近年来，门式刚架结构因其用钢量省、造价低、施工进度快等特点被广泛采用。新版《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB 51022—2015)^[1](简称新《门规》)自正式实施以来，相比旧版《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102∶2002)^[2](简称旧《门规》)，在荷载取值、构件计算、构造规定等有较多变化，新《门规》充分考虑了门式刚架自身的特点，吸收了这些年工程实际经验，修正了以往规范中不妥之处。本文就新《门规》的几处内容进行重点说明，供设计人员在实际工程中把握、理解并准确使用新《门规》。

　　 旧《门规》和新《门规》关于风荷载的计算变动较大。下文将针对变化如何得来、借鉴了哪些内容、如何和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)^[3](简称荷载规范)协调一致、如何理解这些规定进行阐述。

　　 新《门规》第4.2.1条:门式刚架轻型房屋钢结构计算时，风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积，垂直于建筑物表面的单位面积风荷载标准值应按下式计算:

　　 式中:β为系数，计算主刚架时取1.1，计算檩条、墙梁、屋面板和墙面板及其连接时取1.5;μ_w为考虑内外风压的风荷载系数;W_O为基本风压，按荷载规范规定采用。

　　 旧《门规》附录A中第A.0.1条:垂直于建筑物表面的风荷载，应按下式计算:

　　 式中基本风压W_O按照荷载规范规定值乘以1.05采用。

　　 由此可见，新《门规》风荷载计算公式有以下几点变化:1)计算公式多了一个β系数，而旧《门规》不分主结构和维护结构，统一给基本风压乘以1.05的系数调整，可见两者的差异较大。2)关于风荷载系数:由新《门规》第4.2.2条可以看出，主结构、围护结构(屋面和墙面)的风荷载系数都针对不同情况(横向、纵向、屋面外形、坡度、敞开与否等)给出了更为详细和完善的规定。显然，风荷载系数与旧《门规》在同样情况下的取值差异较大，更突出的是，考虑到建筑内部风荷载压力有正(压)有负(吸)，且对主结构有一定的影响，给出了两种荷载工况(+i和-i)，分别进行计算，其中+i表示内力为压力，-i表示内力为吸力。

　　 查阅美国MBMA手册可知新《门规》中风荷载系数基本套用了美国MBMA手册的规定。MBMA手册中部分风荷载系数见表1～3，不同情况下风荷载系数分区图见图1,2，各种情况不一一列举。

　　 由图表可以看出(含未列图表)，除了美国MBMA手册中单位采用了英制和围护结构屋面的风荷载系数对屋面坡度的划分稍有不同外，新《门规》基本原封不动地引进了MBMA手册内容。

　　 新《门规》基本借鉴了美国MBMA手册或美国ASCE-7规范规定的风荷载系数，但是风荷载计算时用了1.1和1.5的调整系数，这也是为了和我国现行荷载规范相协调的结果。

　　 旧《门规》只是在基本风压的基础上乘以1.05的系数进行风荷载调整，此系数来源于基本风压定义的时距不同以及结构计算时系数的不同。美国ASCE-7规范的速度风压类似我国荷载规范的基本风压，其在计算时取的是3s最大风速，而荷载规范的基本风压取10min平均最大风速。美国MBMA手册规定的风荷载体型系数必须与以50年一遇的最大英里风速(单位为mph)为基础的速度风压(单位为psf)配套使用，因此转换到与我国荷载规范规定的以50年一遇的10min平均最大风速(单位为m/s)为基础的基本风压(单位为kN/m²)配套使用时，必须乘以1.4倍的平均换算系数，此外，美国ASCE-7规范规定，在遇风组合时，结构构件设计的允许应力可提高1.33倍，考虑到这两个因素的影响，引用美国MBMA手册规定的体型系数后，我国的基本风压值应乘以综合调整系数1.05(即1.4/1.33)。可见旧《门规》中1.05系数并非是考虑门式刚架结构对风荷载的敏感性，而只是一个基本风压的换算调整，门式刚架结构体系属于轻薄结构，风荷载有时起控制作用，因此旧《门规》风荷载的计算方法欠妥。

