1、 课程名称： 平法标注论文 学 院： 学生姓名： 学 号： 专业班级： 任课教师： 2014 年 12 月成绩目 录中文摘要、关键词1英文摘要、关键词11 布置方式12 抗风柱的边界条件及受力特点 12.1 边界条件 22.2 受力特点 23 抗风柱与刚架梁的节点 33.1 抗风柱与斜钢梁的节点做法及应注意的问题 34 抗风柱与基础连接节点形式及分析44.1 柱脚刚接 54.2 柱脚铰接 64.3 柱脚抗剪键的设置 6结论 7参考文献 80门式刚架抗风柱的设计与分析摘 要：以实际工程为背景，对门式刚架结构抗风柱的受力特点、设计方法、构造措施进行的分析，并提出了建议性的设计方法。关键字：抗风柱
2、设计 构造Design and Discussion for Wind Resistant Pillar with Light-Weight Steel StructurAbstract:Characteristis of a wind resisitant pillar is analyzed in the paper，and some forms of wind resistantpillarsjoints at both ends are discussed .A design method is also presented at the end of the paper.Key wo
3、rds :wind resistant pillar;hinged joint;rigid joint;spring board joint; common bolt withslot;crossrange bracing引言抗风柱是门式刚架中支撑山墙的墙板抵抗水平风荷载作用的主要构件。抗风柱的上端与刚架梁相连，下端设置单独的基础。抗风柱的设计方法和构造措施不但影响到抗风柱本身的受力特点，而且影响到与之相连的刚架和基础的设计与受力。由于门式刚架结构中大都采用轻质墙体材料，使抗风柱的受力特点较传统的抗风柱有明显不同，抗风柱计算必须考虑垂直荷载和水平荷载的影响。1.布置方式传统的布置方式为排架形式
4、，如图 1 所示。而对于门式刚架来说，这种布置方式有着明显的不足：1（1）有时抗风柱要承受屋面荷载，当按压弯构件设计计算时，载面尺寸比较大。(2)根据“规程”，屋面挠度控制较宽，最大可达 1180，即跨中梁的挠度很大(如对于 24m 跨的刚架，中间挠度可达到 133m m)。而端部采用排架式，使相应部分梁几乎没有挠度，这样造成端部排架与相邻刚架屋面梁挠度相差过大，一方面影响美观，另一方面使屋面板拉开，即使对于屋面变形适应性较好的锁边屋面，也是非常不利的。门式刚架结构抗风柱如采用图 2 的方式布置。屋面荷载由刚架承受，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
5、实的“抗风柱”。2.抗风柱的边界条件及受力特点2 .1 边界条件抗风柱上端与端跨斜钢梁连接，下端与基础连接，如图 3 所示.上端的边界条件有刚接、铰接、弹簧板连接及长圆孔普通螺栓连接。弹簧板和长圆孔螺栓连接只将山墙的风荷载传递给斜钢梁，而不将屋面的竖向荷载传递给抗风柱;下端与基础连接的边界条件有刚接和铰接。2.2 受力特点抗风柱的受力情况如图 4 所示.根据边界条件和墙面板的做法等因素的不同，抗风柱的受力情况也有所不同，当上端为刚接或是铰接时，R4 存在，当弹簧板和长圆孔普通螺栓连接时，R4 不存在;当墙面板落地，直接将自重传至基础时，R2 不存在;水平风荷载 Rl 和抗风柱和墙梁自重 R3
