浅谈角隅撑的设计及构造

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[摘要]现行很多结构设计人员对轻刚结构体系中的角隅撑设计存在较多误区。本文通过对角隅撑设计的探讨，加深对角隅撑在轻刚体系中设计应用的理解。

[关键词] 角隅撑 构造

中图分类号：TU318文献标识码： A

0引言

随着钢结构高强度的材料的应用与结构形式不断的发展，构件越趋向于轻量化，从而更突显钢结构稳定的重要性。钢结构的稳定性由于受相关构件及构造的影响比较大，相对于强度而言不太能直觉地判断稳定性方面是否满足要求，故稳定性对轻钢结构来说是重要问题，如果稳定问题不处理好，结构会产生不必要的损失，甚至于造成安全生产事故。由于轻钢厂房的相对特殊性，在设计中由于满足平面内稳定要求相对简单，而平面外稳定往往需通过多种构造处理来满足要求，而对于这些构造处理的研究虽然理论上已经比较完善，但实际工程中很多设计人员未完全理解或误解，从而引起工程隐患。故而对于构造处理假定及制作安装要求是结构设计中所必须关注的。

轻钢结构在计算过程中可作为平面外支撑点的构件有如角隅撑（加檩条）、系杆、檩条，当他们参与结构作用时可达到很理想的效果。但很多设计人员往往以为设置以上构件而不考虑相关设置要求时就算是能作为主构件的平面外支撑点，实际上是有问题

的。特别是角隅撑的设置上更是五花八门，所以更合理设计角隅撑是一个值得探讨的问题。

1设计依据

角隅撑作为轻刚厂房中的重要次构件，对厂房构件稳定起到了极大的贡献。角隅撑在轻刚结构设计中通常作为侧向支撑点以减少构件平面外计算长度。相关设计依据如下：

1、在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002（以下简称轻钢规范）中第6.1.4条中对于变截面钢柱平面外稳定的设计要求。

2、轻钢规范中第6.1.6条中斜梁和角隅撑的设计要求。

3、轻钢规范中第7.2.14条中隅撑的布置要求。

4、《钢结构设计规范》GB50017-2003（以下简称普钢规范）中第8.1.2条的截面要求。

从以上依据可以看出隅撑作为受弯及压弯杆件平面外约束作用是有规范支持的。

2 常见角隅撑节点构造措施

角隅撑节点构造措施，如图1、2、3、4。

图1斜卷边檩条角隅撑连接方式（用于单层板）

图2C型檩条角隅撑连接方式（用于单层板）

图3 斜卷边檩条角隅撑连接方式（用于双层板）

图4 C型檩条角隅撑连接方式（用于双层板）

由上述4图可以看出角隅撑是与檩条共同工作的。其工作原理可分析如下：在角隅撑工作分段内，当H型钢出现出平面变形时，产生了平面外对角撑或檩条的应力，并通过檩条把应力传递到有支撑处刚架，并最终传递到基础。在此体系中产生对于角隅撑最大应力N= ，对于檩条最大应力N= 。此时的有角隅撑处檩条计算不应该按纯受弯杆件或双向受弯杆件来考虑，而应该按压弯杆件来计算其强度和稳定。往往很多设计人员忽略了檩条受压、弯共同作用而应作为压弯杆件计算，从而使工程埋下隐患。根据普钢规范第8.1.2条，角隅撑型号不宜小于L50X5角钢，根据普钢规范第5.1.2条求得角隅撑理论上可承受12.69KN~103.2KN范围内的压力及最大103.2KN的拉力。故正常情况下L50X5角钢就能满足角撑设置要求，且根据不同的角隅撑角度可适当降低角撑规格，如图1~4所示角撑型号为L50X4。

由于现行工程为达到经济目标经常使用壁厚很薄的檩条，如有1.5mm厚的冷弯檩条。当刚构件截面应力较大时就存在隅撑与檩条螺栓连接处因板承压不够从而节点破快导致结构整体失稳。

由于轻钢规范中对于角隅撑间距有相关要求，见第7.2.14条。但很多项目设计过程中存在了角隅撑间距基本上隔檩距布置，即间距按3米布置。但从7.2.14条中我们不难发现，檩条要按3米布置时，材质为Q235B与Q345B的H型钢梁翼缘最起码分别需达到187.5mm宽和227.2mm宽。而很多设计人员都未注意。

对于屋面斜梁在设计过程中由于风载的对结构的影响，往往构件有可能上翼缘受压，也有可能下翼缘受压。而根据轻钢规范中6.1.6.条，对于斜梁受压翼缘需有角隅撑支撑。考虑到斜梁上翼缘本身已有檩条约束，则当风吸力能引起下翼缘受压时需在下翼缘设置隅撑。

3计算实例

如某单脊单跨厂房，厂房宽18米，长90米，开间为9米，柱顶高度为12米。设计人员在模型假定中定义屋面斜梁平面外计算长度为3米（即两个檩距），钢柱平面外计算长度为7米（如图6）。根据相关工艺荷载计算得到截面如图5。屋面墙面檩条型号的为C180X70X20X1.5（Q235），角隅撑型号为L50X4角钢（Q235），角隅撑连接方式见图2。

图5构件简图

图6平面外计算长度简图

根据前述结果，本工程角隅撑设计需复核如下项目：

（1）、角隅撑间距。

本项目中角隅撑允许最大

间距为L= （B为梁翼缘宽度）

L=16 180=2376.93mm 3000mm，故角隅撑布置需每个檩距均需布置。

（2）、檩条与隅撑节点连接。

根据普通螺栓抗剪连接公式：

……（1）

……（2）

可得 =14.69KN

=5.85KN

又根据角隅撑所受轴心力公式对于边榀单面角隅撑处，隅撑所受轴心力为：

=11.268KN

由上可得

故本节点存在檩条承压破坏问题。需加强节点处承压檩条厚度。

（3）、角隅撑强度。

根据普钢规范公式5.1.2-1可得:

=215 0. 674394 390 1000=56KN

由上可得 故角隅撑强度满足。

（4）、檩条按压弯杆件设计。

当檩条输入轴力时，檩条稳定不满足要求。需加大檩条截面。

4结语

作为次构件的角隅撑，虽然在结构体系中所占用钢量不多，但对结构稳定的贡献是

比较大的，也是不可缺少的。在设计过程中不但要考虑角隅撑自身的强度，还应考虑隅撑作为刚斜梁（刚柱）支撑点的间距要求及由角隅撑及檩条组成的传力体系的合理性，应尽量避免此体系强构件弱节点的设计误区。达到更合理、更经济、更安全的设计目标。

参考文献

[1] 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002中国计划出版社，2002

[2] 《钢结构设计规范》GB50017-2003 中国建筑工业出版社，2003

[3] 魏明钟， 戴明欣. 《钢结构》 武汉理工大学出版社，2002