隅撐

隅撐是指梁與檁之間、柱與檁之間的支撐桿。牆面上的叫牆隅撐，屋面上的叫屋面隅撐。

亦有人定義為連線鋼樑和檁條的接近45度方向斜撐（在樑上的連線點靠近梁的下翼緣板）。隅撐與鋼架構件腹板的夾角不宜大於45度。

基本介紹

• 中文名：隅撐
• 外文名：Support
• 屬性：支撐桿
• 分類：牆隅撐，屋面隅撐
• 作用：保證構件的平面外的穩定性

作用

（1）為了保證構件的平面外的穩定性，減小構件平面外的計算長度。當橫樑和柱的內側翼緣需要設定側向支撐點時，可以利用連線於外側翼緣的檁條或牆梁設定隅撐。隅撐一般宜採用單角鋼製作，按照軸心受壓構件設計。

（2）為了防止受壓翼緣（梁下翼緣和柱的內側翼緣）屈曲失穩，增加受壓翼緣的穩定性而設定的。隅撐的設定是用來保證梁的下翼緣受壓部分的局部穩定。梁的上翼緣的局部穩定由與之連線的檁條保證。原因：梁的上翼緣是受拉區，不存在整體穩定問題。但是由於多少程度地存在潛在的局部穩定問題；但是一般情況下，由於局部失穩產生的橫向力很小。因此，檁條作為與之聯繫的構件，可以保證翼緣不失穩。

對於門式剛架和鋼框架來說，梁的上翼緣在支座位置上翼緣是受拉的，但在跨中則為受壓。所以梁的上翼緣的穩定性有與之連線的檁條或樓面板來保證其平面外穩定性。

計算方法

圖紙上的實際長度(節點大樣圖可以查到其長度)乘該隅撐的每米理論重量即可(隅撐一般都為角鋼，其每米理論重量可以從五金手冊中查到)。

隅撐應按照軸心受壓構件設計，軸心力N可按下列公式計算：

N=A*f*（f_y/235）^0.5/(60*cosθ)

當隅撐成對稱布置時，每根隅撐的計算軸壓力可取上述公式計算值的一半。隅撐宜採用單角鋼製作。

鋼結構隅撐-支撐框架的耗能性能分析

在一般的鋼結構建築中，抗彎框架(MRF)和中心支撐框架(CBF)這兩種結構形式套用的最為廣泛。然而，這兩種結構形式都不能同時滿足剛度和延性的要求。抗彎框架結構具有較好的延性和耗能能力，但抗側移剛度不足，中心支撐框架結構雖然具有很大的抗側移剛度，但延性不足，在大震作用下，支撐容易屈曲失穩，造成結構整體失穩破壞。為結合抗彎框架和中心支撐框架的優點同時彌補它們的不足，美國加州大學伯克利分校的Roeder和Popov提出了偏心支撐框架(EBF)結構，與中心支撐框架結構不同，它的支撐至少有一端偏離樑柱節點，而是直接連在樑上，在支撐和柱之間形成耗能梁段。通過合理選取耗能梁段的長度，使結構既有較好的抗側移剛度，又能通過耗能連梁的剪下屈服產生很好的延性。在中小地震時，結構處於彈性階段;在強震時，耗能梁段進入塑性，利用梁的塑性變形來吸收能量，而支撐始終保持為彈性。偏心支撐框架較好地解決了中心支撐所存在的強度、剛度和耗能這3種性能不匹配的問題，兼有中心支撐框架強度與剛度好以及純框架耗能大的優點。為此，偏心支撐框架結構曾一度得到了國內外廣大學者和工程設計人員的套用研究。很多國家的規範也都先後給出了偏心支撐框架結構的設計規定。但是，偏心支撐框架結構也有其致命的缺點，就是其很好的延性和耗能性能是以犧牲框架梁為代價的。只有當框架梁產生充分屈服時，偏心支撐框架結構的耗能性能和延性才能得到充分發揮，但這會導致樓層的嚴重破壞，而且由於框架梁是結構的主要構件，所以，修復起來非常困難。為了克服偏心支撐框架的這一嚴重缺陷，Aristizabal-Ochoa結合支撐的剛度和隅撐的耗能性能，提出了一種新的框架結構。在這種結構中，隅撐用作耗能構件，它的一端連在樑上，另一端連在柱上支撐有一端連在隅撐上，支撐為框架提供剛度。但由於支撐被設計成細柔構件，在地震作用下支撐發生屈曲，因此結構的耗能性能得不到發揮，所以不適合用作抗震結構。後來，Balendra等人修改了這種結構體系，提出了隅撐—支撐框架(KBF)，它在彈性階段具有與中心支撐框架相當的剛度，它在大震時又具有與偏心支撐框架相似的延性和耗能能力。隅撐—支撐框架是在偏心支撐框架的基礎上發展起來的，與偏心支撐框架相比，它具有結構主構件損壞小、震後修復容易的優點。

