普通鋼結(jié)構(gòu)與門式剛架的支撐體系有何不同。鋼結(jié)構(gòu) （網(wǎng)架、管桁架、輕鋼）設(shè)計、施工及技術(shù)咨詢及建筑結(jié)構(gòu)加固；并從事空間結(jié)構(gòu)和相關(guān)材料的研究、技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。

在計算單層門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)時,縱向風(fēng)荷載是通過屋蓋橫向水平支撐組成的橫向水平桁架傳至柱間支撐,再通過柱間支撐傳至基礎(chǔ),《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》所給的風(fēng)荷載模式如(圖1a),而《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》引用美國MBMA的風(fēng)荷載模式如圖6.7-1(b),前者兩面山墻的均為風(fēng)吸力,體型系數(shù)均為0.7后者迎風(fēng)面山墻為風(fēng)壓力,體型系數(shù)為0.65,邊區(qū)為0.90;背風(fēng)面山墻為風(fēng)吸力,體型系數(shù)為0.15,邊區(qū)為0.30。普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊采用前者模式,可僅取端頭的第一拼橫向水平支撐桁架抵抗山墻面抗風(fēng)柱頂傳來的風(fēng)荷載,交叉支撐可按拉桿設(shè)計,壓桿退出工作,則該橫向水平桁架成為靜定結(jié)構(gòu),很容易進(jìn)行內(nèi)力計算。

而按（圖1b)模式,左端為正向風(fēng)壓力,右端為負(fù)向風(fēng)吸力,則屋蓋支撐系統(tǒng)受力與前者大不相同,此時宜將屋蓋各道支撐連在一起作為一個整體來計算,顯然,迎風(fēng)端的縱向系桿受較大的軸向壓力,隨著風(fēng)力被各道支撐承擔(dān),縱向系桿軸壓力逐步遞減,到了背風(fēng)端系桿會出現(xiàn)拉力。屋蓋支撐體系中,交叉支撐按拉桿設(shè)計,壓桿退出工作,所有縱向系桿都必須按壓桿設(shè)計,整個屋蓋支撐體系是一個超靜定體系,計算內(nèi)力不方便,為此利用規(guī)程《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定縱向力在(多道)支撐間可按均勻分布考慮”,這樣一來就明確了每道支撐所傳遞的風(fēng)荷載,亦即得知了各區(qū)段的縱向系桿的軸壓力,由此整個屋蓋支撐體系轉(zhuǎn)化為靜定結(jié)構(gòu),就容易計算了。

現(xiàn)以一個建筑實例分別計算（圖1a)和(圖1b)兩種荷載模式下的屋面橫向水平支撐內(nèi)力,按對稱取半跨桁架計算,設(shè)建筑跨度為36m,柱距為6m,屋面平均高度10m基本風(fēng)壓設(shè)計值按0.6kN/m2,交叉支撐全部為45°,按拉桿設(shè)計,壓桿退出工作,共計4道支撐。按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》模式,僅需計算迎風(fēng)端的前面兩道受力最大支撐即可。

1.按普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊模式計算:

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定,抗風(fēng)柱頂?shù)牧镻=(18×10×0.6×0.7)/2=37.8kN,0.7為風(fēng)荷載體型系數(shù),一個抗風(fēng)柱受力為37.8/3=12.6kN,屋蓋橫向水平支撐計算見（圖2a),柱間支撐承受水平力為37.8kN

2.按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》模式計算

根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定,考慮風(fēng)荷載體型系數(shù)的不均勻性,端頭區(qū)Z=0.1B=3.6m,各抗風(fēng)柱頂?shù)氖芰σ妶D6.72(b),計算每道支撐往下傳力,按對稱取半跨計算,以屋脊處為支撐第一節(jié)間,順序往下,到邊列柱為第四節(jié)間,每道支撐承擔(dān)四分之一的荷載需除以4:

第一節(jié)間:N1=(5.85+1.35)/4=1.80kN

第二節(jié)間:N2=(11.7+2.7)/4=3.60kN

第三節(jié)間:N3=(12.15+2.95)/4=3.78kN

第四節(jié)間:N4=(8.1+2.7)/4=2.70kN

每道柱間支撐承受水平力,N=∑N=1.8XN,第一道橫向水平支撐后的縱向系桿內(nèi)力:

