钢结构抗风柱的设计

钢结构抗风柱的设计之蔡仲巾千创作时间：二O二一年七月二十九日一、介绍设置在房屋结构两端山墙内，抵当水平风荷载的钢筋 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 年夜空间、横墙少的砖混结构房屋，如工业厂房、年夜型仓库等. 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，可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，依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平安经济 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安插方法：(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.按这两种安插方法，屋面荷载全部由刚架接 受,抗风柱不接受上部刚架传递的竖向荷载,只接受墙体和自身的 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安插,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.按这种安插方法，屋面荷载由刚架及抗风 柱共同承当.抗风柱同时承当竖向荷载和风荷载.第一种安插方式即悬臂梁式.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，抗风柱自己自力接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接受的竖向荷载 差距较年夜，为防止不均匀沉降对结构受力形式的改变和晦气影响, 一般需要释放竖向约束.在轻钢厂房开始的早期，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，有时较年夜，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，采纳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接受水平风 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）主钢架接受竖向荷载和横向水平荷载；2）抗风柱接受和传递水平纵向风荷载；3）支撑体系接受纵向水平荷载.这种抗风柱的优点是：1）受力形式简单，截面较小；2）铰接节点加工和装置比力方便，本钱低；3）充沛发挥了整体结构的承载能力,总体本钱低.我们现在把简支梁式抗风柱力学模型展示如图3所示：三、设计计算对抗风柱首先要满足钢结构设计规范中对钢 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 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，下面介绍经 常使用的节点形式：3、抗风柱与屋架梁铰接节点可以看到此种柱顶铰接采纳弹簧片连接,还有采纳竖向长圆孔 连接.五、总结虽然规范中很难找到抗风柱如何设计的条文，可是只要 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 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, 可以获得比力经济的截面；而对高度比力高的厂房,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.时间：二O二一年七月二十九日