钢结构抗风柱的设计
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单层钢结构厂房--基础设计(一)刚架柱下独立基础设计1.地基承载力特征值和基础材料本工程地质情况如下:±0.000m~-0.6m,回填土含腐殖质,γ=16KN/m3,fak=80KN/m2,E=300N/mm2; -0.6m~-2.70m,一般亚粘土,γ=20KN/m3,fak=230KN/m2,E=500N/mm2;-2.70m以下为风化混合土, fak=300KN/m2,E=600~1000N/mm2;地下水位位于-5.0m处。
综合考虑建筑物的用途、基础的型式、荷载大小、工程地质及水文地质条件等,持力层考虑为一般亚粘土层,fak=230KN/m2,基础的埋置深度取1.0m。
假定基础宽度小于3m,按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)式5.2.4修正fak:fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=230+1.6×[(16×0.6+20×0.4)/1.0]×(1.0-0.5)=244.1KN/m2基础采用C20混凝土,fc=9.6 N/mm2,ft=1.10N/mm2钢筋采用HPB235,fy=210N/mm2,钢筋的混凝土保护层厚度为40mm;垫层采用C10混凝土,厚100mm。
2.基础底面内力及基础底面积计算柱底截面采用荷载基本组合时的内力设计值:N=102.82KN,V=32.21KN,M=0相应的荷载效应标准组合时的内力值为:Nk=81.18KN,Vk=25.06KN,Mk=0采用锥形基础,假定基础高度H0=400mm,按(1.1~1.4)A0估计偏心受压基础的底面积A:A=(1.1~1.4)×0.36=0.40~0.50m2取A=bl=1.5×1.0m=1.5m2,W=0.375m3,基础的形状、尺寸及布置如图。
Gk=24×(1.5×1.0×0.4)+16×(1.5×1.0×0.6)=28.80KN则作用在基础底面的相应荷载效应标准值组合的内力值为:Nk=81.18+28.80=109.98KNMk=25.06×1.0=25.06KN·m基础底面压力验算:因1.2fa=292.92KN/m2>pkmax,pkmin>0,(pkmax+pkmin)/2<fa,故基础底面尺寸满足要求。
抗风柱设计 ||钢材等级:Q345柱距(m):8.000柱高(m):12.100柱截面:焊接组合H形截面:H*B1*B2*Tw*T1*T2=400*200*220*6*10*10铰接信息:两端铰接柱平面内计算长度系数:1.000柱平面外计算长度:7.000强度计算净截面系数:1.000设计规范:《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》容许挠度限值[υ]: l/400 = 30.250 (mm)风载信息:基本风压W0(kN/m2):0.420风压力体形系数μs1:1.000风吸力体形系数μs2:-1.000风压高度变化系数μz:1.050柱顶恒载(kN):0.000柱顶活载(kN):0.000墙板自承重风载作用起始高度 y0(m):1.100----- 设计依据 -----1、《建筑结构荷载规范》 (GB 50009-2012)2、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB 51022-2015) ----- 抗风柱设计 -----1、截面特性计算A =6.4800e-003; Xc =1.1000e-001; Yc =2.0602e-001; Ix =1.8694e-004; Iy =1.5547e-005;ix =1.6985e-001; iy =4.8982e-002;W1x=9.0740e-004; W2x=9.6371e-004;W1y=1.4133e-004; W2y=1.4133e-004;2、风载计算抗风柱上风压力作用均布风载标准值(kN/m): 3.528抗风柱上风吸力作用均布风载标准值(kN/m): -3.5283、柱上各断面内力计算结果△组合号 1:1.35恒+0.7*1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m): 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000轴力(kN) : 8.256 7.568 6.880 6.192 5.504 4.8164.128断面号: 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m): 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000轴力(kN) : 3.440 2.752 2.064 1.376 0.688 0.000△组合号 