钢结构抗风柱的设计.docx

1、钢结构抗风柱的设计钢结构抗风柱的设计一、 介绍设置在房屋结构两端山墙内，抵抗水平风荷载的钢筋混凝土构造 柱简称为抗风柱。将抗风柱在水平方向连接起来、起整体加固作用的钢筋混凝 土梁简称为抗风横梁。一般用于高耸、内部大空间、横墙少的砖混结构房屋， 如工业厂房、大型仓库等。图1为单层厂房透视图，我们从图中可以看一下抗 风柱的位置情况：抗风柱虽然在钢结构设计规范和门式刚架规范中均未有专门条 文介绍如何设计，但是作为结构受力构件，只要分析清楚它在结构体系中的受 力状态，按照规范相关条文进行计算分析，并满足规范规定的构造要求，我们 就能合理的设计出安全经济的抗风柱。接下来我们就抗风柱的设计全面介绍如 下：

2、二、 力学分析抗风柱有三种布置方法：(1) 即抗风柱柱脚与基础刚接，柱顶与屋架通过弹簧片连接。(2) 即抗风柱柱脚与基础铰接，柱顶与屋架通过长圆孔连接板或弹簧片连 接。按这两种布置方法，屋面荷载全部由刚架承受 ，抗风柱不承受上部刚架传递 的竖向荷载，只承受墙体和自身的重量和风荷载 ，成为名副其实的“抗风柱”。(3) 按门式刚架轻钢结构布置，抗风柱与屋架梁刚接，与钢梁、钢柱一起 组成门式刚架结构。即抗风柱柱脚与基础铰接 (或刚接)，柱顶与屋架刚接。按 这种布置方法，屋面荷载由刚架及抗风柱共同承担。抗风柱同时承担竖向荷载 和风荷载。第一种布置方式即悬臂梁式。主要特点是：抗风柱柱脚刚接，相当于我们一

3、般的悬臂梁受力形式，抗 风柱本身独立承受墙面传递的风荷载。在过去重屋面的单层工业厂房中，因为 抗风柱和厂房结构柱所承受的竖向荷载差距较大，为避免不均匀沉降对结构受 力形式的改变和不利影响，一般需要释放竖向约束。在轻钢厂房开始的初期， 我们经常看到一些图纸中，在抗风柱的顶部加设弹簧板，与主钢架连接，就是 这种设计理念。这种抗风柱的主要特点是：1）柱脚刚接；2 ）截面根据实际情况，有时较大，有时就会很节省；3）顶部弹簧板连接。我们现在把悬臂梁式抗风柱力学模型展示如图 2所示：第二种为简支梁 式，这种抗风柱的特点是：柱脚铰接、顶部与主钢架铰接，这种抗风柱的受力 形式简单，采用较小的截面就能满足。风荷

4、载通过抗风柱传递到主钢架，依靠 主钢架的支撑体系承受水平风荷载。在轻型钢结构厂房设计中，受力形式简单， 力的传递途径明确。主要的特点是：1 ）主钢架承受竖向荷载和横向水平荷载；2 ）抗风柱承受和传递水平纵向风荷载；3）支撑体系承受纵向水平荷载。这种抗风柱的优点是：1）受力形式简单，截面较小；2 ）铰接节点加工和安装比较方便，成本低；3）充分发挥了整体结构的承载能力，总体成本低。我们现在把简支梁式抗风柱力学模型展示如图 3所示：三、设计计算对于抗风柱首先要满足钢结构设计规范中对于钢柱的基 本规定：1、容许长细比抗风柱平面内计算长度：柱脚铰接，柱顶铰接，计算长度系数为 1.0 ;柱脚刚接，柱顶铰接

