钢结构抗风柱的设计

1、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士梁简称为抗风横梁。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：(

2、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较接，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较接(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

3、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：柱脚较接、顶部与主钢架较接，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

4、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）较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：柱脚较接，柱顶较接，计算长度系数为1.0;柱脚刚接，柱顶较接，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，可取楝条之间的距离，一般

5、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、抗风柱与屋架梁较接节点可以看到此种柱顶较接采用弹簧片连接，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，

6、就可以选择柱脚和柱顶都为较接的形式，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、抗风柱整体详图工中(5221)/七彩"仆3巴弯第作用fH钟昆至，。受压同件晚定系鬟名工1.2A均匀考白的爱寺杓件留a桧定茶&年收工3添5兵中JL字彬I含H蜃M*T形殿面的6纸W（同惮的并可携用中&需E5削*胃闾用口柒回作=L0»M一历计算内停段塾围内的金大日也；：供面泾电在数周口就百产Q7以他会他产1.0；4一等效宵斯桑敏应笈下划规更果用：5、受弯整体稳定性学运作屈在对长独平面内（比；轴）的熨置点压专前1青垂作为平面

7、外同装良性其检定性反我下列规定计算：I多姮作出干期内的栓定性;式中N所计算构件段也圉内的轴心压力，心«.Nk-rlEA/U.U!）i化一弯篁中用平面内的用心型压构件豆定系依M,所计算构件段港区内的笈大考匏wh在穹里作用平直内对找K受冻千缘的毛鬃面模th晨-等蛀弯亚系牧，应按下列州痘采但2、受压强度稳定性实腹式轴心受压构件的检定性应按下式计算：亲1.21）中轴心受压构件的稳定系数（取截面两主轴稳定系数中的较小者），应根据构件的长细比、钢材屈服强度和表5.1.2-1、表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在受压构件中翼绿板自由外伸宽度与箕修度，之比应符合下

8、列要求：1轴心受压构件；沁10+0.1。咛5（5.4.1-1）式中A构件两方向长细比的较大值,当AV3。时取4=30;当入>100时,8U=100.2压弯构件7137t<5.4.1-2）当强度和稽定计算中取兀=1.0时,/”/可放姿:至1572357/.HJC级板白向外伸宽度8的取值为：q毋接杓件.取81板边依翼缘线（枝,必缘的距离；时凡制构件,以内圜6&点至磔板（就）边峰的距离.5.4.2在工字形及H形截面的受压构件中,腹板计算商度脑与其厚度Q之比，应符合下列要求：1轴心受压构件：?0（25+0.5八狞（5.4.2-1）式中久构件两方向长细比的较大值；当A<30时，

9、取入=3。.当A>100时,取久=1。0.2压弯构件；当0.6时：W（16a。十0.8+25）腭5（5.4.22）当1.6VaW2.。时&M（48a，+05126.2）（5,4.2-3）17A4、堂写陛皮5.2.I港矩作用在主平面内的拉弯构件和压弯构件.其强度应按F列规定计算CNMM泰土奇士廿4/(5.2.1)式中"、刀与截面强量相应的版面复性发展系数.魔技表5.2.J采用.同裁面处绕1辆和)W1的弯矩(对J1字形威面柏为强轴y粕为弱粕hW-,Wb-对x轴和y轴的冷裁面模民，y.»r,裁面契性发展系数；对，字形截由八二1.。5，y产1.20：时符形或面y=八=1.%对其他NX币力或抵力,藏面可技衣5.2.1采用&一片然曲席IH.图3简支梁式抗风柱力学模型5.3.8受压构件的长细比不宜超过表5.3.8的容许值。表S.3.8受压构件的容许长细比N次构化名你容许长细比1林.吊架和天饰架中的杆件150柱的缝条、吊不啜或用车桁架IXF的柱间支推>支探（吊车梁或吊车桁架以卜的柱同支岸除外）20。用以减小受压构件长细比的杼件图1单层厂房透视图2、抗风