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吴海南
（中国建筑科学研究院有限公司北京构力科技有限公司北京100013）
0 前言
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015取消了此前对门式刚架轻型外墙使用的限制。同时门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义，当围墙为砌体墙时，还需要考虑其对地震作用的影响，下面将讲解软件中应如何考虑砌体外墙，考虑自重后对计算的影响砖石墙，以及作者的意见。
1 相关监管规定
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）（以下简称门式刚架规范）对该规范的适用范围提供了详细的条件。具体规定如下： 总则 1.0.2 本规范适用于高度不超过 18m、高宽比小于 1 的 A1 级建筑、单跨或多跨实体门户框架、轻型屋顶、无桥式起重机或起重能力不超过20t。 ~单层钢结构房屋配备A5工作级别桥式起重机或3t悬挂起重机。可见，现行规范已完全消除了门式刚架轻质外墙的刚性要求。
同时，门式刚架规范第6.2.4条规定：“当采用砌体墙作为挡土墙时，砌体墙的质量应沿高度方向分布至不少于两个质量集中点。钢柱的附加质量。参与框架横向水平地震效应计算"
2 模型及软件实现
采用砌体墙作为门式刚架挡土墙时，一般采用非预埋砌体（钢柱外砌的砌体），即砌体墙的荷载由其自身的条形基础或地梁决定。与基础连接的钢柱自重不作用于刚架柱的顶部和中部。砌体墙体本身与柱体一般采用柔性连接，因此无需将这部分重量布置在恒载中。质量仅参与确定地震作用时重力荷载的代表值，Geq统计在门式刚架二维设计程序中提供了附加质量的功能。可以在“补充数据”->“附加重量”中定义墙体重量，然后将其排列到对应的节点上，如下图：首先在左右列的中点添加一个节点，然后将导出的附加点荷载值分别布置到左右柱柱顶和中间四个节点的相应位置。这将使规范考虑添加砖石墙。质量要求。
图1 附加重量输入
3、考虑墙体重量前后对比
下面以单跨双坡门式刚架来说明两者结果的差异。厂房跨度26.2米，檐口高度6.9米。根据下面两张图，考虑砌体外墙的附加质量，将两侧墙均匀分布到柱的中点和顶部，每个节点的附加重量为116kN。
图2 考虑两个粒子的附加重量
另一种型号不考虑配件质量，其他参数保持不变。两种模型的对比结果如下表所示：
考虑附加重量前后主要结果比较 表1
对比上表中的两个模型，我们可以发现，由于列中节点的增加，需要增加模式数量才能满足要求。地震效应、底座剪力、柱顶位移等相关指标考虑前后会有较大差异。不同的是，考虑到砌体墙的附加质量后，柱顶位移结果直接变得不理想。
由于恒定活荷载的组合，梁应力比没有变化。同时我们发现柱应力比变化较大，但其控制组合为恒活荷载组合，与我们考虑的附加重量的地震作用无关。符合轻质房屋的受力特点，控制截面尺寸的柱外稳定应力比变化的原因需要进一步分析。两者除了模型中是否考虑附加墙体重量的区别外，考虑墙体重量而添加的节点数量也是两者的区别。因此，为了找出柱应力变化的原因，需要在不考虑附加重量的情况下对模型进行比较。中的柱体添加两个节点，然后与不考虑附加质量的模型进行比较，找出柱面外稳定应力比差异较大的原因。
向列添加节点的模型如下图：
图3 列中添加节点的模型示意图
两种模型的对比结果如下表所示：
表2 仅节点柱模型与不考虑附加质量模型的外部稳定应力比结果对比
经过比较发现，两种模型的柱外稳定应力比仍然是恒活荷载组合的结果。两个模型的柱应力比结果是一致的。因此，前面提到的是否考虑附加墙重量差异的问题并不是附加质量分布。造成的，那么是什么造成的呢？仔细分析是由于添加节点后，按照门式刚架规范要求，将柱截面作为实腹钢面外受弯构件校核，并按7.1.5-1公式计算， 那是
从公式可以看出，添加节点与不添加节点是有区别的。添加节点前后，公式中的轴力项没有太大差异。下面我们主要看弯矩项的区别。
1）公式中弯矩项中的弯矩程序读取各柱段的大端弯矩。添加节点后，柱的大端弯矩值会略有变化。
2）确定柱的弯曲稳定系数时，采用柱两端截面的弯矩比。添加节点后，柱端截面位置发生变化，特别是整柱和柱两段截面位置变化后，原来存在的柱截面在反弯点处的弯矩变为同向或整根柱两端弯矩同向。柱分段后出现反向弯曲点会导致比值甚至符号发生变化，从而导致稳定系数φb发生变化。 。
3）弯矩项中的指数项，即小端截面压应力除以大端截面压应力得到的比值，也与弯矩比的变化有关。当分段后柱截面发生变化时，截面模数的值也与弯矩比的变化有关。没有区分节点，进而影响稳定应力弯矩项指数和弯矩项稳定应力的确定。
综上，我们可以看出，使用两个模型考虑砌体墙的附加重量对柱的结果影响较大，但令我们惊讶的是，这种差异的原因并不是由于地震效应的变化。 ，但这是由于柱端增加节点后计算截面和面外稳定应力计算模型发生变化造成的。
其实，从概念上讲，对于抗震烈度低、建筑高度低、长宽比小的门式刚架，在柱顶放置附加质量就可以满足工程设计精度的要求，结合砌体，笔者认为：墙体与钢柱之间无柔性连接措施。当发生集中荷载且无集中约束（如夹层梁、板）时，增加节点设置计算柱内截面，不利于门式刚架的经济控制。让我们尝试完全减少砖石墙的额外重量。放在列顶节点上，结果会怎样呢？
图 4 所有柱顶均放置额外重量的模型简化图
两种模型的对比结果如下表所示：
表3 不同附加质量位置主模型结果对比
通过比较，我们发现，除了增加节点导致圆柱体外部稳定应力存在差异外，其他结果几乎完全一致。因此，对于抗震设防烈度较低、高度较低、长宽比较小的门，将砌体墙的附加质量放在柱顶上分析计算是可行的。
4 总结
通过本文对门式刚架轻型房屋采用砌体作为围护墙时，在考虑附加质量和不考虑附加质量的情况下，附加质量在软件中如何实现的比较分析，我们认识到：
1）在二维设计中，可利用程序中的附加权重函数将其布置在节点上，以达到规范要求的砌体墙重量参与水平地震效应的计算。
2）在考虑附加质量和不考虑附加质量的对比中，我们发现附加质量的影响对结构的底座剪力和柱顶位移有显着影响。
3）对于抗震设防烈度较低、高度较低、展弦比较小的门式刚架，柱外稳定应力的变化是由柱内节点的增设引起的门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义，与附加重量的施加没有直接关系。 。
4）当立柱内没有集中载荷或集中约束时，我认为可以尝试在立柱顶部增加额外的质量来考虑。
参考
[1] GB51022-2015，门式刚架轻型房屋钢结构设计规范[S]。北京：中国建筑工业出版社，2016
[2] CECS102：2002，门式刚架轻型房屋钢结构设计规范[S]。北京：中国规划出版社，2012
[3] 陈友泉.魏超文.门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题解读[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
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