2:1.2恒+1.4风压+0.7*1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m): 0.000 -24.902 -47.728 -65.554 -78.358 -86.139-88.899轴力(kN) : 7.339 6.727 6.116 5.504 4.893 4.2813.669断面号: 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m): -86.638 -79.354 -67.048 -49.721 -27.371 0.000轴力(kN) : 3.058 2.446 1.835 1.223 0.612 0.000△组合号 3:1.2恒+0.6*1.4风压+1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m): 0.000 -14.941 -28.637 -39.332 -47.015 -51.684-53.340轴力(kN) : 7.339 6.727 6.116 5.504 4.893 4.2813.669断面号: 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m): -51.983 -47.612 -40.229 -29.832 -16.423 0.000轴力(kN) : 3.058 2.446 1.835 1.223 0.612 0.000△组合号 4:1.2恒+1.4风吸+0.7*1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m): 0.000 24.902 47.728 65.554 78.358 86.13988.899轴力(kN) : 7.339 6.727 6.116 5.504 4.893 4.2813.669断面号: 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m): 86.638 79.354 67.048 49.721 27.371 0.000轴力(kN) : 3.058 2.446 1.835 1.223 0.612 0.000△组合号 5:1.2恒+0.6*1.4风吸+1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m): 0.000 14.941 28.637 39.332 47.015 51.68453.340轴力(kN) : 7.339 6.727 6.116 5.504 4.893 4.2813.669断面号: 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m): 51.983 47.612 40.229 29.832 16.423 0.000轴力(kN) : 3.058 2.446 1.835 1.223 0.612 0.000柱底剪力设计值:风压力作用(kN): 24.696风吸力作用(kN): -24.6964、抗风柱强度验算结果控制组合:4设计内力:弯矩(kN.m):88.899; 轴力(kN):7.339抗风柱强度计算最大应力比: 0.322 < 1.0抗风柱强度验算满足。
钢结构梁柱估算梁的设计:1.型钢梁设计由梁的荷载和支承情况根据内力计算得到梁的最大弯矩,根据选用的型钢材料确定其抗弯强度设计值,由此求得所需要的梁净截面抵抗矩,然后在型钢规格表中选择型钢的型号。
最后对选定的型钢梁截面进行强度、刚度和整体稳定验算。
2.组合梁设计梁的截面选择步骤为:估算梁的高度(一般用经济高度)、确定腹板的厚度和翼缘尺寸,然后验算梁的强度、稳定和刚度。
柱的设计:1.实腹柱设计截面选择的步骤如下:(1)假定柱的长细比,一般在50―90范围之内,轴力大而长度小时,长细比取小值,反之取大值;(2)根据已假定的长细比,查得轴心受压稳定系数。
然后根据已知轴向力和钢材抗压强度设计值求得所需截面积;(3)求出截面两个主轴方向所需的回转半径(根据已知的两个方向的计算长度和长细比);(4)由此计算出截面轮廓尺寸的高和宽;(5)通过求得的截面面积和宽以及高,再根据构造要求、钢材规格等条件,选择柱的截面形式和确定实际尺寸;(6)验算实腹柱的截面强度、刚度,整稳和局稳;2.格构柱设计截面选择的步骤如下:(1)假定长细比,一般在50―90之间;(2)计算柱绕实轴整体稳定,用与实腹柱相同的方法和步骤选出肢件的截面规格。
根据假定的长细比,查稳定系数,最后确定所需的截面面积;(3)计算所需回转半径;(4)算出截面轮廓尺寸宽度和高度;(5)计算虚轴长细比;通过求得的面积、高度和宽度以及考虑到钢材规格及构造要求选择柱的截面形式和确定实际尺寸。
(6)强度、刚度和整稳验算;(7)缀条设计和缀板设计;回转半径就是惯性半径。
定义:任意形状截面的面积为A,则图形对y轴和z轴的惯性半径分别为iy=sqrt(Iy/A),iz=sqrt(Iz/A).特征:惯性半径是对某一坐标轴定义的;惯性半径的量纲为长度的一次方,单位为M;惯性半径的值恒为正。