　　 新《门规》的条文说明指出，考虑到门式刚架对风荷载的敏感性，对基本风压值作了适当提高，主结构提高系数采用1.1、围护结构提高系数采用1.5，两者与荷载规范第8.1.2条和第8.6.1条相协调，且对风荷载计算系数进行调整。

　　 显然，新《门规》中没有明确说明抗风柱系数β的取值，只是界定针对主刚架β取1.1，针对檩条、墙梁、压型钢板β=1.5。所谓维护结构的定义，美国MBMA手册中有明确说明，认为抗风柱属于围护结构，所以计算风荷载时需要考虑阵风系数。其次，根据荷载规范第8.3.4条的规定，按照围护结构间接承受风荷载，阵风系数可按受荷面积进行折减的内涵去理解。阵风系数是基本风压按最大平均风速定义的，实际风荷载分布不均匀且存在峰值，因此风荷载的作用效应与受荷面积大小有关。围护结构从受荷面积最小的压型板连接件，向受荷面积适中的檩条、墙梁，再向受荷面积更大的抗风柱过渡，受荷面积越大，阵风效应越小。直至主体结构，受荷面积大了，认为风荷载平均化了，不再考虑其影响，介于两个极端之间的抗风柱，当然得考虑阵风系数的影响。

　　 新《门规》中的风荷载规定有内压，并且在主结构计算时要考虑内压正负的影响。因为门式刚架很轻很薄，内压及其反号对局部构件可能有决定性的影响。按荷载规范对普通钢结构设计时没有考虑内压的影响，这个内压对于普通钢结构的主结构是自平衡的内力，所以在结构设计时一般不考虑。但是荷载规范中对围护结构设计则考虑了内压的影响，详见荷载规范第8.3.5条。

　　 旧《门规》对考虑横梁的抗剪屈曲后强度，有个楔率要求，一旦超过这个限值，程序会将界面高厚比的要求提得很高。旧《门规》第6.1.1条6款规定如下:工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm/m时可考虑屈曲后强度(拉力场)，其受剪承载力设计值应按下列公式计算:

　　 当λ_w≤0.8时:

　　 当0.8<λ_w<1.4时:

　　 当λ_w≥1.4时:

　　 式中:λ为与板体受剪有关的参数;h_w为腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度;f_v'为腹板屈曲后抗剪强度设计值。

　　 第6.1.1条条文解释:计算公式是参照欧洲规范略加修改拟定的，认为当腹板高度变化超过60mm/m时本款不适用，此时不宜利用屈曲抗剪承载力。

　　 对比旧《门规》第6.1.1条和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)^[4](简称《钢标》)第6.3.3条可以看出旧《门规》只是对钢结构设计规范中的三个分段公式系数稍作修改。

　　 笔者认为旧《门规》存在不妥之处，在楔率超过限值的情况下不宜利用屈曲强度，也就是可以不考虑屈曲后强度，如果不考虑屈曲后强度该如何计算?而高厚比限值为，是否存在矛盾?如果不考虑屈曲后的强度，其抗剪承载力是否不满足要求?

　　 针对以上问题解答如下:

　　 (1)如果不考虑屈曲后强度，可以按腹板剪切屈曲强度计算，《钢标》第6.3.3条中有腹板抗剪屈曲强度计算公式如下。

　　 当λ_n,s≤0.8时:

　　 当0.8<λ_n,s≤1.2时:

　　 当λ_n,s>1.2时:

　　 当a/h₀≤1.0时:

　　 当a/h₀>1.0时:

　　 式中:λ_n,s为梁腹板受剪计算的正则化宽厚比;τ_cr为各种应力单独作用下的临界应力，N/mm;ε_k为钢号修正系数;h₀,t_w分别为腹板净高、腹板厚度;a为加劲肋间距，mm;η为调整系数，对简支梁取1.11，对框架梁梁端最大应力区取1。

