门式刚架轻钢结构抗风柱的设计与分析_pdf

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。

门式刚架轻型房屋钢结构技术规范完整版20231总则1.0.1为规范门式刚架轻型房屋钢结构的设计、制作、安装及验收，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量，制定本规范。

1.0.2本规范适用于房屋高度不大于18m，房屋高宽比小于1，承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层钢结构房屋。

本规范不适用于按现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046规定的对钢结构具有强腐蚀介质作用的房屋。

1.0.3门式刚架轻型房屋钢结构的设计、制作、安装及验收，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语和符号2.1术语2.1.1门式刚架轻型房屋light-weight building with gabled frames承重结构采用变截面或等截面实腹刚架，围护系统采用轻型钢屋面和轻型外墙的单层房屋。

2.1.2房屋高度height of building自室外地面至屋面的平均高度。

当屋面坡度角不大于10°时可取檐口高度。

当屋面坡度角大于10°时应取檐口高度和屋脊高度的平均值。

单坡房屋当屋面坡度角不大于10°时，可取较低的檐口高度。

2.1.3夹层mezzanine为一侧与刚架柱连接的室内平台，通常沿房屋纵向设置，少数情况沿山墙设置。

2.1.4摇摆柱leaning stanchion上、下端铰接的轴心受压构件。

2.1.5隅撑diagonal brace用于支承斜梁和柱受压翼缘的支撑构件。

2.1.6抗风柱end wall column设置于山墙，用于将山墙风荷载传到屋盖水平支撑的柱子。

2.1.7孔口opening在房屋的外包面(墙面和屋面)上未设置永久性有效封闭装置的部分。

2.1.8敞开式房屋opening building各墙面都至少有80％面积为孔口的房屋。

2.1.9部分封闭式房屋partially enclosed building受外部正风压力的墙面上孔口总面积超过该房屋其余外包面(墙面和屋面)上孔口面积的总和，并超过该墙毛面积的10％，且其余外包面的开孔率不超过20％的房屋。

门式刚架轻钢结构设计分析摘要：对于门式刚架而言，其属于轻型房屋钢结构中非常重要的一种结构形式。

在对门式刚架轻型钢结构进行实际设计的过程中，其设计阶段的不同，实际的特点也有极大的不同，在进行设计的过程中，必须要对其中实际存在的主要矛盾进行全面的了解并掌握，以结构设计的基本原则作为实际的依据，将科学合理的技术措施应用进来，最终使更加经济、耐久、安全的结构设计出来。

基于此，本篇文章主要对门式刚架轻钢结构的设计进行深入的分析和探讨。

关键词：门式刚架轻钢结构设计分析前言：就门式刚架轻型钢结构来讲，其主要有以下特点和特征：首先，就是形式非常多，其次，就是布置具备灵活性，最后就是可以使各种使用功能的厂房设计要求得以满足。

与以往的普通钢结构相比，门式刚架轻钢结构不但具备施工速度快的特点，还具备施工速度快的特点，不仅如此，其质量相对较轻，是普通钢结构的1/2~1/3，非常便于施工。

除此以外，门式刚架轻钢结构的主要结构不仅有主钢架，还有基础和支撑体系、抗风柱等。

1.门式刚架节点和梁柱连接设计在对门式刚架与柱进行实际连接的过程中，其必须要将刚接的方式采取进来，正常情况下，有以下几种方式，即腹板焊接、腹板栓接、翼缘焊接、翼缘栓接，而具体采取哪一种方式，则要依据与梁柱截面的大小以及实际摆放的位置。

在梁祝钢接的过程中，其最重要的保障就是梁柱节点端板，对于端板的摆放形式而言，其主要有以下三种，即横放、竖放和斜放，在对端板连接进行设计的过程中，IXUS要以实际承受最大的内力为基础进而进行设计。

如果实际的内力相对较小，在进行端板连接的谷草中，要以其承受不小于较小被连接构建截面承载力的一般为基础，进而进行设计。

在对主钢架构件进行实际连接的过程中，必须要将高强度的螺栓应用进来，进而对其连接，其主要包含两种类型，即承压型和摩擦型。

如果在对端板进行连接的过程中，其只会受到弯矩或者是轴向力的作用，又或者是实际的剪力比抗滑移承载力小很多，则可以不对端板的表面进行针对性的处理。

YJK门式刚架设计用户例题展示：例题：单跨双坡门式刚架1.设计条件刚架跨度30m，柱高6m，柱距6m，屋面坡度1/10，柱网及平面布置见图，刚架形式及几何尺寸见图，屋面及墙面为压型钢板复合板。

