與混凝土結構相比，鋼結構的顯著特點是材料強度高，構件截面小，重量輕。但也由此産生了易失穩的問題，穩定性問題突出。

鋼結構的穩定分為整體穩定和局部（闆件）穩定。本文隻讨論整體穩定。且應首先說明：a 本文讨論問題的前提是不考慮采用壓型鋼闆的屋面、牆面對結構穩定性的(蒙皮)作用（其理由見新舊門規有關條文及條文說明，茲不贅述）；b 文中涉及到的一些概念是基于2003版《鋼結構設計規範》（以下簡稱鋼規），因為筆者至今未見到新版鋼規。

1 鋼規中的一些基本概念

為了便于說明門式剛架的問題，先複習一下03版鋼規對于等截面梁、柱穩定性的規定，并說說筆者對這些規定的理解。

1.1 受彎構件（梁）的整體穩定性（圖1）

圖1所示工字形截面的梁段，在最大剛度主平面（梁的腹闆所在平面）内受彎，梁的中性軸以上截面受壓。如果彎矩較大，或梁受壓翼緣對于截面弱軸（y軸）的側向剛度較小，或受壓翼緣側向支撐點間的距離較大，則梁的受壓翼緣将向側向（向左或向右）偏轉。從上往下看，梁的軸線由直線變成曲線（如圖1中1-1剖面所示）。對于截面尺寸和支撐條件都确定的梁，随着彎矩的增大，梁的受壓翼緣将最終失去側向穩定。由此确定的梁的受彎承載力，低于按強度計算的梁的受彎承載力，二者的比值就是φb——梁的整體穩定系數（大緻如此)，參見鋼規（4.2.2）式：

[4.2.2]

由上述可見，鋼規4.2.2條所謂的梁的整體穩定性，實質上就是梁受壓翼緣在彎矩作用平面外的穩定性。由鋼規附錄B的（B.5-1）式可見，影響 φb的主要因素是梁在側向支撐點間對截面弱軸(y-y)的長細比λy＝l1/iy，l1為受壓翼緣側向支承點間的距離（平面外計算長度），iy為梁毛截面對y軸的截面回轉半徑。

值得注意的是鋼規4.2.5條：“梁的支座處，應采取構造措施，以防止梁端截面的扭轉。” 否則，鋼規4.2.1條規定“梁的支座處視為有側向支承”就不能成立(某規範9.1.6條與此不符。按照它的規定，假設檩條腹闆厚度為2.5mm，當腹闆高度不大于200x2.5=500mm時就可以不設檩托)。

1.2 軸心受壓構件的穩定性

圖2為兩端鉸接的軸心受壓工字形截面柱，其穩定性計算很簡單，即鋼規的(5.1.2-1)式：

其強軸（x-x軸）和弱軸（y-y軸）的計算長度（l0x、l0y）與回轉半徑（ix、iy）各不相同，因此需要分别按兩個方向的長細比（

）查鋼規附錄C的表求得穩定系數（φx、φy），再按(5.1.2-1)式計算柱在x、y兩個方向的穩定性。

軸心受壓構件實際應用的一個典型例子是由雙角鋼組合截面構成的簡支桁架的上弦和受壓腹杆。其中上弦杆在桁架所在平面内的計算長度l0x等于桁架上弦節間長度，但在桁架平面外，因側向支撐點的距離一般大于節間長度，因此需要分别計算桁架上弦杆在桁架平面内、外的穩定性。

1.3 壓彎構件（偏心受壓柱）的穩定性

圖3為單層門式剛架邊柱的計算模型（假定柱腳鉸接，且僅考慮剛架橫梁豎向荷載）。因剛架在兩個方向的剛度、支撐情況等等均不相同，應分别計算彎矩作用平面内（對于門式剛架，彎矩作用平面内即剛架所在平面内）和平面外（垂直于剛架所在平面，即與縱牆平行的平面）的穩定性。

1.3.1 等截面柱彎矩作用平面内的穩定性

其計算公式即鋼規的（5.2.2-1）式：

上式左邊第一項(軸力項)是柱在軸力N作用下按軸心受壓構件計算的應力。但應注意的是應按柱在剛架平面内的長細比λx=l0x/ix=μL/ix查鋼規附錄C的表求得φx。計算長度系數μ的計算比較麻煩，對于變截面柱更麻煩。

式（5.2.2-1）左邊第二項（彎矩項）是彎矩作用下将柱按剛架平面内受彎的構件計算所得的應力，式中（1-0.8N/N'Ex）是考慮軸力N的作用對Mx的增大。其中N'Ex＝π2EA/(1.1λx2)，λx的計算如上所述，計算長度系數的計算仍是關鍵。好在剛架柱的平面内穩定性可以電算，由軟件自動生成柱的計算長度。這也不是本文要讨論的主要問題，本文主要讨論構件在彎矩作用平面外（剛架平面外）的穩定性。