第一節(jié)間:N1=-5.85+1.80=-4.05kN

第二節(jié)間:N=-11.7+3.60=-8.10kN

第三節(jié)間:N3=-12.15+3.78=-8.37kN

第四節(jié)間:N4=-8.1+2.7=-5.40kN

第二道橫向水平支撐后的縱向系桿內(nèi)力:

第一節(jié)間:M=-4.05+1.8=-2.25kN

節(jié)間:N2=-8.1+3.6=-4.50kN

第三節(jié)間:N3=-8.37+3.78=-4.59kN

第四節(jié)間:N=-5.4+2.7=-2.70kN

各縱向系桿的內(nèi)力求出之后,該支撐體系變成靜定結(jié)構(gòu),很容易逐點求出各水平支撐的內(nèi)力,見（圖2b),各支撐桿內(nèi)力規(guī)律是:

(1)縱向系桿的內(nèi)力,包括橫向水平支撐中的直腹桿隨縱向延伸而逐步降低

(2)所有斜桿的內(nèi)力在同一節(jié)間不變,隨傳遞方向朝柱間支撐而迅速增大;

(3)每個柱間支撐所受水平力相同

共計縱向水平力4N=4×11.88=47.52kN,各支撐桿件內(nèi)力見圖6.72(b),負(fù)號為

3.比較前面的兩種計算結(jié)果,可以得知:

(1)傳統(tǒng)計算模式的支撐內(nèi)力值大大高于

(2)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》整體計算模式中,縱向系桿的軸向力將隨風(fēng)向延伸逐步遞減,而普通計算模式不計算縱向系桿內(nèi)力。

傳統(tǒng)模式不計算縱向系桿內(nèi)力,按構(gòu)造要求設(shè)置通長的縱向剛性壓桿足以保證結(jié)構(gòu)安全,通常的縱向系桿用鋼量約占屋蓋輕型檁條用鋼量的一半,如果采用檁條兼作縱向系桿可以得到很好的經(jīng)濟(jì)效益,但此時就必須算出所有縱向系桿的軸壓力。從上例的計算可以得知,軸壓力并不大,所引起的軸向應(yīng)力一般情況下不超過15N/mm2,很容易滿足計算要求。當(dāng)房屋跨度大時,水平支撐中的直腹桿的軸向力可能較大,此時可以考慮采用雙檁條模式。

事實上,輕鋼結(jié)構(gòu)整體屋蓋是由屋面蒙皮板和支撐體系共同組成,對于某些特定的板型和構(gòu)造,單是蒙皮效應(yīng)就可取代屋蓋支撐形成穩(wěn)定的空間體系,文[6.1]有詳細(xì)論述。但從安裝施工的角度考慮,支撐體系仍是必不可少的,因為在安裝時尚沒有蒙皮效應(yīng),需支撐體系來保證各構(gòu)件的穩(wěn)定性,需利用支撐來調(diào)節(jié)安裝,蒙皮效應(yīng)僅作為結(jié)構(gòu)的安全儲備考慮。

以上討論按整體屋蓋是理想剛性考慮,實際工程中,屋蓋檁條均是采用螺栓連接,且檁條常開成橢圓孔,故整體屋蓋不可能是理想剛性的,支撐體系在傳遞縱向風(fēng)荷載過程中也必然存在剪力滯后現(xiàn)象,即迎風(fēng)面的首道支撐,所承擔(dān)和傳遞的風(fēng)荷載會大于其后的各道支撐,各道支撐不是完全平均分擔(dān)荷載,但在計算中對于這些情況不予考慮也是可行的,因為有蒙皮效應(yīng)的安全儲備來補(bǔ)償這個不足之處。當(dāng)然,如果屋面板型的蒙皮效應(yīng)不強(qiáng),可以按概念設(shè)計考慮,對迎風(fēng)面前端的一、二道支撐的內(nèi)力分別乘以一個大于1.0的增大系數(shù),以策安全。