系杆间距作为轻钢屋面梁的平面外计算长度，就一定安全吗？

为了提高门式刚架轻钢结构屋面梁的平面外稳定性，通常采用设置隅撑将屋面檩条与屋面梁的下翼缘进行连接，从而提高梁下翼缘的平面外稳定性以及截面的扭转刚度。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》 2015 版的 7.1.4-7.1.6 条给出了考虑隅撑 - 檩条的支撑作用后，屋面梁的平面外稳定性验算方法。小编在之前的“隅撑 - 檩条结构对轻钢屋面梁的约束作用”一文中也给出了考虑隅撑 - 檩条作用后屋面梁的平面外计算长度计算公式。

《门刚规范》在2015版已经将CECS102-2002中屋面梁计算长度取两倍隅撑间距（即3m左右）修改为计算隅撑-檩条的约束刚度，然后考虑约束刚度进行稳定性验算的方法。这么做的目的在于， 考虑到当屋面梁截面高度较小时，檩条的约束作用较大，可能实际计算长度小于3m；但是当屋面梁截面较高时，檩条的约束作用就相对较弱，按照3m的计算长度可能偏于不安全。

屋面梁的约束条件  

由于屋面板的蒙皮作用，通常认为屋面梁的上翼缘无法发生侧向位移，但是整个截面可以绕上翼缘发生定点转动。在竖向荷载作用下，门式刚架屋面梁的两端附近承受负弯矩（下翼缘受压），跨中附近承受正弯矩（上翼缘受压）（图1）。根据《钢结构设计标准》可知，由于梁的弯扭失稳是受压翼缘不稳定引起的，因此只有设置在梁受压翼缘的侧向支撑才能用于减小其平面外的计算长度。 因此，对于负弯矩区的屋面梁来说，只有位于下翼缘的侧向支撑才是有效的平面外支撑，才能减小屋面梁的平面外计算长度。

系杆支撑的有效性分析      

据了解，在实际工程中，由于各种原因，部分设计人员直接简单地取纵向系杆之间的距离作为屋面梁的平面外计算长度，进行稳定性验算。许多设计人员认为，这种方法是偏安全的，而且在这种情况下相当于没有考虑隅撑 - 檩条的约束刚度，那么是否设置隅撑也就不重要了。

轻钢屋面的系杆可分为刚性系杆和柔性系杆，通常在柱顶、屋脊、屋面水平斜支撑跨以及支撑与山墙之间设置刚性系杆，其它位置可以采用柔性系杆。除了檐口位置，屋面刚性系杆常用双檩条或者圆钢管，柔性系杆通常用檩条兼做。

那么，系杆是否可以作为屋面梁负弯矩区的平面外支撑呢？分下面几种情况：

（1）   刚性系杆用双檩条：   由于檩条位于屋面梁的上翼缘，因此无法防止负弯矩区屋面梁下翼缘的平面外变形（即截面的扭转），也就无法提高梁的稳定性；

（2）   采用刚性系杆+柔性系杆体系：   不管支撑跨的刚性系杆采用何种构造，除非设置双层支撑体系，否则柔性系杆无法对负弯矩区屋面梁形成有效的平面外支撑；

（3）   采用圆钢管作为刚性系杆，且沿纵向全长布置：   这种情况下，如果刚性系杆与屋面梁的横向加劲肋连接，且螺栓连接节点可以承受扭矩的作用（如图3），此时可以将刚性系杆视为屋面梁的平面外约束。需要说明的是，屋面梁的横向加劲肋应全高布置，否则可能导致截面畸变屈曲的发生；螺栓应采用高强螺栓，螺栓连接的扭转验算可以参考隅撑验算的荷载取值，同时考虑隅撑间距和系杆间距的差异。

本文小结与建议      

通过本文的分析，可得到下面几个结论和建议：

（1）隅撑对保证轻钢屋面结构的稳定性起着重要的作用， 实际工程中应尽量做到隅撑的满布 ；

（2） 将系杆间距作为负弯矩区屋面梁的平面外计算长度，需要满足一定的条件：刚性系杆必须贯穿结构的整个纵向长度，且与屋面梁的连接节点需要满足抗扭要求 ；

（ 3 ）隅撑 - 檩条结构对负弯矩区屋面梁的约束作用，根据估算当梁高小于 1m 时基本上可以满足 3m 的平面外计算长度；

（ 4 ）屋面梁和柱子的连接节点位置必须保证对钢梁的扭转约束，这是保证梁稳定性的根本；

（5）最后需要强调的是，对于整个跨度的屋面梁来说，负弯矩区的长度和用于计算负弯矩区梁稳定性的平面外计算长度两者完全不同，在计算中不能混淆。

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