隅撐的耗能原理

在隅撐—支撐鋼框架結構中，隅撐的主要用途只是在水平荷載作用下提供抗側移剛度和耗能作用，在豎向作用下不是結構的主要受力構件。

圖 1 隅撐 —支撐框架的形式

（1）隅撐—支撐鋼框架的形式

典型的隅撐—支撐框架由梁、柱、支撐和隅撐構成，其外形與中心支撐框架相似，只是支撐至少有一端與隅撐連線，但支撐的軸線與梁、柱的軸線匯交於一點。常見的隅撐—支撐框架如圖1所示。圖1a為典型的隅撐—支撐框架形式；圖1b所示的結構形式一般用於跨度較大的建築中；圖1c為支撐上下兩端均與支撐相連的形式。

（2）隅撐—支撐鋼框架的耗能機理

隅撐—支撐鋼框架是一種具有耗能特性的抗側力結構體系，在風或地震水平荷載作用下，隅撐—支撐作為主要受力構件進行受力。當隅撐—支撐鋼框架受地震作用時，隅撐—支撐作為一個整體的具有耗能特性的抗側力體系進行工作。在“小震”作用下，隅撐—支撐為結構僅提供抗側移剛度，隅撐不屈服，使結構具有很好的抗側移能力。在“大震”作用下，隅撐發生剪下屈服，作為主要耗能構件進行滯回耗能，使結構具有較好的耗能性能和變形能力，從而保護了結構的主構件。在這種結構體系中，把隅撐用作“耗能保險絲”，使塑性破壞控制在結構的次要構件上，保證了結構的主要構件不破壞。為了更好地分析隅撐的耗能性能，圖2定性地給出了隅撐—支撐鋼框架在水平荷載作用下隅撐的內力分布情況。

圖 2 隅撐的內力分布

由內力分布可知，隅撐具有梁單元的受力性能，並被支撐分成兩個耗能段，每個耗能段在水平力作用下將承受較高的彎矩和均布剪力，軸向力相對較低(和隅撐—支撐間的角度有關)，其受力性能與偏心支撐框架中的耗能梁段相似。

由於耗能段所受的剪力分布均勻，如不考慮局部高應變，一旦形成剪下塑性鉸，該鉸的分布範圍將很大，甚至充滿整個耗能段。因而剪下型耗能段具有非常好的變形能力，可以耗散更多的能量。據Engelhardt和Povov分析，細部構造合理的剪下型耗能段，其轉動角度可達0.1rad，而彎曲耗能段的轉角僅可達到0.02rad。所以，剪下型耗能段比彎曲型耗能段具有更好的延性和耗能能力，設計時應優先選用剪下型耗能段。

圖 3 分析模型簡圖

隅撐—支撐框架結構的耗能性能分析

（1）分析方法

使用非線性有限元軟體ANSYS來分析隅撐—支撐鋼框架結構的滯回性能。梁、柱和隅撐採用雙重非線性四節點矩形等參殼單元Shell181，支撐採用梁單元Beam188；兩種單元都考慮了幾何和材料兩種非線性，通過線性隨動強化的材料本構關係考慮鋼材鮑辛格效應；同時不考慮初始缺陷和殘餘應力；假定材料為初始各向同性。均採用位移增量形式的牛頓—拉普森疊代法求解非線性有限元方程。

表 1 模型參數

（2）構件設計

因為隅撐—支撐鋼框架的特色是水平作用力主要由隅撐來承受，損壞也僅發生在隅撐上，其他構件均不受損壞。因此，在設計構件的尺寸時，應使隅撐先屈服。為了使隅撐的耗能性能得以充分發揮，應使支撐的承載力大於隅撐屈服時的承載力的1.6倍，以保證支撐不屈曲。模型參數見圖3和表1。

研究結論

隅撐—支撐鋼框架結構體系是一種耗能性能很好的抗側力結構體系。在風或地震水平荷載作用下，隅撐首先屈服並進行滯回耗能，從而保護了結構的主構件。根據分析結果可看出，隅撐—支撐鋼框架不僅耗能性能好，而且在框架破壞之前，隅撐可充分變形，使結構具有很好的延性，從而顯著地改善了結構的抗震性能。