钢结构抗风柱的设计样本.docx
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钢结构抗风柱的设计样本
钢构造抗风柱设计
一、简介设立在房屋构造两端山墙内,抵抗水平风荷载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、起整体加固作用钢筋混凝土梁简称为抗风横梁。
普通用于高耸、内部大空间、横墙少砖混构造房屋,如工业厂房、大型仓库等。
图1为单层厂房透视图,咱们从图中可以看一下抗风柱位置状况:
抗风柱虽然在《钢构造设计规范》和《门式刚架规范》中均未有专门条文简介如何设计,但是作为构造受力构件,只要分析清晰它在构造体系中受力状态,按照规范有关条文进行计算分析,并满足规范规定构造规定,咱们就能合理设计出安全经济抗风柱。
接下来咱们就抗风柱设计全面简介如下:
二、力学分析
抗风柱有三种布置办法:
(1) 即抗风柱柱脚与基本刚接,柱顶与屋架通过弹簧片连接。
(2) 即抗风柱柱脚与基本铰接,柱顶与屋架通过长圆孔连接板或弹簧片连接。
按这两种布置办法,屋面荷载所有由刚架承受,抗风柱不承受上部刚架传递竖向荷载,只承受墙体和自身重量和风荷载,成为名副其实“抗风柱”。
(3)按门式刚架轻钢构造布置,抗风柱与屋架梁刚接,与钢梁、钢柱一起构成门式刚架构造。
即抗风柱柱脚与基本铰接(或刚接),柱顶与屋架刚接。
按这种布置办法,屋面荷载由刚架及抗风柱共同承担。
抗风柱同步承担竖向荷载和风荷载。
第一种布置方式即悬臂梁式。
重要特点是:
抗风柱柱脚刚接,相称于咱们普通悬臂梁受力形式,抗风柱自身独立承受墙面传递风荷载。
在过去重屋面单层工业厂房中,由于抗风柱和厂房构造柱所承受竖向荷载差距较大,为避免不均匀沉降对构造受力形式变化和不利影响,普通需要释放竖向约束。
在轻钢厂房开始初期,咱们经常看到某些图纸中,在抗风柱顶部加设弹簧板,与主钢架连接,就是这种设计理念。
这种抗风柱重要特点是:
1)柱脚刚接;
2)截面依照实际状况,有时较大,有时就会很节约;
3)顶部弹簧板连接。
咱们当前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,这种抗风柱特点是:
柱脚铰接、顶部与主钢架铰接,这种抗风柱受力形式简朴,采用较小截面就能满足。
风荷载通过抗风柱传递到主钢架,依托主钢架支撑体系承受水平风荷载。
在轻型钢构造厂房设计中,受力形式简朴,力传递途径明确。
重要特点是:
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。
这种抗风柱长处是:
1)受力形式简朴,截面较小;
2)铰接节点加工和安装比较以便,成本低;
3)充分发挥了整体构造承载能力,总体成本低。
咱们当前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一方面要满足《钢构造设计规范》中对于钢柱基本规定:
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:
侧向支撑点之间距离,可取檩条之间距离,普通为3000m
2、挠度
抗风柱挠度。
由于抗风柱受弯作为控制受力,因此也要考虑挠度,《钢构造设计规范》中主钢架挠度限值为1/400L,《门式刚规》里面对于墙梁水平挠度规定是1/180。
四、节点构造
当咱们设计完截面尺寸后,开始要完毕施工图设计,下面简介惯用节点形式:
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,尚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条文,但是只要把它受力分析清晰,再依照有关条文即可设计出经济合理截面来。
同步依照建筑使用规定及条件,合理选取抗风柱受力形式,也是咱们合理设计核心。
以我个人近年钢构造设计工作经验:
对于厂房抗风柱高度不是很高,就可以选取柱脚和柱顶都为铰接形式,可以得到比较经济截面;而对于高度比较高厂房,可选取柱脚刚接,减少计算长度,从而使截面经济性得以体现。