　　 由于刚架梁为变截面梁，根据旧《门规》第6.1.1条第6款中h_w为板幅平均高度，计算时按大头截面的腹板高度取值，应该更不利，这样的计算思路能有效地利用腹板屈曲后的强度，减小用钢量。

　　 《钢标》、新《门规》与旧《门规》中参数λ_w(与板件受剪有关)的计算几乎一样，其计算公式如下:

　　 由于门式刚架、钢框架的横梁端部剪力最大处往往弯矩也最大，因而不考虑翼缘对腹板提供的约束。

　　 (2)对于受弯构件的梁，从承载能力极限状态的角度来说，在没有集中力作用下应该是抗弯控制，而非抗剪控制。

　　 新《门规》第7.1.1条第5款对以上问题进行了修订，没有再规定楔率超限后就不宜考虑屈曲后的强度，而是在计算公式中添加的一个楔率折减系数来考虑楔率的影响，内容如下。

　　 腹板高度变化的区格，考虑屈曲后强度，其受剪承载力设计值应按下列公式计算:

　　 式中:f_v为钢材抗剪强度设计值，N/mm;h_w1,h_w0为楔形腹板大端和小端腹板高度，mm;t_w为腹板的厚度，mm;λ_s为与板件受剪有关的参数;χ_tap为腹板屈曲后抗剪强度的楔率折减系数;φ_ps为考虑屈曲后强度的剪切屈曲稳定系数;γ_p为腹板区格的楔率;α为区格的长度与高度之比;a为加劲肋间距。

　　 新《门规》的颁布，采用了楔率折减系数χ_tap，优化了楔率对屈曲后强度的影响问题，并非像旧《门规》那样楔率超过60mm/m不宜考虑屈曲后强度，而新《门规》通过楔率折减来考虑屈曲后强度，更能与《钢标》相协调。

　　 新《门规》第7.1.6条对于斜梁的规定如下:

　　 斜梁和隅撑的设计，应符合下列规定:1)实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构件计算稳定。2)实腹式刚架斜梁平面外计算长度，应取侧向支撑点间的距离;当斜梁两翼缘侧向支撑点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。

　　 第7.1.6条条文解释:屋面斜梁的平面外计算长度取2倍檩距，似已成了一个默认的选项，有设计人员因此而认为隅撑可以间隔布置，显然是不对的。本条特别强调隅撑不能作为梁的固定的侧向支撑，不能充分地给梁提供侧向支撑，而仅是弹性支撑。根据理论分析，隅撑支撑梁的计算长度不小于2倍隅撑间距，梁下翼缘面积越大，则隅撑的支撑作用相对越弱，计算长度就越大。

　　 对于以上规定，新《门规》把原本工程界认定隅撑间隔布置的经验给予完全否定。查阅相关资料，新《门规》的规定及条文说明来自于《钢结构的平面外稳定》^[5]一书中的理论分析和算例得出的结论，钢梁的下翼缘受压，是靠隅撑顶住檩条，由檩条的抗弯刚度支撑，这个支撑是一种弹性支座，而非绝对可靠的固定支撑。按照稳定理论，平面外计算长度取决于弹性支座的弹簧刚度和梁翼缘的相对大小。

　　 可见，新《门规》在上述理论的基础上把原本工程界普遍认定的结论给予了明确界定(不小于两倍隅撑间距，而没说两倍的隅撑间距就能满足)。对于这个问题在工程中该如何选择，有两种方法:

　　 1)按照有可靠支撑的系杆间距来确定面外计算长度，偏保守;2)如果想充分利用隅撑的作用，则需对按照新《门规》第7.1.6条第7款计算公式确定弯矩大小和原工程界界定的两倍檩条间距算得的临界弯矩进行比较。对此，PKPM2010V4.2构件布置模块给出了三种选择来确定钢梁平面外计算长度，见图3。钢梁平面外稳定计算时PKPM2010V4.2中隅撑计算选项见图4。