用处:1,惯性矩Ix,回转半径ix=sqrt(Ix/A),长细比λx=lox/ix,截面验算:局部稳定b/t=(10+0.1λ)sqrt(235/fy);h0/tw=(25+0.5λ)sqrt(235/fy).2,知道了柱子的轴力和计算长度-假定长细比初步估计截面-选定截面计算长细比,回转半径惯性矩等-截面验算。
抗风柱设计抗风柱就是一根梁,无非是两段都是铰接,或是一端铰接一端固结,或者都是固结。
抗风柱受力的模型:大家可以清楚的看到,抗风柱只是承受一个均部的风荷载(如果考虑高度变化的话,其实应该是一个梯形荷载,就是下端小,上端大)。
这里还需要注意一个问题,就是抗风柱其实也是多少承担一些屋面梁的恒载和活载的。
不过我们通常的做法是不考虑屋面梁恒载和活载传递给抗风柱的。
而实际上,就是考虑也没有多少力量,轴向力对于抗风柱来说就无关紧要了。
(大家注意,我们一定要忽略一些对主体影响很小的因素,这样才能保证我们计算的简单化)抗风柱的计算要点:A需要参考的是轻钢规程附录的风荷载规定我们来简单解释下轻钢规程中的风荷载规定:轻型房屋钢结构的风荷载,是以我国现行国家标准《建筑结构荷载规范》为基础确定的。
计算这种房屋结构风荷载标准值时所需的风荷载体型系数,由于我国现有资料不完备,因此主要采用了美国金属房屋制造商协会《低层房屋体系手册》()中有关小坡度房屋的规定。
分析研究表明,当柱脚铰接且刚架的小于和柱脚刚接且小于(例如,檐口高度为,刚架跨度分别小于和)时,采用规定的风荷载体型系数计GB50009MBMA 1996l/h 2.3l/h 3.0h 8m l 18m 24m GB50009算所得控制截面的弯矩,较按规定的体型系数计算所得值低,即严重不安全。
因此,需要采用的规定值。
手册中关于风荷载的规定,是在有国际权威性的加拿大西安大略大学边界层风动试验室,由美国钢铁研究会、美国和加拿大钢铁工业结构研究会等专业机构共同试验研究得出,是专门针对低层钢结构房屋的,内容全面且详尽,已为多国采用,并纳入国际标准。
手册规定的风荷载体型系数必须与以年一遇的最大英里风速为基础的速度风压配套使用。
因此转换到与我国荷载规范规定的以年一遇的平均最大风速为基础的基本风压㎡配套使用时,必须乘以的平均换算系数。
此外,美国规范规定,这遇风组合时,结构构件设计的允许应力可提高倍。
#、#抗风柱计算书-------------------------------| 抗风柱设计|| || 构件:KFZ1 || 日期:2012/11/09 || 时间:09:09:59 |------------------------------------设计信息-----钢材等级:Q235柱距(m):8.800柱高(m):7.440柱截面:焊接组合H形截面:H*B1*B2*Tw*T1*T2=300*250*250*6*10*10铰接信息:两端铰接柱平面内计算长度系数:1.000柱平面外计算长度:7.440强度计算净截面系数:1.000设计规范:《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》容许挠度限值[υ]: l/400 = 18.600 (mm)风载信息:基本风压W0(kN/m2):0.400风压力体形系数μs1:1.000风吸力体形系数μs2:-1.000风压高度变化系数μz:1.000柱顶恒载(kN):0.000柱顶活载(kN):0.000考虑墙板荷载风载、墙板荷载作用起始高度y0(m):0.000-----设计依据-----1、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)2、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002) -----抗风柱设计-----1、截面特性计算A =6.6800e-003; Xc =1.2500e-001; Yc =1.5000e-001;Ix =1.1614e-004; Iy =2.6047e-005;ix =1.3186e-001; iy =6.2444e-002;W1x=7.7428e-004; W2x=7.7428e-004;W1y=2.0837e-004; W2y=2.0837e-004;2、风载计算抗风柱上风压力作用均布风载标准值(kN/m): 3.520抗风柱上风吸力作用均布风载标准值(kN/m): -3.5203、墙板荷载计算墙板自重(kN/m2) : 0.200墙板中心偏柱形心距(m): 0.260墙梁数: 6墙梁位置(m) : 1.000 1.500 3.000 4.500 6.000 7.000竖向荷载(kN) : 2.200 1.760 2.640 2.640 2.200 1.267附加弯矩(kN.m): -0.572 -0.458 -0.686 -0.686 -0.572 -0.3294、柱上各断面内力计算结果△组合号1:1.35恒+0.7*1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m):0.000 -0.372 0.029 0.275 -0.097 0.458 