隅撑

定义

按通行的说法，隅撑指设置在梁与檩条之间、柱与檩条之间的支撑杆^[1]。由于所处部位不同，屋面部分的称屋面隅撑，墙面部分的称墙隅撑，两者都是为梁、柱提供侧向支点^[1]。另一种更具体的表述把它描述为连接钢梁与檩条、方向接近45度的斜撑，其在梁上的连接点靠近梁的下翼缘板，与钢架构件腹板的夹角一般控制在45度以内^[1]。

在标准体系中，隅撑是门式刚架轻型房屋钢结构的一项规定构件。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022-2015 单列隅撑设计一节，并在屋面斜梁平面外计算长度的条文中规定其布置条件^[4]。上海地方标准《轻型钢结构技术规程》把隅撑表述为梁或柱受压翼缘的平面外侧向支撑，并给出相应的轴压力算式^[5]。按设置位置划分，还有单隅撑与双隅撑之分^[6]。

原理

隅撑要解决的核心问题是受压翼缘的平面外稳定。当横梁和柱的内侧翼缘需要设置侧向支点时，可以利用连接于外侧翼缘的檩条或墙梁设置隅撑，由此保证构件的平面外稳定，并减小构件平面外的计算长度^[1]。梁的上翼缘通常由与之相连的檩条或楼面板保证稳定，下翼缘受压部分则主要由隅撑约束^[1]。

《钢结构通用规范》GB 55006-2021 的条文说明指出，冷弯型钢门式刚架自重小，在风吸力作用下刚架梁下翼缘转为受压，可能发生平面外失稳，因此通常在梁下翼缘设隅撑与檩条相连作为侧向支承点，此时下翼缘受压刚架梁的计算长度可取两倍的隅撑间距；刚架柱的内翼缘在风吸力下一般也需要借助隅撑与墙梁相连^[7]。

受力计算上，隅撑宜用角钢制作，并按轴心受压构件设计^[1]。上海地方标准给出的轴压力算式为 $N=\frac{A_f f}{60\cos\theta}\sqrt{\frac{f_y}{235}}$，其中 $A_f$ 为被支撑翼缘的截面面积，$f$ 为钢材强度设计值，$f_y$ 为屈服强度，$\theta$ 为隅撑与檩条轴线间的夹角；两侧成对布置时，每根隅撑的轴压力可取计算值的一半^[5]。

有研究进一步指出，隅撑与檩条组成的支撑对门式刚架横梁而言是一种弹性扭转支撑，其刚度由檩条的抗弯刚度决定，应按弹性地基梁计算弯扭失稳临界弯矩，此时不再沿用计算长度的概念^[3]。梁、柱受压翼缘承受侧向力后，经隅撑传给檩条或墙梁，再进入屋面板、墙面板与整体支撑体系，形成一条传力路径^[1]：

graph LR

A[梁、柱受压翼缘] --> B[隅撑]

B --> C[檩条或墙梁]

C --> D[屋面、墙面板与整体支撑体系]

发展历程

隅撑做法与轻钢门式刚架体系的推广密切相关。随着这类结构大量用于厂房与仓库，把受压翼缘的侧向支点设在檩条、墙梁上的构造逐步进入标准：GB 51022-2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》于2015年12月3日发布、2016年8月1日实施，其中设有隅撑设计专节^[4]。该规范对屋面斜梁隅撑的布置条件与计算长度取值作了规定，其条文说明强调隅撑不能看作梁的固定侧向支撑^[8]。

另一条发展线索是把隅撑用作抗震耗能构件。1986年，Aristizabal-Ochoa 提出可更换隅撑的思路，把隅撑设计成可屈服的耗能部件^[9]。1990年至1991年，Balendra、Sam、Liaw 等人在此基础上提出隅撑-支撑框架（knee-brace-frame，KBF），由斜撑提供侧向刚度、由隅撑受弯屈服耗散地震能量，并以拟动力试验检验其滞回特性^[2][10]。这类框架在弹性阶段具有与中心支撑框架相当的刚度，大震下又表现出与偏心支撑框架相近的延性和耗能能力，且主体构件损伤较小、震后较易修复^[11]。

国内的相关研究起步较晚。2021年发表的一项研究提出把梁柱节点改为铰接、在节点处设置隅撑以提供抗侧刚度的铰接隅撑钢框架，通过 Pushover 分析和非线性动力时程分析比较后认为，其抗侧刚度与传统抗弯钢框架相近，罕遇地震下层间侧移更小，塑性区域由梁端转移到隅撑与梁的连接部位^[9]。

应用

最典型的应用场合是轻钢门式刚架：斜梁下翼缘受压区、刚架柱内翼缘受压侧都可布置隅撑，另一端连接檩条或墙梁^[1][7]。工业厂房中常见的一类钢梁，就是下翼缘与檩条之间设置了隅撑的刚架梁，它在弯扭失稳性能上与上翼缘设檩条的刚架梁并不相同^[3]。

材料与连接方面，隅撑宜采用单角钢制作，工程量可按节点大样图量取的实际长度乘以每米理论重量计算^[1]。用于连接隅撑的螺栓可不作计算，按构造在两端各设置一个不小于M12的普通螺栓^[5]。相关审查要点提出，山墙刚架不宜设置隅撑^[12]。

在抗震体系中，隅撑-支撑框架把隅撑当作耗能构件使用：小震下隅撑为结构提供抗侧移刚度而不屈服，大震下隅撑发生剪切屈服、以滞回耗能保护梁柱等主要构件，因此也被形容为把塑性破坏限制在次要构件上的“耗能保险丝”^[11]。在防火设计方面，有意见认为隅撑属于屋盖支撑构件，其设计耐火极限宜与屋顶承重构件取同^[8]。

局限

隅撑并不能充当梁的固定侧向支承，只能起弹性支座的作用。GB 51022-2015 的条文说明指出，隅撑支撑的梁的计算长度不小于2倍隅撑间距，梁下翼缘截面面积越大，隅撑的相对支撑作用越弱、计算长度越大；因此不能因为计算长度可按两倍檩距取值就把隅撑间隔布置^[8]。

从刚度条件看，隅撑-檩条体系在多数情况下达不到使梁计算长度缩短到隅撑长度的完全支撑刚度，一般只能把计算长度减小到约2倍隅撑间距甚至更短；规范采用的弹性屈曲荷载方法不涉及计算长度，被评价为偏于保守、经济性略差^[13]。同一份资料还提示，隅撑单面布置时它成为檩条的实际支座，由此产生的反力会对屋面斜梁下翼缘形成水平作用，梁的强度与稳定计算宜考虑这一影响^[13]。

把隅撑用作耗能构件同样有前提。早期那种隅撑耗能、斜撑设计得较柔的方案，在循环荷载下斜撑会先屈曲，滞回性能难以充分发挥，并不适合直接用于抗震^[11]。此外，在隅撑-支撑框架中，隅撑在竖向荷载下不是主要受力构件，其耗能依靠自身塑性变形实现，属于以次要构件损伤换取主体构件安全的思路，破坏集中发生在隅撑等部位^[11]。

参见

• 檩条 —— 隅撑通常与檩条或墙梁相连，把受压翼缘的侧向力传给它们。

• 门式刚架 —— 隅撑应用最广的结构体系，规范对其布置有专门规定。

• 柱间支撑 —— 与隅撑同属钢结构支撑体系，但主要承担结构的整体抗侧力。

• 系杆 —— 与隅撑一起为钢梁受压翼缘提供侧向支承。

• 偏心支撑框架 —— 隅撑-支撑框架是在其基础上发展起来的抗震结构体系。