　　 以某实际工程的部分梁(檩条间距为1.5m)为例，以下从4种情况分析隅撑设置。

　　 (1)情况1:将隅撑作为钢梁面外的支撑考虑，隅撑间距取2倍的檩条间距，即梁平面外计算长度取2倍檩条间距。钢梁平面外计算长度取值及对应应力比计算结果见图5。

　　 (2)情况2:将隅撑作为钢梁面外的支撑点(弹性支撑)考虑，隅撑布置间距仍为3m，隅撑设置信息及钢梁平面外计算长度取值如图4所示，对应应力比计算结果见图6。可知，靠近梁柱节点连接处，钢梁平面外应力超限。

　　 (3)情况3:在情况2的基础上，仅改变隅撑的截面大小(将等边角钢截面L63×5改为截面L90×7)，其他条件不变，钢梁应力比计算结果没有变化，计算值见图6。

　　 (4)情况4:在情况2的基础上，仅改变靠近梁柱节点区(弯矩较大段)隅撑间距，间距改为1.5m，其他条件不变，钢梁应力比计算结果如图7所示。

　　 对比图5～7可知，隅撑截面大小对钢梁侧向支撑刚度的贡献很小，如果要充分利用隅撑的作用就必须加大梁的截面尺寸或者减小隅撑布置间距，同时减小靠近梁柱节点区(弯矩较大段)隅撑间距才能得到较好的经济效果。

　　 新《门规》第7.2.4条对于抗风柱平面外计算长度进行了规定，内容如下:抗风柱作为压弯构件验算强度和稳定性，可在抗风柱和墙梁之间设置隅撑，平面外弯扭稳定的计算长度，应取不小于两倍隅撑间距。同时，新《门规》第7.1.6条第1款规定，内容如下:实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构件计算稳定。

　　 由上述可知，抗风柱平面外计算长度的取值与屋面斜梁的平面外计算长度的取值相同，而PKPMV4.2软件计算程序没有考虑墙撑有利作用，如果考虑墙撑对抗风柱平面外计算长度的贡献，可利用新《门规》第7.1.6条第7款规定进行计算。

　　 旧《门规》第6.1.4条第1款，刚架柱平面外的计算长度取为纵向支撑点之间的距离。

　　 新《门规》第7.1.5条对于钢柱平面外计算长度进行了明确规定，内容如下:变截面柱的平面外稳定分析段按本条式(7.1.5-1)～(7.1.5-5)计算，当不能满足要求时，应设置侧向支撑或隅撑，并验算每段的平面外稳定。

　　 相比旧《门规》，新《门规》条文从严规定了钢柱平面外计算长度的取值，条文中提到平面外稳定应分段计算，这是考虑到楔形钢柱截面刚度沿长度变化，两端相差较大，杆件中间部位的两端可能存在异号弯矩，因此确定计算长度时进行分段处理，同时考虑各段间的相互作用。条文指出，当分段计算不能满足要求时，考虑隅撑的作用对分段范围内钢柱平面外临界弯矩的影响，并非指计算长度取隅撑间距。

　　 当门式刚架柱的截面大小是由平面外控制，且算得钢柱平面外应力超限时，从经济性角度考虑，可沿纵向在钢柱中间部位增加通长系杆，设置上下柱间支撑，这样既稳妥又经济。但是新《门规》中提到了隅撑对钢柱平面外稳定的有利作用，但并未像钢梁一样明确提出考虑隅撑对钢柱平面外计算长度影响计算方法。此时可利用新《门规》第7.1.6条第7款的规定进行手算，确定隅撑有利作用时的计算长度，而不能在考虑隅撑有利作用时盲目地设定钢柱平面外计算长度，计算时应予以注意。

　　 相比旧《门规》第6.1.3条而言，新《门规》针对多阶柱、高低跨(夹层、边柱带有附属房屋、毗屋)、屋面梁有无突变等情形，对柱平面内计算长度系数的计算进行了分类规定。

　　 新《门规》附录第A.0.8条:单层多跨房屋，当各跨屋面梁的标高无突变(无高低跨)时，可考虑各柱相互支援作用，采用修正的计算长度系数进行刚架柱的平面内稳定计算。修正的计算长度系数应按下列计算公式计算，当计算值小于1.0时，应取1.0。

