1.引言
在輕鋼結構建筑中，支撐系統是結構的重要組成部分之一，設置支撐（屋面、柱間）是保證結構縱向穩定的重要結構體系。在安裝階段支撐系統作為保證結構側向穩定的重要措施，將各結構構件連為穩定的整體，有利于施工安全。在使用階段，其作為承受縱向風載或地震作用的受力構件，對整體結構起到至關重要的作用。
本文將對支撐的布置及設計方法提出筆者的觀點，并探討其對檁條設計的影響。
2．支撐系統的布置原則
不同國家規范對不同結構的支撐系統在布置上有不同的要求及設計原則。比如：《AISI》[1]認為當考慮金屬屋面或墻面板的蒙皮效應時，可減少或不設置支撐系統。我國《GB50017-2003》[2]，認為柱間支撐宜設置在廠房的溫度區段的中間，而屋面支撐宜布置在廠房的端開間或第二開間。我國的《CECS102：2002》[3]，針對輕鋼結構也提出了支撐系統的布置原則。
筆者認為，在每個溫度區段中，應分別設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系，對分期擴建的結構，尚應考慮擴建部分影響。屋面的橫向支撐應優先布置在第一或第二開間，橫向支撐間的距離宜取30~45m，且宜4~6個開間設置一道。
柱間支撐，無吊車時宜設置在有屋面支撐的同一開間，當因建筑功能影響，在不同開間設置時（如圖2），應采取有效的措施，保證屋面支撐水平力的可靠傳遞，并應考慮安裝階段的結構整體穩定（如要求增加施工臨時支撐等），且間隔不宜超過兩個開間，當屋面橫向支撐的寬度大于60m時，宜適當設置內列柱間支撐以減少屋面支撐的水平側移(見圖5)。當有吊車時，因吊車梁的剛度較大，此時下部柱間支撐宜設置在溫度區段的中間以減少溫度應力，當溫度區段較長時，可在三分點處設置[3]，當溫度區段長度為60~120m時，也可以在中間處連續設置兩道，但受力分析時只考慮一道[6]，上部柱間支撐宜與屋面支撐設置在同一開間。
在設置了柱間支撐的柱列的柱頂及支撐的腹桿應布置剛性系桿，其它位置剛性系桿的設置應結合支撐計算模型假定及施工安裝的條件綜合確定。當結構計算考慮空間協同作用時應設置縱向水平支撐，在屋面的托梁或托架處應結合計算假定合理設置適當的縱向水平支撐。局部夾層的結構形式亦可采用圖1所示的計算模型。
3．支撐構件屬性定義與安裝及計算模型假定的關聯
支撐構件屬性定義應結合計算模型的假定和安裝階段的驗算進行。如圖2中的支撐布置而言，第一和第二開間的系桿必須是剛性系桿，屋脊和檐口的系桿也必須是剛性系桿。其它系桿的屬性則要區別對待，若設計屋面水平支撐時，考慮多道支撐共同承受水平荷載（如圖2，為兩道），則這些系桿將承受壓力，故應為剛性系桿，同時在安裝階段這些桿件可作為屋面梁的平面外的支撐；若設計屋面水平支撐時，只考慮端部第一道支撐承受水平荷載，則這些系桿將不必考慮承受水平荷載，其僅作為中間剛架屋面梁的平面外的支撐，當端部兩道支撐構成獨立空間穩定結構的前提下，其可按柔性系桿設計，在安裝階段這些桿件不可作為屋面梁的平面外的支撐。
4．柱向支撐的形式
結合柱距、高度及使用條件等具體情況，柱間支撐可采用夾角為30°~ 60°的交叉支撐（按只拉構件設計的交叉支撐，斜拉桿與腹桿的夾角也可小于30°）、門型剛架支撐等多種形式（見圖3）；當內列柱抽柱太多時，也可采用縱向剛架（見圖4）。同一柱列宜采用同種形式的支撐，當采用空間計算模型整體分析，或平面計算模型但按剛度分配內力時亦可混合采用不同形式的柱間支撐。
5．支撐系統的受力分析