1.3.2 等截面柱在彎矩作用平面外的穩定性

其計算公式即鋼規的（5.2.2-3）式：

上式左邊第一項是軸力項，其實就是按軸心受壓構件計算的柱在剛架平面外的穩定性。第二項是彎矩項，與受彎構件（梁）的整體穩定計算公式

相似，其實就是将柱按受彎構件（梁）計算其整體穩定（受壓翼緣的平面外穩定）。注意式中φy、φb分别是彎矩作用平面外（剛架平面外）的軸心受壓構件穩定系數和受彎構件的整體穩定系數（将柱看作梁），應根據剛架柱在弱軸（y軸）方向的計算長度l0y(側向支撐點間的最大距離)和回轉半徑iy，計算柱的平面外長細比λy=l0y/iy，再查鋼規附錄C的表求得φy，并按鋼規附錄B的（B.5-1）式求得φb。

2 規範（規程）和設計中的問題

2.1 我看過的許多門式剛架計算書，均将門式剛架梁的平面外計算長度取為3m（兩倍檩距或一倍隅撐間距），甚至某設計手冊中的一道例題也是這樣做的。

有的計算書甚至将門式剛架柱的平面外計算長度也取為3m。

為什麼會出現上述普遍現象呢？規範（規程）能脫掉幹系嗎？請看——

舊門規6.1.4條第1款的（6.1.4-1）式是剛架柱的平面外穩定計算公式，該款最後一句話是：“當不能滿足式（6.1.4-l）的要求時，應設置側向支撐點（隅撐）”，暗示隅撐可以作為門式剛架柱的側向支撐點。

某規範7.1.5條與舊門規如出一轍：“變截面柱的平面外穩定應分段按下列公式計算，當不能滿足時，應設置側向支撐或隅撐”。

《冷彎薄壁型鋼結構技術規範》（以下簡稱冷鋼規）10.1.4條對隅撐的側向支撐點作用更加肯定和明确：“實腹式剛架梁和柱在剛架平面外的計算長度，應取側向支撐點間的距離，側向支撐點間可取設置隅撐處及柱間支撐連接點。”（此處似有筆誤，“間”字應去掉。）

上述規範(規程)的條文，為設計者将門式剛架梁柱的平面外計算長度取為3米（隅撐間距）提供了明确的依據。但是這樣做安全可靠嗎？隅撐能作為梁的側向支撐點嗎？這個問題一直令我困惑，也許還要困惑下去。

舊門規4.1.1條和某規範5.1.1條都規定：“主剛架斜梁下翼緣和剛架柱内翼緣平面外的穩定性，應由隅撐保證。”

我的疑惑是：

第一，剛架梁、柱并不總是下翼緣和内翼緣受壓。由剛架彎矩包絡圖可見，由于風荷載和地震等作用的往複性，梁的上翼緣和邊柱外翼緣也完全可能受壓（中柱兩側翼緣均可能受壓），此時隅撐還能作為梁、柱的側向支撐點嗎？梁、柱的平面外計算長度取為3.0米安全嗎？

第二，當柱彎矩相對較小，軸力相對較大，即偏心距較小時，可能全截面受壓，如某規範圖7.1.1(a)所示(圖4)。此種情況下，如果柱在剛架平面外沒有其他支撐點，則在豎向壓力作用下，縱向柱列的所有柱均可能向同一個方向彎曲，并帶動牆梁、隅撐一起向同一個方向移動（見圖5），這時設置隅撐還有多大作用呢?

在圖5中，如果柱間支撐采用型鋼而不是圓鋼，在交叉點（a點）處有節點闆相連，a點可視為不動點。在a點所在标高處的牆梁用适當方法在a點與柱間支撐相連（因為二者不在同一個平面，如何相連需要認真考慮）并按壓杆設計，則此道牆梁可視為柱的側向支承點。

冷鋼規10.1.4條的條文說明：“作為側向支承點的檩條、牆梁必須與水平支撐、柱間支撐或其他剛性杆件相連，否則，一般不能作為側向支承點。”我想這句話就是上段文字所述的意思（但冷鋼規10.1.4條似乎與其條文說明自相矛盾）。

再看冷鋼規10.2.4條:"剛架梁及柱的内翼緣（或内肢）需設置側向支承點時，可利用作為外翼緣（或外肢）側向支承點用的檩條或牆梁設置隅撐。”這句話和10.1.4條的條文說明加在一起非常有意義：隻有作為梁上翼緣和邊柱外翼緣側向支承點用的檩條或牆梁，才能用來設置隅撐。但是，作為側向支承點的檩條、牆梁，必須與屋面水平支撐、柱間支撐的不動點相連。“否則，一般不能作為側向支承點。”而新舊門規恰恰沒有在這方面作出明确無誤的規定，造成許多困惑和争議。