5、，计算长度系数为 0.732.抗风柱平面内计算长度：侧向支撑 点之间的距离，可取檩条之间的距离，一般为 3000m2、 挠度抗风柱的挠度。由于抗风柱受弯作为控制受力，所以也要考虑挠度，钢 结构设计规范中主钢架的挠度限值为 1/400L，门式刚规里面对于墙梁水 平挠度要求是1/180。四、 节点构造当我们设计完截面尺寸后，开始要完成施工图设计，下面介绍常用的节点 形式：3、 抗风柱与屋架梁铰接节点可以看到此种柱顶铰接采用弹簧片连接，还有采用竖向长圆孔连接。五、 总结虽然规范中很难找到抗风柱如何设计的条文，但是只要把它的受力分析 清楚，再根据相关条文即可设计出经济合理的截面来。同时根据建筑的使用要

6、 求及条件，合理选择抗风柱受力形式，也是我们合理设计的关键。以我个人多 年的钢结构设计工作经验：对于厂房抗风柱高度不是很高，就可以选择柱脚和 柱顶都为铰接的形式，可以得到比较经济的截面；而对于高度比较高的厂房， 可选择柱脚刚接，减少计算长度，从而使截面经济性得以体现。4.抗风柱整体详图GTZX-Xx-X5、受弯整体稳定性 2,2孑左作用在时各柚平面内（空匚轴?的尖喪成压骂构* 1左柜低用面久创醴疋性具诊定性应任下刃规定卄第：I今矩作畀平禹虫的稔定性;(5.2.21)式中/V所卄算构件段祖曲内対軸心压力？心 .Nk-rlEA/U.U!）i.穹直哗用平页内的和心受压构M,所计尊沟侔段龜因山的煤丈穹

7、範Iwh 奇宵鲨作用平衣内对较K受用孑整的毛氏鹿模th占+?各評 点如C, 腎至住用f H钟吒眾心殳医村件0定廉数社5.1.2t匀句寺自廉覺弯杓件加必栓左襄M怖用显3计耳艮 中JLY陥厲H星臥利T形豪直的1|凰R （县伸悯许 町衣用* B幫I鳥竹綸汜禺閔口截阖Fi =lOM, 浙什郭构停段範圈内的检丈g更；:皆面，闭门戳右严Q 7,其Itttf r 1.0； 一第效$麵義铁IS按下列规E采軌书蚁弯疋累数、应按下列農定釆用:2、受压强度稳定性实腹戒轴心受压构件的稳定性应按下式计算：讲& (5121)(P轴心受压构件的稳定系数(取截面初主轴稳定系数 中的较小者)，应根据构件的氏细比、钢材屈服强度

8、和表S. 1.2-1. 5. 1.2-2的截面分类按附录C采 用.3、受压局部稳定性5.4. I在受压构件中堤缘板自由外伸宽度仆与其烽度/之比. 炷符合下列宴求：1轴心受压构件；拝 (5.4. 1-1)式中A 构件两方向长细比的较大值；当人30时.取入= 30: 当 AIO 0 时.l A=100.2压弯构件;5.4. 1-2)当强度和稳定计算中= 0时/f可放宽至15 72357/ .江JC煤板白由外伸竟度6的取(&为：对坤揍构件取81梅血PH嫌梅血塚的 即黑；对轧制沟件取内点至K邸板戟 边徐的恵离.5.4 2在工字形及H彩截面的受压构件中腹板计算禺度九与 其厚度、之比应符合下列要求，1轴心

9、受压构件：中W(25+0.5入(5. 4. 2-1)式中入一构件两方向长细比的咬大值，当A100时取A = 100.2压弯构件;(5.4.2 2)夕冬（】6血十0.说+ 25）彳亨当 1.6支搏（吊车架或芾乍桁架以卜的柱间支荐除外）200用以减小受压构件长细比的杆件2、抗风柱刚性柱脚节点3、抗风柱较接柱脚节点长细比计算公式:构件长细比入应按照F列规定确定；I截面为双轴对称或极对称的构件，入严“儿 A, = Iiy (5. 1. 2-2)式中 构件对主轴才和y的计算长度*i；u；构件敌面对主轴J和y的回转半径.对双轴对称十字形减面构件入.或儿取值不得小于5.07” (JC中b/f为悬伸板件宽厚比)