6、始终都存在，故抗风柱的受力特点为竖放的压弯构件。2。.3.抗风柱与刚架梁的节点抗风柱的柱脚分刚接和铰接两种形式。而对门式刚架结构的抗风柱来说，采用什么样的柱脚节点对抗风柱的设计影响不大，但对于基础的设计则非常关键。抗风柱承受两种荷载：墙板自重和水平风荷载。相比较而言，水平风荷载对抗风柱的影响远大于墙板自重。抗风柱与基础的连接形式可采用刚接和铰接两种形式。铰接时，基础只承受较小的轴力和水平剪力，设计和构造件简单。抗风柱传递给基础的轴力只有抗风柱本身的重量和相邻轻质墙面的重量。如果采用刚接、传递给基础的弯矩和轴力要大的多，偏心距非常大，不利于基础的设计。3.1 抗风柱与斜钢梁的节点做法及应注意的问
7、题由于施工及斜钢梁的受力原因，刚接的做法很少，目前设计人员以铰接，弹簧板和长圆孔普通螺栓连接做法为主.图 3 列举了各种连接节点的示意图.（1）铰接节点(图 5(a)该连接的特点是:抗风柱和刚架柱在同一轴线上，且与斜梁下翼缘连接.山墙的水平风荷载通过抗风柱传给斜梁的下翼缘，而斜梁的下翼缘没有侧向支撑(凛条和刚性系杆一般都与上翼缘连接)，则使斜梁除了承受侧向力外，还承受侧向力引起的扭矩.当房屋的跨度及高度增大时，产生的扭矩更大，更使斜梁因受扭而失稳.因此，采用此连接时，应在连接处增设隅撑，或加一定数量的加劲板，来确保斜梁不因下翼缘受力而受扭失稳.此外，采用该3连接时，由于端刚架的跨度减小，使得斜
8、梁和抗风柱的截面尺寸都可以减小，比较经济，一般小跨度的房屋可以采用.但用该连接做法时，由于端部第二榻门式刚架斜梁跨度及荷载均大于端刚架斜梁的跨度和荷载，其挠度也大于端刚架斜梁的挠度.随跨度的增大，其挠度的差别也越大，两者因变形相差大，可能引起屋面翘曲、开裂、渗漏，使雨水进人保温层，致使屋面板荷载增大而造成安全隐患.故大跨度的房屋此种连接应慎用.（2）弹簧板和斜梁下翼缘连接(图 5(b,c)该连接做法，考虑了斜梁的竖向自由变形，但是由于弹簧板与斜梁下翼缘连接，也会引起斜梁因受扭而失稳.故应在连接处增设隅撑，或加一定数量的加劲板，来确保斜梁不因下翼缘受力而受扭失稳。（3）弹簧板和斜梁上翼缘连接(图
9、 5(d,e)该种连接既考虑了斜梁的竖向自由变形，也考虑了斜梁的受扭稳定问题.由于弹簧板与斜梁上翼缘连接，而上翼缘有凛条和刚性系杆作为平面外的支撑点，水平风荷载可以直接传递给凛条和撑杆，避免了斜梁的附加扭矩.从变形、传力路径上分析，该连接比较合理.但应注意连到上翼缘可能和凛条产生安装位置上的矛盾。（4 长圆孔普通螺栓连接(图 5(f)从变形、传力路径分析，该种连接做法比较合理，也便于制作和施工.缺点是不能用于抗风柱和端刚架在同一轴线时的情况。4.抗风柱与基础连接节点形式及分析抗风柱与基础连接分铰接和刚接两种形式.对于门式刚架轻钢结构中的抗风柱来说，采用何种柱脚对抗风柱的设计影响不大，但对基础的
10、设计却非常关键。抗风柱承受两种荷载:墙板自重和水平风荷载。相比较而言，水平风荷载对抗风柱的影响远大于墙板自重。4抗风柱与基础的连接形式可采用刚接和铰接两种形式。铰接时，基础只承受较小的轴力和水平剪力，设计和构造件简单。抗风柱传递给基础的轴力只有抗风柱本身的重量和相邻轻质墙面的重量。如果采用刚接、传递给基础的弯矩和轴力要大的多，偏心距非常大，不利于基础的设计。4 .1 柱脚刚接(图 6)以某一具体工程为例进行对比，基础的埋深为室外地平下 2m，地基承载力设计值为 140kPa。抗风柱所承担的墙面部分的恒载设计值为 25kN。基础地面上部土体和混凝土的平均重度取为 20kN/讨，基础为正方形的独立