2.2 某規範7.2.1~7.2.3條的問題

2.2.1 按照某規範7.2.1條及圖7.2.1規定的作法，端部屋面梁的下翼緣作為抗風柱上端的水平支座。風載作用下，抗風柱頂的水平支座反力反向作用于屋面梁下翼緣，其數值往往較大，不可忽視。如果再按該規範7.2.3條規定：“采用隅撐——雙檩條體系代替剛性系杆”（圖6），對于梁的下翼緣将是雪上加霜——風吸力作用下抗風柱頂反力與隅撐壓力的水平分力聯合作用，使梁的下翼緣處于更加不利的受力狀态。

能否采取更好的辦法，使梁處于更好的受力狀态，将抗風柱所受的風載可靠地傳遞到屋面支撐系統？這是應該認真思考的。

2.2.2 規範7.2.1~7.2.4的條文說明：“抗風柱的上端以前常采用彈簧闆連接，在輕型房屋中，彈簧闆連接的理由已經不存在”。這種說法是很可疑的。根據設計經驗，當跨度較大時，門式剛架梁的豎向撓度常常超過150mm。如果山牆處的剛架梁按7.2.1條規定與抗風柱頂固定連接，其豎向撓度與相鄰剛架梁豎向撓度相差可能超過100mm。這對房屋的正常使用會帶來不小的問題。為了避免此類問題，以往的工業廠房抗風柱頂常采用彈簧闆(其實，要達到隻傳遞水平力不傳遞豎向力的目的，此處也可以采取其它作法，并不一定要采用彈簧闆，限于篇幅不詳述)。

2.3 某規範7.2.4條的問題

該條規定：“ 抗風柱作為壓彎杆件驗算強度和穩定性，可在抗風柱和牆梁之間設置隅撐，平面外彎扭穩定的計算長度，應取不小于兩倍隅撐間距。”

像剛架邊柱一樣，山牆抗風柱即可能内側翼緣受壓（風吸力時），也可能外側翼緣受壓（風壓力時）。在圖6所示的情況下，如果柱所受風力較小，軸力相對較大，則可能全截面受壓。在這些情況下，如果不考慮其他因素，牆梁加隅撐并不能保證抗風柱的平面外穩定（理由如前所述）。

但是，如果在山牆處設置了門式剛架，山牆處的牆梁與剛架柱、梁可靠相連，剛架柱、梁可看作冷鋼規10.1.4條條文說明所說的“剛性杆件”（不動點），則此處牆梁可作為抗風柱的側向支承點，此時設置隅撐才有意義（圖7）。但是某規範恰恰未說明這一點。

2.4 某規範7.1.4條的問題

該條規定：“變截面剛架梁的穩定性應符合下列規定......”，其條文說明：“本條專為房屋抽柱而增設的托梁進行穩定性計算而制定的。”

似乎有點不可思議。

首先，托梁一般是兩端與柱弱軸方向鉸接的簡支梁，不是“剛架梁”；

其次，簡支梁支座彎矩為零，最大彎矩在跨中。将其設計成規範7.1.4條條文說明附圖（圖4）所示的變截面梁(支座截面大于跨中截面)很荒唐。

2.5 某規範7.1.6條的問題

舊門規6.1.6條和某規範7.1.6條的第1款均将門式剛架斜梁（實腹式）定義為"壓彎構件"。舊門規并沒有對剛架斜梁的平面外穩定計算作出專門規定，設計時一般按舊門規6.1.4-1式計算剛架斜梁的平面外穩定。但某規範新增了7.1.4條，并在條文說明中說，屋面剛架梁的穩定性“按本條計算”。7.1.6條第7款又規定“隅撐支撐梁的穩定系數應按本規範第7.1.4的規定确定”，實際上是将受彎構件（梁）和壓彎構件（柱）混為一談。

如果認為門式剛架斜梁所受軸向壓力很小可以忽略，則規範7.1.6條第1款應改為：“實腹式剛架斜梁可按受彎構件計算強度和穩定性"。否則，就不應該在剛架斜梁的平面外穩定計算中忽略軸力項。因此，某規範7.1.6條第7款及7.1.4條條文說明與7.1.6條第1款相矛盾。

更重要的是，如前所述，門式剛架斜梁并不總是下翼緣受壓。當其上翼緣受壓時，7.1.6條第7款是否還适用？這也是個問題。

附記：土木吧主人洪飛宇廢寝忘食為本文的整理修改盡很大努力，在此誠緻謝意！

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