浅谈门式刚架平面外计算长度取值的参考

刘凤良

摘要：对SG518系列图集关于刚架平面外计算长度的取值进行比较，结合相关文献的研究和工作中的实践，补充说明相关取值的注意事项和构造要求，以期对工程设计提供参考。

关键词：门式刚架；计算长度；构造要求

1.概述

关于门式刚架平面外计算长度的取值，现行门刚规范GB51022-2015只给出了原则性的条款，规范第7.1.6.2条中指出“实腹式刚架斜梁的平面外计算长度,应取侧向支承点间的距离”；规范附录第7.1.6条，强调隅撑不能作为梁的固定的侧向支撑，否定斜梁的平面外计算长度取2倍檩距，又提出隅撑支撑的梁的计算长度不小于2倍隅撑间距。对此，设计人员特别是初学者问题重重：隅撑应该怎样布置？侧向支撑应满足什么条件？斜梁平面外计算长度的取值到底以什么为参照？面对疑惑我们需要找到权威的参考依据。

本文对SG518系列各版本图集关于刚架平面外计算长度的取值进行比较，发现，随着应用经验的积累和研究的深入，各版本的取值逐步发生变化，更趋于科学合理。笔者结合相关文献的研究和工作中的实践，就相关取值补充说明其注意事项和构造要求。

2.国标图集SG518系列关于斜梁平面外计算长度的取值

2.1图集《02（04）SG518-1 门式刚架轻型房屋钢结构》

文献[2]设计总说明中未见刚架平面外计算长度取值的直接说明，第6.6条“刚架斜梁下翼缘可能受压，因此应沿斜梁下翼缘或紧靠下翼缘的腹板处，应设隅撑作为侧向支撑点，隅撑间距可取斜梁下翼缘宽度的16倍。”显然，以隅撑作为侧向支撑与门刚规范的规定是相悖的，文献[2]编制时是怎样考虑的？

从文献[2]设计总说明第9.7条可知，该图集的设计是以自攻螺钉固定屋面板的，当檩条用自攻螺钉与屋面板可靠连接时，考虑屋面的蒙皮效应，横向支撑节间的檩条设置隅撑可以作为斜梁下翼缘的侧向支撑，因此平面外计算长度取隅撑间距。

经验表明，屋面板采用自攻钉固定，钉孔渗水成为主要隐患，因此被扣合式屋面所取代。由于扣合式屋面板不能给檩条提供有效的平面外约束，故隅撑仅作为斜梁下翼缘面外的弹性支座考虑，这便是文献[1]相关规定的由来。

2.2图集《04SG518-2 门式刚架轻型房屋钢结构（有悬挂吊车）》

文献[3]设计总说明第7.8条，“梁平面外的计算长度：梁端负弯矩及梁中间正弯矩均取上翼缘横向水平支撑的节距。”

梁的平面外根据构造的不同，上下翼缘的计算长度会不同，文献[3]将正负弯矩区及上下翼缘的计算长度取值统一一致，是有前提条件的。将隅撑设置在横向支撑节点处与刚性系杆或檩条相连，使横向支撑为斜梁上下翼缘共用，从而斜梁上下翼缘平面外计算长度才能统一取水平支撑的节距。

2.3图集《04SG518-3 门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）》

文献[4]设计总说明第5.11.3.3条，“梁平面外计算长度：梁端负弯矩处取0.4L（L为刚架跨度）；梁中正弯矩处取上翼缘横向水平支撑的节距。”

文献[7]取跨度12~36m，檐高5.4~8.4m，柱距6/7.5/9m，共24组刚架，对梁端负弯矩处平面外计算长度取0.4L进行研究，得出以下结论。

当梁端负弯矩处的计算长度取0.4L时，平面内强度应力比基本都小于平面外稳定应力比；随着跨度的增大，平面内外应力比的差值也越来越大，刚架梁的设计由平面外稳定控制。

由于取0.4L的方法只与刚架的跨度有关，当跨度越大时，平面外稳定应力比也越大。不考虑支撑、荷载、截面尺寸对稳定应力计算的影响，直接取0.4L过于笼统，造成梁截面过大，不经济。说明：文献[4]已被文献[6]替代。