11、基础。当采用刚接柱脚时，抗风柱除了承受轴力 N 和水平剪力 V 外，柱底还存在很大的由风荷载产生的弯矩 M，基础则要受到偏心荷载作用(图 5)，偏心距 e:e=( M + VH ）/ ( F + G )其中 M 为柱底弯矩;N 为柱脚轴力;V 为柱脚水平剪力;G 为基础底面以上压重，h 为基础高度.由于偏心荷载作用下一方面使基础的截面增大，增加造价，另一方面使基础底面受力不均匀，使基础发生倾斜，甚至会影响房屋的正常使用.按照规范的要求，需要很大的底面积才能避免基础与地面拖开。对本例，保持基础的埋深和形状不变，采用刚接方法需要的基础平面尺寸为 l.5mx 1.5m，可以保证基础底面不与地基脱离，
12、同时满足承载力的要求。如果允许基础与地基脱离，则需要的基础平面尺寸为 1.2mx 1.2m，基础有1/4 与地基脱离，边缘的最大压力为 153kPa，小于 1. 2fa 的要求。同时，由于风荷载是一个长期反复作用的荷载，基础与地基脱离会造成地面和墙体开裂。从以上分析可以看出，抗风柱与基础之间采用刚接节点会造成两方面的问题:一方面增加了基础边缘的压力，对地基的要求更高;另一方面，会在另一侧造成基础与地基的拖开。这些问题只有通过增加基础上部的竖向荷载或增加基5础面积才能解决。而采用铰接节点则可以很好地解决上述问题。4.2 柱脚铰接(图 7)采用抗风柱与基础铰接的节点形式，基础的面积需要 900mm
13、 x 900mm。此时，由于抗风柱的剪力传递给基础顶面而在基础底面产生的弯距为7.8kN“m，偏心距只有 0. 135m。基础底面的最大压力:P=(F+G)/A+Vh/W=135kPa(1 .2 x 140kPa)F 一柱轴力设计值;G 一基础自重设计值;A-基础底面面积;V-基础顶面剪力;h 一基础高度;W 一基础底面抗弯系数。当采用铰接柱脚时，抗风柱基础只承受轴力 N 和水平剪力 v，不存在由于弯矩引起的大偏心问题.从而避免了以上问题，降低了基础的造价;方便设计.柱脚构造简单.施工方便。4 .3 柱脚抗剪键的设置抗风柱一般承受的荷载有:墙板自重，抗风柱自重，墙梁自重和水平风荷载.大多房屋山
14、墙墙面板落地，直接传给基础，则抗风柱只承受自重、墙梁自重和风荷载.抗风柱和墙梁自重小，所承担的水平风荷载大，很难满足门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的要求.故应设置抗剪键.6结论对于门式刚架轻型钢结构房屋的抗风柱设计，可以概括为以下几点:(1)当刚架跨度大时，抗风柱与斜梁铰接连接方式应慎用，以防止屋面梁变形不协调，可采用弹簧板或是长圆孔普通螺栓的连接方式.(2)当抗风柱与斜梁下翼缘连接时，应加隅撑或是加一定数量的加劲板来防止斜梁因附加扭矩而失稳.(3)抗风柱和基础的连接宜采用铰接节点，可减少基础工程量，且设计方便，构造简单，便于施工.(4)抗风柱柱底应验算是否需要设置抗剪键.7参考文献1中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会，中国建筑标准设计研究院.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102 ; )M.北京:中国计划出版社.2钢结构设计手册钢结构编辑委员会.钢结构设计手册(上册)(第 3 版)M.北京:中国建筑工业出版社.3中华人民共和国建设部.钢结构设计规范(GB50017 )M.北京:中国建筑工业出版社.4李春.浅谈门式刚架轻型钢结构厂房中抗风柱的设置 J.福建:福建建筑科技.