0.086轴力(kN) :22.388 21.952 18.546 15.734 15.298 11.297 10.861断面号:8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m):-0.285 0.270 -0.102 0.299 -0.073 0.000轴力(kN) :10.425 6.425 5.989 2.583 2.147 0.000△组合号2:1.2恒+1.4风压+0.7*1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m):0.000 -10.749 -18.918 -25.329 -30.395 -32.743-34.021轴力(kN) :19.900 19.513 16.485 13.986 13.598 10.042 9.655断面号:8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m):-33.404 -30.069 -25.664 -18.678 -10.484 0.000轴力(kN) :9.267 5.711 5.324 2.296 1.908 0.000△组合号3:1.2恒+0.6*1.4风压+1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m):0.000 -6.582 -11.340 -15.100 -18.272 -19.483 -20.382轴力(kN) :19.900 19.513 16.485 13.986 13.598 10.042 9.655断面号:8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m):-20.144 -17.946 -15.435 -11.101 -6.316 0.000轴力(kN) :9.267 5.711 5.324 2.296 1.908 0.000△组合号4:1.2恒+1.4风吸+0.7*1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m):0.000 10.088 18.969 25.818 30.223 33.558 34.175轴力(kN) :19.900 19.513 16.485 13.986 13.598 10.042 9.655断面号:8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m):32.897 30.549 25.483 19.209 10.354 0.000 轴力(kN) :9.267 5.711 5.324 2.296 1.908 0.000△组合号5:1.2恒+0.6*1.4风吸+1.4活断面号: 1 2 3 4 5 6 7弯矩(kN.m):0.000 5.921 11.392 15.588 18.099 20.298 20.536轴力(kN) :19.900 19.513 16.485 13.986 13.598 10.042 9.655断面号:8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m):19.637 18.425 15.253 11.631 6.186 0.000 轴力(kN) :9.267 5.711 5.324 2.296 1.908 0.000柱底剪力设计值:风压力作用(kN): 18.332风吸力作用(kN): -18.3325、抗风柱强度验算结果控制组合:4设计内力:弯矩(kN.m):34.175; 轴力(kN):19.900抗风柱强度计算最大应力比: 0.208 < 1.0抗风柱强度验算满足。
钢结构抗风柱如何计算
1.风荷载计算:
首先,需要计算风荷载大小。
风荷载是根据所处地区的气象数据、地面粗糙度和建筑形状等因素进行计算的。
风荷载一般由静风力和动风力组成。
静风力是指由于风的静止引起的压力分布,动风力是指由于风速引起的压力分布。
常用的风荷载计算标准有国家标准和国际标准等。
需要根据具体的设计要求选择合适的标准。
2.风荷载传递:
在计算抗风柱时,需要考虑风荷载如何传递到柱上。
该传递过程一般呈现为风荷载通过建筑结构传递到地基上。
这会产生一个水平力,在柱上产生弯矩和剪力。
需要计算这些力的大小,并将其用于柱设计。
3.柱截面尺寸设计:
在进行柱设计时,需要确定柱的截面尺寸。
钢结构的柱常用的截面形式有圆形、方形、矩形和H型等。
根据计算得到的风荷载和弯矩大小,可以选择合适的柱截面形式,并根据计算结果确定截面尺寸。
4.柱的构造形式:
柱的构造形式包括单立柱、框架结构和悬挑柱等。
不同结构形式对风荷载的抵抗能力不同,需要确定最适合的结构形式,并根据具体的设计要求来进行选择。
5.其他因素:
在计算抗风柱时,还需要考虑一些其他因素。
例如,柱的支座条件、如何连接柱与其他结构件以及柱的稳定性等。
这些因素都会对柱的设计产生影响,需要在计算中进行综合考虑。
总结起来,抗风柱的计算涉及风荷载计算、风荷载传递、柱截面尺寸设计、柱的构造形式和设计时考虑的其他因素。