2.4图集《07SG518-4 多跨门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）》

文献[5]设计总说明未明确指出斜梁平面外计算长度的取值，但在第6.5条中指出“当刚架斜梁下翼缘受压，还应沿斜梁下翼缘或紧靠下翼缘的腹板处，除在横向支撑节点处设置隅撑外，应每隔3m设置一道隅撑。”

显然，文献[5]的取值是在文献[3]的基础上提出了新的要求。将隅撑设置在横向支撑节点处与刚性系杆或檩条相连，使横向支撑为斜梁上下翼缘共用，将斜梁上下翼缘平面外计算长度统一取水平支撑的节距作为前提，同时提出了隅撑的构造要求。

文献[1]附录第7.1.6条指出隅撑仅仅是梁的侧向弹性支座，在斜梁横向支撑节间每隔3m设置一道隅撑，作为构造设置，能提高梁的安全储备。

2.5图集《19G518-3 门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）》

文献[6]设计总说明第4.12.3条，“梁平面外计算长度：梁端负弯矩处取梁端第一横向水平支撑的节距，梁中间正弯矩处取上翼缘横向水平支撑的跨中节距。”

文献[6]凝结了最新的研究成果，其考虑了刚架弯矩图的分布情况，一般情况下，梁端为负弯矩，跨中为正弯矩；取各区段弯矩最大值处的节距，平面外计算结果会得到可靠保证。

文献[6]同样是将横向支撑节点处刚性系杆设置隅撑作为梁下翼缘的平面外有效支撑的；需要指出的是文献[6]提供的刚性系杆与隅撑的节点大样，对下翼缘的约束作了进一步加强；隅撑与系杆端的连接采用焊接，与斜梁腹板加劲板的连接采用双螺栓。与前面各版本相比，节点构造上有着更细致的考虑，将理论与实际的差异降到了最低。

3.刚架柱平面外计算长度的取值

3.1有吊车刚架柱

有吊车刚架柱一般设双层柱间支撑，中间设置刚性系杆或吊车梁兼作系杆（边柱列吊车梁兼作系杆时应计算保证柱侧向偏心受力的不利影响），柱脚平面外按铰接假定，柱平面外计算长度分别取上下柱高；即，上柱取柱顶至吊车梁牛腿顶面间的距离，下柱取牛腿顶面至基础顶面间的距离。

3.2无吊车梁刚架柱

因墙面板常采用螺钉与墙梁连接，考虑墙面板与墙梁的蒙皮效应，可以考虑隅撑对柱的侧向支撑作用，一般间隔一根墙梁设置一道隅撑，柱平面外的计算长度可以取3m。工程上认为墙梁设置隅撑不美观、施工不方便，特别是设有内墙板的情况；多数工程中边柱均不设置隅撑，柱平面外计算长度取柱间支撑的节距。

4.结语

1）梁平面外计算长度取隅撑间距或3m，只适用于屋面板与檩条可靠连接（自攻钉固定），能形成蒙皮效应的情况，鉴于屋面板钉孔容易渗水的缺陷，目前工程上已很少应用。

2）梁端负弯矩处平面外计算长度取0.4L（L为刚架跨度），取值比较笼统，计算精度不能适应工程设计的需要，且文献[6]已替代文献[4]施行多年，此取值方法不应被继续使用。

3）横向支撑节点处设置隅撑与系杆可靠相连，能充分保证横向支撑作为斜梁上下翼缘平面外的共同支点；此时支撑节间的隅撑作为构造设置，能提高梁的安全储备。

4）柱的平面外计算长度的取值概念清晰、依据明确，在多本图集中的取值都是一贯的，因此争议很少。

参考文献

[1] GB 51022-2015 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S].

[2] 02（04）SG518-1 门式刚架轻型房屋钢结构[S].

[3] 04SG518-2 门式刚架轻型房屋钢结构（有悬挂吊车）[S].

[4] 04SG518-3 门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）[S].

[5] 07SG518-4 多跨门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）[S].

[6] 19G518-3 门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）[S].

[7] 魏亚庆·门式刚架斜梁平面外计算长度取值研究[D].2008