柱间支撑吊车及抗风柱.ppt

第三部分抗风柱的设计

一、抗风柱相关知识介绍1、抗风柱：排架结构或门式刚架结构中支撑山墙墙板抵抗水平风荷载作用的主要构件。2、一般的抗风柱承受竖向荷载产生的轴心力及偏心弯矩，以及水平荷载产生的弯矩，是压弯或拉弯（墙架柱的悬吊部分）构件。砌体自承重墙的抗风柱往往只承受水平风荷载（略去自重），实际上式一种竖放的受弯构件。3、抗风柱分实腹式和格构式。当厂房较高，高度大于或等于18m时，宜用抗风桁架。当采用抗风桁架时，抗风桁架占据了厂房空间，致使主厂房吊车的有效起吊范围变窄，而且抗风桁架安装的精度要求很高，抗风梁截面很大，总体而言不经济。山墙抗风柱大多采用钢柱，钢柱与屋面结构共同承受山墙水平风荷载是现阶段用得最广泛的形式，它考虑了屋架对钢柱的约束作用，充分利用屋架承受一部分水平风荷载的作用。第31页,共40页，2024年2月25日，星期天4、抗风柱柱脚连接分为刚接和铰接。柱脚刚接或铰接对于抗风柱设计影响不大，但对于基础设计却非常关键。柱脚铰接时，基础只承受较小的轴力与水平剪力，传递给基础的轴力只有抗风柱本身的重量和相邻山墙墙板的重量。柱脚采用刚接时，传递给基础的弯矩和轴力要大得多，偏心距非常大，增加了基础边缘的压力，可能造成基础与地基脱开，对地基要求更高，不利于基础的设计。抗风柱比较高的时候，如果柱脚还采用铰接模式，抗风柱截面将很不经济，这时候可以做成刚接柱脚、或者设置抗风桁架。抗风柱与基础的连接一般采用铰接。5、抗风柱柱顶与屋面梁连接形式分为刚接、铰接、弹簧板连接及长圆孔螺栓连接。一般不建议抗风柱承受屋面的竖向荷载，抗风柱刚接或者铰接会引起屋面梁变形不协调，通常采用弹簧板连接或长圆孔螺栓连接。（变形不协调：山墙处钢架由于抗风柱的存在，相对的跨度变小，而第二榀刚架相对跨度变大，受荷面积、挠度也大于山墙钢架，变形相差较大，从而引起屋面翘曲、开裂、渗漏。）常用节点示意如下：第32页,共40页，2024年2月25日，星期天长圆孔螺栓连接弹簧板连接第33页,共40页，2024年2月25日，星期天弹簧板连接及长圆孔螺栓连接与柱顶铰接对比1）、弹簧板连接及长圆孔螺栓连接，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。弹簧板由一块钢板折叠而成，竖向刚度很弱，上部屋架可以自由变形，节点不传递竖向力，在水平方向弹簧板有一定的刚度，能够保证水平荷载的传递。弹簧板可与斜梁上翼缘连接，但可能会与檩条产生安装位置上的矛盾。3）、柱顶铰接时，山墙的水平风荷载通过抗风柱传给斜梁下翼缘（檩条、刚性系杆一般与梁的上翼缘连接，下翼缘通常没有侧向支撑），斜梁会承受侧向力和侧向力引起的侧向扭曲，而随着厂房跨度、高度的增加，产生的扭矩也会增加，斜梁就可能因为受扭而失稳。由于存在侧向力和侧向扭曲，在连接处应增设隅撑或加劲板。第34页,共40页，2024年2月25日，星期天第35页,共40页，2024年2月25日，星期天6、验算规范的选择：抗风柱验算规范的选择需与厂房的验算规范相统一。抗风柱按《门规》验算时，压弯构件容许长细比为180；按《钢规》验算时，压弯构件容许长细比为150。?抗风柱计算长度如下：（1）抗风柱与基础为铰接的情况下，抗风柱弯矩作用平面内的计算长度取为该平面内支承点间的距离。（2）弯矩作用平面外的计算长度：当设有通长刚性系杆，取为系杆之间的距离；当设有墙梁时，也可设置隅撑作为抗风柱平面外支点（设计墙梁时需考虑隅撑的轴力影响）。?抗风柱按《门规》验算时，压弯构件容许长细比为180；按《钢规》验算时，压弯构件容许长细比为150。拉弯构件容许长细比为250。当抗风柱按《门规》验算时，水平挠度容许值为L/250；按《钢规》验算时，抗风柱水平挠度容许值为L/400，L为抗风柱支点间最大距离。当厂房柱高度大于18米时，宜设置抗风桁架作为抗风柱的水平支承。抗风桁架水平挠度容许值为L/1000，L为抗风桁架水平跨度。第36页,共40页，2024年2月25日，星期天二、抗风柱的计算1、首先根据抗风柱所受的水平荷载和竖向荷载计算杆件的内力值M、N、Q。2、根据所求得的内力值，按压弯构件或拉弯构件计算杆件的强度值、弯矩作用平面内及平面外的稳定性。主要公式如下：（具体见《钢规》P45~47）第37页,共40页，2024年2月25日，星期天3、计算软件的选择及应用：1）、计算软件选择：PKPM/钢结构/工具箱/抗风柱计算及施工图计算参数的选择：见下图需根据实际情况选用，一般压型钢板墙体均需由抗风柱承重验算规范的选择需与厂房的验算规范相统一。当选择《门规》验算时，容许挠度选250；当选择《钢规》验算时，容许挠度选400。风压高度变化系数需根据实际柱高选用第