在进行设计时,需遵循相应的设计规范,并根据具体的工程要求进行合理的选择和设计。
门式刚架计算书1、设计资料 (1)厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架(见图1-1)。
长度90m ,柱距6m ,跨度18m ,门式刚架檐高9m ,屋面坡度为1:10。
图1-1 门式刚架简图 (2)材料选用屋面材料:单层彩板。
墙面材料:单层彩板。
天沟:钢板天沟 (3)结构材料材质钢材:235Q ,22215/,125/v f N mm f N mm == 基础混凝土:225,12.5/c C f N mm = (4)荷载(标准值)Ⅰ静载:有吊顶(含附加荷载)0.52kN m Ⅱ活载:20.5/kN mⅢ风载:基本风压200.35/W kN m =,地面粗糙度为B 类,风载体型系数按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。
确定Z 值: ①180.1 1.8,2z 3.6m m ⨯==②0.40.49 3.6,2z 7.2H m m =⨯==取较小值为3.6m ,根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》表A.0.2-1注3,因柱距6 3.6m m >,故风荷载取中间值。
详见图1-2所示图1-2 风荷载体型系数示意图(左风)Ⅳ雪荷载:20.2/kN m (5)其它本课程设计不考虑地震作用 2、荷载计算 (1)荷载取值屋面静载:20.5/kN m 屋面活载:20.5/kN m 轻质墙面及柱自重(包括柱、墙骨架):20.5/kN mm风荷载:基本风压20 1.050.350.37/W kN m ⨯==,按地面粗糙度为B 类; 以柱顶为准风压高度变化系数211.0,0.37/z w kN m μ==; 以屋顶为准风压高度变化系数221.0,0.37/z w kN m μ== (2)各部分作用荷载1)屋面静载 标准值:0.56 3.0/kN m ⨯=活载 标准值:0.56 3.0/kN m ⨯= 2)柱荷载静载 标准值:0.56 3.0/kN m ⨯= 3)风荷载迎风面:柱上0.3760.250.555/w q kN m =⨯⨯= 横梁上0.376 1.0 2.22/w q kN m =-⨯⨯=- 背风面:柱上0.3760.55 1.22/w q kN m =-⨯⨯=- 横梁上0.3760.65 1.44/w q kN m =-⨯⨯=- 3、内力分析采用结构力学求解器求解内力,计算简图及结果如下:(1)静载作用下的内力计算图3-1-1 静载内力计算简图(单位:KN/m)图3-1-2 静载作用下弯矩图(单位:KN·m)图3-1-3 静载作用下剪力图(单位:KN)图3-1-4 静载作用下轴力图(单位:KN) (2)活载作用下的内力计算图3-2-1 活载内力计算简图(单位:KN/m)图3-2-2 活载作用下弯矩图(单位:KN·m)图3-2-3 活载作用下剪力图(单位:KN)图3-2-4 活载作用下轴力图(单位:KN)(3)风载作用下的内力计算1)左风情况下:图3-3-1 左风载内力计算简图(单位:KN/m)图3-3-2 左风载作用下弯矩图(单位:KN·m)图3-3-3 左风载作用下剪力图(单位:KN)图3-3-4 左风载作用下轴力图(单位:KN)2)右风情况下:右风荷载作用下,个内力图与左风荷载作用下的内力图刚好对称,不再画出。
PKPM(V3.1.5)关于门刚计算的参数设置统一规定要求由于新的门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(GB51022-2015)已经颁布并实施,原有的门刚规程(CECS102:2002)停止使用,因此对PKPM(V3.1.5)关于门刚部分的计算参数提出了如下统一要求。
刚架计算一.荷载输入1.恒荷载单板或单板+保温棉:0.2 KN/m²双板+保温棉: 0.25KN/m²2.活荷载(雪荷载)雪荷载统一按100年重现期的雪压采用建模时应将雪荷载的均匀分布与不均匀分布作为几种工况的互斥活荷载输入,积雪分布系数应根据屋面坡度确定。
相容活荷载仅当有积灰荷载时才输入例如GB51022表4.3.2中的单跨双坡屋面应考虑按1种均匀分布和2种不均匀分布情况,共输入3种互斥荷载高低屋面及相邻屋面的积雪堆积计算应比较<荷规>及<门规>,选择最不利情况进行计算,见附例题13.风荷载计算规范优先选用门式刚架规范,如门规无此类型,也可选择荷载规范调整系数β应取1.1;如选择门规。
单方向的工况应根据表4.2.2-1取2或3计算边榀刚架时,山墙抗风柱风荷载体型系数应为1(压力)和-1(吸力)4.吊车荷载吊车荷载应将所选吊车样本资料正确输入后,由程序自动导算二.其余参数设置及要求1. 当梁设置隅撑作为梁的侧向支撑点时,应勾选梁平面外支撑为隅撑,并输入隅撑规格及相关参数,梁面外计算长度由程序自动计算2. 除钢梁坡度较大外,不勾选钢梁还要按压弯构件验算平面内稳定性3. 净毛截面的比值取0.94. 除了另行规定外,地震影响系数的取值依据应选择10抗规(16年修订)5. 8度及以上地区,应选择计算水平及竖向地震,并根据规范填写竖向地震作用系数;6. 均匀分布的活荷载均需勾选不利布置,不均匀分布的活荷载选一次性加载7. 刚架应根据边榀及中间榀分别建模计算,边榀刚架梁不再设置隅撑。