　　 或:

　　 式中:N_k,h_k分别为摇摆柱上的轴力和高度;K为在檐口高度作用水平力求得的钢架抗侧刚度，N/mm;P_crj为按传统方法计算的框架柱的临界荷载。

　　 由此可知，附录第A.0.8条的计算长度系数只适用于屋面梁无突变无高低跨的门式刚架体系。

　　 当门式刚架带有夹层、毗屋的多阶钢柱或厂房牛腿导致的多阶钢柱时，钢柱的平面内计算长度应采用新《门规》附录第A.0.1～A.0.6条计算，限于篇幅，计算公式较多，不一一列举，在利用PKPM时，注意“总信息参数”设置，选择合理的计算方法，确定钢柱平面内的计算长度系数。

　　 门式刚架轻型钢结构房屋屋盖重量轻、所受地震力较小、体型低矮，具有良好的抗震性能，但国内对于这种结构的抗震性能研究较少，且存在不同的看法。现结合《建筑结构抗震设计规范》(GB50011—2010)^[6]，阐述新《门规》抗震内容的几点理解:

　　 (1)门式刚架轻型房屋一般为单层单跨或多跨，构件的截面大小，有时受风荷载组合控制，有时受地震作用组合控制。新《门规》第3.1.4条指出，当抗震设防烈度7度及以上时，应进行地震作用组合的效应验算，而对应的条文说明同时又指出，当门式刚架设有夹层或有与门式刚架相连接的附属房屋时，应进行抗震验算。根据《建筑结构抗震设计规范》(GB 50011—2010)可知，地震作用的大小直接与重力荷载代表值有关，当夹层的楼面采用钢筋混凝土楼板时，其重力荷载较单纯的门式刚架结构增大很多，且考虑因夹层造成刚心的偏置，在竖向荷载和地震作用时可能产生较大的剪力和扭矩，对梁柱受力不利，因此规范认为带夹层或有与门式刚架相连接的附属房屋应进行抗震验算。新《门规》第3.4.3条指出，当地震作用组合的效应控制结构设计时，门式刚架轻型房屋钢结构的抗震构造措施应符合有关规定，详见新《门规》第3.4.3条。

　　 (2)门式刚架构件与普通钢结构相比，长细比和板件的宽厚比较大，结构具有较大的柔性，特别是截面受地震组合作用控制时，在地震作用下可能产生较大的水平剪力，导致出现较大位移。而荷载规范中刚架柱顶位移限值，没有考虑地震作用控制时的情况。美国MBMA手册规定，当地震作用控制时，柱顶位移计算必要时应计入P-Δ效应，此时采用压型钢板时(无吊车)柱顶位移不应大于柱高的1/80。当地震作用控制时，结构计算时是否应考虑P-Δ效应对位移带来的不利影响。

　　 (3)地震作用组合效应控制时的抗震构造措施:新《门规》第3.4.3条第4款是为了加强柱间支撑的连接，防止连接部位脱落;对于7度及以上地区，当柱间支撑的支撑中心线不能交于柱脚底板处时，钢柱应考虑偏心引起的附加弯矩和剪力;第3.4.3条第4款认为，当柱脚刚接时，锚栓的面积不应小于柱截面面积的0.15倍，是为了防止锚栓断面过小被过早的拉断或拔出;当门式刚架的外墙采用砌体墙时，要注意外墙与门式刚架框架变形不协调带来的问题，新《门规》中在考虑地震作用时并没有特别的提出外墙为砌体墙时的要求，只是将一般情况下的柱顶位移限值规定为h/240(h为刚架柱的高度)，此时，若结构构件为地震作用控制且处于8度区及以上时，结构位移可能较大，为此侧墙宜采用压型钢板墙，不宜采用砌体墙，当采用砌体墙时，砌体墙应为自承重墙。

　　 屋面梁要保持稳定，需要在平面外提供支撑力，该支撑力对于导入隅撑就是其承担的轴力，新《门规》对于这个力的规定如下:隅撑应按轴心受压构件设计。轴力设计值N可按下式计算，当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴力可取计算值的1/2。

