1、轻型钢结构支撑分析方法的研究中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 一、柱间及屋面支撑体系简介 门式刚架轻型房屋钢结构的纵向风荷载传力途径是：作用在端墙上的风荷载直接传至沿端墙均匀布置的抗风柱上，抗风柱将把部分力传至与之一端相连的墙架或刚架梁上，刚架梁之间将通过相连的刚性系杆进行传递(如可行，也可由檩条兼作刚性系杆)，在设有屋面横向水平支撑的开间，刚架梁上的纵向荷载将传至柱顶，最后通过柱子与柱间支撑传至基础。 门式刚架轻型钢结构房屋在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋面横向水平支撑，以组成几何不变体系，本文
2、主要对屋面横向水平支撑与柱间支撑这两类支撑体系的计算模式及组成支撑体系的各构件的内力进行研究。 二、柱间及屋面支撑体系的计算模式 一般情况下轻型钢结构房屋中的柱间及屋面支撑均采用交叉的形式，屋面交叉支撑可按柔性支撑设计，柱间支撑在外荷载不太大时也按柔性支撑设计，即仅考虑拉杆的作用，压杆退出工作，采用单斜杆方式。 柱间支撑和屋面支撑布置在同一个区格中，组成几何不变体系。在计算它们的内力时，在设计中常用的平均值法是将两端山墙的迎风面荷载与背风面荷载加在一起，除以支撑道数即得到每榀屋面水平支撑桁架和柱间支撑所受的荷载。 对于各支撑杆件的内力分析，本文提出了一种拟平面桁架法，即将刚架梁与刚架柱的夹角拉
3、直，使得屋面水平支撑与柱间支撑在同一个平面桁架内，这样不仅能更好地模拟实际的支撑体系的受力，而且还可以分析檐口处的屋面支撑直腹杆和纵向系杆。按照规程屋面支撑和柱间支撑的受力是分开分析的，在分析屋面支撑时是根据纵向风荷载按支承于柱顶的平面桁架计算的，这样檐口处的构件的分析就被忽略了。 下面将通过一算例来对平均值法与拟平面桁架法进行比较，分析平均值法的可靠性，并在对各组成构件的内力进行充分分析的基础上，对屋面支撑桁架中的直腹杆和斜腹杆及联系各支撑的纵向系杆的布置提出设计建议。 1，平均值法与拟平面桁架法的计算模型 本算例中建筑净跨 48m，单脊双坡，坡度 10%，檐口高 10m，在面粗糙度为 B
4、类，抗风柱距 6m，刚架间距 6m，风荷载体形系数依据规程的规定，考虑对称性，取半跨 24m 共 5 个抗风柱，分别取 2，3，4 道柱间支撑与屋面横向水平支撑进行计算。 图 1 拟平面桁架法与平均值法的计算简图(以三道支撑为例) 支撑道数分别为 2 道、3 道、4 道时的迎风面荷载和背风面荷载及按平均值法计算时的平均荷载如下表： 表 1 屋面水平横向支撑的荷载分布 ,2，平均值法与拟平面桁架法计算结果 在下面的表格中分别列出了在支撑道数为 2、3、4 道时，屋面水平横向支撑桁架的直腹杆、斜腹杆、支撑间的纵向刚性系杆内力值及柱间支撑的受力大小。 表 2 屋面水平横向支撑桁架直腹杆内力(以受压为
5、正,单位 KN) 表 3 屋面水平横向支撑桁架斜腹杆内力(以受拉为正,单位 KN) 表 4 屋面水平横向支撑桁架纵向刚性系杆内力(以受压为正，单位KN) 表 5 柱间支撑的受力(单位 KN) 3，计算结果的分析 1）屋面水平横向支撑桁架直腹杆内力从屋脊处至檐口处是逐渐增大的，但从迎风面到背风面由于经过一道支撑桁架就要减少一部分传递的荷载，所以直腹杆的内力从左至右是递减的。随着支撑道数的增加，各支撑直腹杆分担的力从屋脊到檐口越来越小。取各道支撑平均受力的平均值法与本文提出的拟平面桁架法在对直腹杆的内力结果上差别比较显著，在有两道支撑时在屋脊处达到 38.4%，在檐口处达到 15.2%，并且随着支
6、撑道数的增加，误差越来越大，在有四道支撑时，误差竟达到77.8%。因此，用平均值法计算的直腹杆的内力是不可靠的。 2）屋面水平横向支撑桁架斜腹杆内力从屋脊处至檐口处也是逐渐增大的，但在相邻编号的抗风柱之间各斜腹杆的内力从左到右却表现出较好的匀衡性，并没有象直腹杆那样从左向右有着明显的递减。平均值法与本文的方法对斜腹杆的内力分析上吻合得较好。 3）屋面水平横向支撑桁架纵向刚性系杆内力从屋脊至檐口是明显递减的，甚至在支撑道数达到三道时，檐口处的刚性系杆从受压状态转变为受拉状态。随着支撑道数的增加，首道刚性系杆内力是逐渐增大的，只是末道刚性系杆内力迅速减小，甚至出现受拉的状态。 4 柱间支撑在对纵向荷载的分配上从迎风面到背风面是逐渐减小的，但减小的幅度很小，而且平均值法与本文方法所得的作用在柱间支撑上的荷载是基本相同的，所以可以用平均值法来分析柱间支撑的受力，这也与规程规定的当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可按均匀分布考虑相一致的。 三 小结 平均值法在屋面水平横向支撑桁架斜腹杆内力及柱间支撑杆内力的计算上与本文的计算模式是相吻合的，而在对直腹杆内力的计算上存在较大的误差，采用本文提出更符合实际受力状态的拟平面桁架法则可以较好地解决这个问题。