8. 柱脚抗剪键应根据计算结果确定是否设置。
钢结构设计计算书一、设计资料1. 车间平面尺寸为144m×30m,柱距9m,跨度为30m,柱网采用封闭结合。
车间内有两台15t/3t中级工作制软钩桥式吊车。
2.屋面采用长尺复合屋面板,板厚50mm,檩距不大于1800mm。
檩条采用冷弯薄壁卷边Z型钢Z250×75×20×2.5,屋面坡度i=l/10。
3.钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上,柱顶标高9.000m,柱上端设有钢筋混凝土连系梁。
上柱截面为400mm×400mm,所用混凝土强度等级为C30,轴心抗压强度设计值f c =14.3N/mm2。
抗风柱的柱距为6m,上端与屋架上弦用板铰连接。
4. 钢材用Q235-B,焊条用E43系列型。
5. 屋架采用平坡梯形屋架,无天窗,外形尺寸如下图所示。
6. 该车间建于杭州近郊。
7. 屋盖荷载标准值:(l) 屋面活荷载0.50 kN/m2(2) 基本雪压s00.45 kN/m2(3) 基本风压w00.45 kN/m2(4) 复合屋面板自重0.15 kN/m2(5) 檩条自重查型钢表(6) 屋架及支撑自重0.12+0. 01l kN/m28. 运输单元最大尺寸长度为15m,高度为4.0m。
二、屋架几何尺寸及檩条设置1、屋架杆件及编号如下图各杆件尺寸运输单元最大尺寸长度15m,高度为4m 。
此屋架跨度为30米,高度为3.128m,所以可将屋架从屋脊处截断,取一半屋架作为运输单元,长度15m,高为3.128m 。
2 、檩条设置采用长尺复合屋面板,檩条间距最大允许值为1800m,另外,屋架上弦节点应设置檩条,所以将檩条设在各上弦节点上,檩距为L=1507mm,当檩条跨度在4~6m 时,至少在跨中设置一条拉条,跨度大于6m 时,宜布置两道,现檩条跨度9m,可在跨中布置二条拉条,布置如下:杆件编号 长度(mm ) 杆件编号 长度(mm ) 杆件编号 长度(mm ) 杆件编号 长度(mm ) AB 1358 ac 2850 Hf 3076 Ml 1964 TU 1358 su 2850 Hi 3076 Ll 1418 BC 1507 ce 3000 Ii 2835 Kl 2170 ST 1507 qs 3000 Ij 1964 lm 2170 CD 1507 ef 3000 Jj 1418 Kk3128RS 1507 oq 3000 kj 2170 DE 1507 fi 3000 ij 2170 QR 1507 mo 3000 Uu 1650 EF 1507 ik 3000 Tu 2238 PQ 1507 km 3000 Ts 2332 FG 1507 Aa 1650 Ss 1935 OP 1507 Ba 2238 Rs 2569 GH 1507 Bc 2332 Rq 2569 NO 1507 Cc 1935 Qq 2235 HI 1507 Dc 2569 Pq 2817 MN 1507 De 2569 Po 2817 IJ 1507 Ee 2235 Oo 2535 LM 1507 Fe 2817 No 3076 JK 1507 Ff 2817 Nm 3076 KL1507Gf2535Mm2835檩条屋架拉条斜拉条三、 支撑布置及屋架编号上弦水平支撑:下弦水平支撑:垂直支撑:中间垂直支撑两边垂直支撑四、 杆件内力计算1.荷载组合情况按荷载规范规定,取屋面活荷载和雪荷载中的大者作为可变荷载计算。
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土梁简称为抗风横梁。
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:
(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铰接(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:柱脚铰接、顶部与主钢架铰接,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)铰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3000m
2、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、抗风柱与屋架梁铰接节点
可以看到此种柱顶铰接采用弹簧片连接,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,就可以选择柱脚和柱顶都为铰接的形式,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。