　　 这个规定来源于《钢标》第7.5.1条第1款，计算公式如下:

　　 式中:A为被支撑翼缘的截面面积;f为被支撑翼缘钢材的抗压强度设计值;θ为隅撑与檩条轴线的夹角。

　　 檩条两侧布置隅撑时，隅撑系统传递而来的支撑力简图见图8。

　　 当檩条单侧布置隅撑时，则N作用于一侧的檩条。无论单侧还是两侧布置隅撑，檩条通过隅撑顶住屋面钢梁，进行檩条计算时，应考虑隅撑传递来的轴力，支撑力对单跨檩条产生的弯矩如图9所示。

　　 新《门规》第7.2.2条对于单侧檩条布置规定如下:端部刚架的屋面斜梁与檩条之间，除本规范第7.2.3条规定的抗风柱位置外，不宜设置隅撑。

　　 第7.2.2条条文说明解释:端部屋面斜梁，因为只能单侧设置隅撑，隅撑对屋面斜梁施加了侧向推力，有潜在的危害，因此特别加以规定。

　　 在保证檩条刚度和强度的前提下，第7.2.2条条文解释中提到的所谓单侧隅撑对梁下翼缘产生侧向推力，事实上在檩条抗弯刚度、梁的弱轴抗弯刚度和扭转刚度之间分配。檩条在竖向力作用下产生的变形，很容易由梁的弱轴弯曲和面外扭转消化，檩条-隅撑系统的变形见图10。在檩条自身能力得到保证的情况下，可以有效地约束梁的平面外变形，防止其平面外变形加剧、失控，甚至失稳。对比新《门规》第7.2.2条及条文解释，似乎认为设置双侧隅撑就能避免侧向推力，从而避免变形，但是，荷载也存在不利布置，即使两侧布置隅撑，隅撑对梁的侧向推力仍然存在，因此这种水平推力相对本条文来说有待商榷，两侧布置和单侧布置隅撑得到的结论存在一定的矛盾。因此，在使用PKPM等计算软件时，当单独计算檩条临界应力满足的情况时，考虑上述提到的侧向推力，可以在临界应力满足的情况下稍微增大檩条的截面，提高檩条的抗弯刚度或者保证屋面斜梁的面外刚度(应力)有一定的富余量。

　　 通过上述分析可知，檩条靠自身的抗弯刚度支撑屋面斜梁、柱的平面外稳定。为了实现这个目的，隅撑和檩条自身都必须满足相应的计算要求，否则檩条-隅撑系统不能成立。

　　 因此，檩条对梁产生的侧向推力，在檩条抗弯能力可控的情况下，虽然存在潜在不利，但不见得需要废除单侧隅撑。应谨慎对待这个问题，杜绝一刀切。实际上，在实际项目中很少计算隅撑作用，或者没计算过这个侧向推力，但是设计过程中应该知道有这个侧向推力的存在，需引起注意。

　　 《门规》是遵循《钢标》的本质，同时结合自身特点而形成的规范，新《门规》关于风荷载的规定结合了我国荷载规范和美国相关规范，修正了旧《门规》风荷载计算的不足和漏洞;分析了新《门规》更正旧《门规》中关于楔率变化对屈曲后强度计算的错误规定的原因;新《门规》具体、明确、细化了梁柱平面内外计算长度的规定，纠正了以往的设计不妥之处，并给出了规定的来源和依据;分析了新《门规》中对带夹层或带附属房屋的门式刚架体系要进行抗震验算的原因;分析了有关抗震构造措施规定的原因;提出了当地震作用组合控制时柱顶位移限值是否需要从严考虑和侧墙材料的选择;分析了檩条-隅撑支撑体系的受力特点，指出了新《门规》中单侧不宜布置隅撑的矛盾，指出设计过程中应保证檩条有足够的抗弯刚度或屋面钢梁面外应力或抗扭刚度有足够的富余，以充分考虑檩条-隅撑体系中侧向推力带来的不利影响。