结构 设 计 原 理 版 北 京 ：科 学 出 版 社 ，付占明 ：关于门式刚架斜梁平面外计算长度的探讨
