手把手教你钢结构抗风柱的设计.docx

手把手教你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： 二、 力学分析 抗风柱有三种布置方法： 即抗风柱柱脚与基础刚接，柱顶与屋架通过弹簧片连接。 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”。 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，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3000m 2、 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。 A 址F71赴敞心￥函 每建作甜 每建作甜I由排的弟!，」受陋柯，牛特:t ■茂新％ 1饵 朱伽白 孔——与句宵日的其弊件魅底傍定条N.瞥区录T :旗，苴 ■M字职穹K垫部州T僧敬正时布民仲思即局牛 谢挡用审E第队$ 日=L^ H■--历辞算枸件理艳囿何的目犬尊藏； I一一裁百滂席器敏iflrt H原舟7.，其州做谙lm 品?一 ?争他纳瘁如#噬秤逸直果环 5、受弯整体稳定性 5L2寄矩伤用在时称仙平茴内4弟J仙用炙鹿式压青栖忏■ 1节蜻住用平面叶即挡^性： 其橡宝愕应卷下列垛定计第： 忡i BE I弯好作弄平旬博的稳定性： 或中M-—所计筹构件段也撕为扑Ht心匡知 N 打 禊敷，NZ，E?L/：LlAm 片一噂充咋朋平面向的甬心星爪构弗戛定系th 吼一一所计算曲件段沧国四仙最大