輕鋼結構的多道支撐均可考慮按剛度分配的原則參與受力，屋面水平支撐桁架的計算跨度應取柱間支撐的橫向間距（見圖5）。為合理確定在風荷載作用下各支撐桿件及系桿的內力，宜采用圖6的計算模型，山墻一端為風壓力，另一端為風吸力。在地震作用下，也宜按此模型進行內力分析，此時地震作用可按重力荷載代表值的大小進行分配。由此模型可以看出，不論是風荷載還是地震作用，均會對主體框架梁柱產生附加的軸力，當采用平面模型進行剛架結構分析時應考慮這一影響。
6．檁條兼作壓桿的設計
按上述模型我們可以得到壓桿的軸力，但作為兼作壓桿的檁條除滿足一般檁條的功能外，尚應滿足在此軸向力及彎距作用下按壓彎構件計算的承載力及長細比等要求。一般檁條的設計均會考慮檁間支撐的作用，但正常的安裝兩者并不能同步進行，會有檁間支撐滯后的情況，這對考慮檁條兼作壓桿的設計者須引起高度重視。
檁條軸向力的產生，是在縱向風荷載或地震作用下產生的。在縱向風荷載作用下，屋面同樣存在風吸力及鼓風和吸風效應，任何僅考慮軸向力而忽略屋面風荷載影響的設計方法均是不妥的。同樣在地震作用下產生的軸向力，對應的荷載工況應為重力荷載代表值的作用，將其與其他工況進行組合也是不妥的。
在檁條的設計中，對預留的吊掛荷載[3]，亦不可簡單地作為恒載或活載考慮。在風荷載起控制時，不可考慮其作用效應，在重力荷載或地震作用起控制時，應考慮其作用效應。
7．檁間支撐的設計
檁間支撐是保證檁條側向穩定的重要構件。檁間支撐有如下幾方面的作用：1，在安裝階段，可用于調整檁條平直度。2，在使用階段，作為檁條的側向約束，可減小檁條繞弱軸的的計算長度。3，傳遞由屋面荷載引起的沿檁條平面外的傾覆力，起到減小檁條側向變形的作用。
檁間支撐可設計為剛性撐桿和柔性拉條兩種。應將其設置在檁條受壓翼緣附近（通常小于三分之一檁條高度），因此根據工程項目實際情況，可僅在檁條上（下）翼緣附近適當位置設置單層檁間支撐；也在檁條上下翼緣附近適當位置布置雙層檁間支撐；當檁條跨度較小或屋面與檁條有可靠的連接并能阻止檁條的側向變形時，在受力計算滿足要求的前提下也可以不設置。檁間支撐可按等分的原則布置，也可采用不等分的原則布置，即彎矩較大處間距小一些，彎矩較小處間距大一些。根據文獻[5]的介紹，連續檁條的反彎點也可作為一個特殊的支撐點，它可減少檁條的平面外計算長度，但不可傳遞由屋面荷載引起的沿檁條平面外的傾覆力。不論何種情況，檁間支撐布置尚應考慮施工階段檁條的穩定性。
典型的柔性拉條布置如圖7。此種布置在計算直拉條和斜拉條的內力時均應采用一個坡面的條件，按累積內力計算。典型的剛性撐桿布置可參圖7，但斜拉條的布置方向應與圖中相反，此時計算直拉條的內力時應采用一個坡面的條件，按累積內力計算，計算斜拉條的內力時應采用兩個坡面的條件，按兩個坡面的累積內力差計算。
8．結束話。
文中所訴觀點及設計方法，依筆者經驗及知識，未免有不正之處，供同仁指正與參考。
參考文獻
[1]American Iron and Steel Institute.
[2]《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）.
[3]《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102：2002）.
[5]Cold-Formed Steel Design(American Yu.W.W).
[6]Design Practice Letters(Butler).
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