门式轻型钢结构的隅撑设计及其受力分析.doc

门式轻型钢结构的隅撑设计及其受力分析来源 作者：宋新利发布于 2012/9/4 16:27:44评论(1)有2662人阅读1 概 述随着轻钢结构的发展, 大跨度屋面梁的应用随处可见。为增加屋面钢梁的平面外刚度以及防止下翼缘在受压状态时的失稳, 特设置隅撑; 隅撑选型以热轧角钢居多, 一侧连接在钢梁下翼缘或腹板处, 另一侧连接在屋面檩条上,一般和钢梁腹板呈45夹角, 最终形成由隅撑、檩条、钢梁组成的三角形稳定体系, 见图1。图1 钢梁隅撑安装示意图2009年11月份, 河南地区遭遇了50 年一遇的罕见暴雪, 许多轻型房屋钢结构工程都遭到了不同程度的破坏。破坏的部位多发生在屋面檩条等次钢部位, 破坏的形式多表现在檩条挠度过大、拉条拉断、屋面板漏水等现象; 但也出现了部分结构倒塌的事故, 下面是一组雪灾引起厂房倒塌的实例照片, 见图2; 通过这些照片来帮助我们理解隅撑在轻钢厂房中所起的作用。照片中可以看出:压塌处梁柱破坏照片1 4图2 一组雪灾引起厂房倒塌的实例照片( 1) 靠近柱端的檩条位置没有设置隅撑。在梁柱节点区域, 负弯矩的存在引起钢梁下翼缘受压, 当雪荷载超载后翼缘发生屈曲, 丧失承载力;( 2) 部分隅撑连接破坏或发生屈曲, 丧失承载力, 继而失去对钢梁的支撑约束, 引起钢梁侧向扭转破坏;( 3) 钢梁屈曲部位不一定在应力最大部位, 有些是发生在3 m 间距的隅撑空档处, 由此可见在梁端部位的隅撑应该加密。2 隅撑的设置及受力分析2 1 隅撑的设置门式刚架轻型房屋钢结构技术规程( CECS 102-2002) (以下简称为规程) 中规定: 隅撑的设置宜对称布置, 当有困难时也可单侧布置, 当隅撑对称布置时, 单个隅撑的轴向压力可取公式计算的一半。2 2 隅撑的受力分析许多参考书中对隅撑的分析以纯受压杆件居多, 我们针对设置的单隅撑和对称设置的双隅撑, 并根据各种工况荷载下进行了受力分析, 见图3。从图3 图6可以看出, 在刚架梁柱节点区域隅撑内力(压力) 最大; 在跨中区域的隅撑内力(压力) 次之; 对单隅撑宜按轴向受压杆件设计, 对双面对称隅撑则可按一压一拉设计。3 隅撑的计算规程中规定: 隅撑应按轴心受压构件设计, 轴力N 可按下列公式计算:式中: A钢梁被支撑翼缘的截面面积; f钢梁钢材的强度设计值; fy钢梁钢材的屈服强度; 隅撑与钢梁腹板的夹角。当隅撑成对布置时, 每根隅撑的计算轴力可取上面公式的一半。以具体工程为例, 计算过程如下:已知钢梁规格H 850x200x8x12, Q345材质; 隅撑为L50 x5, 角度45, Q235材质; 檩条规格C180 x 60 x 20 x2.5, Q345材质; 连接螺栓为M14, 对应孔径15.5 mm。图7 隅撑双螺栓固定示意从以上计算结果我们可以看到: 当钢梁截面高度较高时, 隅撑的稳定起控制作用; 当钢梁翼缘较大, 且质为Q345时, 隅撑轴力非常大, 在檩条连接处, 由于檩条壁厚较薄, 螺栓抗剪和局部承压很难满足, 需引起重视。4 关于隅撑在设计和施工方面的一些建议4 1 隅撑的设置范围规程规定: 在檐口位置, 刚架斜梁和柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处, 应各设置一道隅撑。另外考虑钢梁下翼缘在各种工况下的内力变化, 隅撑一般情况为全梁设置。4 2 隅撑的设置间距规程规定: 隅撑间距不大于相应受压翼缘宽度的倍。当钢梁翼缘宽度为220 mm时( Q345钢) , 隅撑最大间距为220 x= 2 905 mm, 轻钢厂房的檩条间距一般为1 500 mm, 如果按以上规定, 隅撑设置只能每道檩条均设。结合本文中隅撑的受力分析, 笔者认为, 在刚架梁柱节点区域(可近似取梁跨L /4范围) 的隅撑宜每根檩条设置, 在梁跨中间L /2 范围内可隔根檩条布置, 但要满足钢梁平面外稳定计算要求。4 3 隅撑对檩条设计的影响关于隅撑对檩条的影响, 相关文献较少。从隅撑的计算过程我们可以发现, 某些情况下, 隅撑对檩条的影响不能忽略。檩条一般考虑为纯受弯构件, 当设置隅撑后, 在竖向承载方面有一定有利影响, 但隅撑的存在, 必然会在檩条内部产生纵向轴向压力, 此时, 檩条的受力模型就由受弯构件转向压弯构件。檩条一般由2 mm 3 mm 钢板冷弯成型, 在压弯状态下, 其高厚比很难满足, 并且在隅撑檩条连接处, 由于隅撑轴向压力可能较大, 对螺栓的抗剪以及檩条的局部承压都很难满足, 希望相关设计人员要引起注意。4 4 关于隅撑连接孔的一些问题有些施工企业出于安装方便, 将檩条上的隅撑连接孔做成长圆孔。如果了解隅撑的作用以及受力特点, 不难看出这是一种不安全的做法, 长圆孔的存在会大大折扣隅撑所起的支撑作用, 希望相关施工企业能采取提高加工和施工精度来解决这个矛盾。4 5 关于隅撑穿过现场复合屋面下层钢板的一些做法屋面现场复合指的是, 檩条上下为压型钢板, 中间夹保温棉。设置隅撑时必然会涉及隅撑穿越下层钢板的问题,通常的有以下两种做法: 第一种做法是先施工屋面底层钢板, 后施工隅撑, 在穿越部位开三角形缺口; 第二种做法是在檩条一侧先固定一个连接钢板, 连接钢板的下端伸出