檩条及墙梁为薄壁卷边C型钢，檩条间距 1.5m，钢材采用Q345钢。

2.荷载（1）永久荷载标准值(水平投影)屋面板及保温屋0.35 KN/m2檩条、拉条、支撑等0.05 KN/m2悬挂设备及照明灯0.10 KN/m2合计0.5KN/m2;（2）可变荷载标准值屋面活荷0.5KN/m2（3）风荷载标准值基本风压值0.5KN/m2;地面粗糙度系数按B类取值；风荷载高度变化系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用。

当高度小雨10m时按10m高度处的数值采用，??2= 1.0；风荷载体型系数按荷载规范表8.3.1取用。

3.构件设计（1）门式刚柱、门式刚梁根据门规宽厚比、高厚比要求选用截面分别为：变截面柱H600~400x300x8x12,门式刚梁分成三段截面分别为：变截面H600~400x300x8x12,等截面H400x300x8x12, 变截面H400~600x300x8x12;（2）压型钢板厚度0.6mm。

（3）檩条选用C型薄壁卷边槽钢，檩条间距 1.5m，（4）屋面支撑系统：水平交叉支撑采用?16圆钢；（5）边跨及屋脊系杆采用圆钢管?200×180；（6）柱间交叉支撑采用角钢L80x6；（7）抗风柱截面为H400x250x8x10.一：建模型采用普通建模方式1：布置网格2：布置门式刚柱、门式刚梁（1）变截面边柱要根据柱外皮位置来定义垂直边（2）由于工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，可以填写偏轴偏心来实现，并在支撑布置以及边跨系杆布置时也要考虑偏心；也可以不考虑柱偏心避免建模的繁琐，使两边跨轴线向屋脊线各移动H（小头）/2，轴线跨度减小400即可。

如下轴线网格：3：布置柱间支撑及抗风柱4：布置屋面系杆、交叉支撑5：点高找坡使用三点点高时首先要选择三点来确定一个面，然后选择在这个面上的构件。

轻型门式刚架风荷载分析与抗风措施一、引言介绍轻型门式刚架的应用背景和重要性，并简述本文的研究内容和意义。

二、轻型门式刚架结构分析1.轻型门式刚架结构形式分析2.轻型门式刚架结构受力分析三、风荷载计算1.风荷载标准及规定2.风荷载计算方法3.风荷载数据的采集和分析四、轻型门式刚架风荷载分析1.风荷载作用下的刚架结构响应分析2.刚架结构的稳定性分析3.风荷载作用下的结构变形分析五、抗风措施1.加强刚架结构的稳定性2.采用适当的材料和加强构件3.优化设计方案六、结论与展望总结本文的研究内容和成果，提出未来研究的方向和重点。

一、引言随着现代工业和物流行业的不断发展，轻型门式刚架逐渐成为工业、商业及物流设施中的重要组成部分。

它具有结构强度高、稳定性好，且易于安装等特点，广泛应用于仓库、超市、汽车制造厂等场所。

然而在实际使用过程中，轻型门式刚架也面临着可能遇到的自然灾害等不可控因素的威胁，尤其是对于暴风、暴雨等恶劣天气下的抵抗能力，需要进行充分的考虑和研究。

本文将针对轻型门式刚架风荷载的分析与抗风措施展开相关研究，旨在探究如何提高轻型门式刚架的抗风性能和稳定性，减小风灾因素的影响，为工业、商业及物流设施的建设提供可靠的技术支持。

在此基础上，本文将分别从轻型门式刚架结构分析、风荷载计算、轻型门式刚架风荷载分析和抗风措施四个方面展开研究，以全面掌握轻型门式刚架风荷载问题的核心内容，为下一步工作提供理论基础和参考依据。

在本文的研究中，本着科学、客观、细致和实践的原则，使用了系统的学术方法和实验手段，瞄准轻型门式刚架风荷载的主要问题以及我们需要增强和优化的方面，以保证最终的研究结论具有科学性和实践操作性。

二、轻型门式刚架结构分析轻型门式刚架是以冷轧型钢为主要材料，采用焊接、螺栓连接等工艺加工而成。

其基本组成部分包括上部主梁、下部次梁、立柱、横撑等。

整个结构形式简洁明了，且拥有良好的整体稳定性和耐久性。

在此基础上，本章节将重点介绍轻型门式刚架结构形式和结构受力分析。

0引言门式刚架的稳定验算主要包括两方面：主刚架平面内的稳定设计和平面外的稳定验算。

主刚架柱的截面和刚架斜梁的截面尺寸作为平面内稳定的主要因素，其中宽厚比、高厚比也影响着局部稳定设计，门刚一般控制板件宽厚比等级在S5级，属于典型的“高承载力低延性”设计理念。

对于能够二维设计的结构体系，在平面外方向的稳定则需要依靠支撑系统来保证，即纵向柱间支撑和系杆把各单品刚架连接起来，形成空间整体作用。

主刚架整体稳定承载能力的精确数值分析理论称为二阶弹塑性理论，二阶弹塑性理论在工程上又叫做极限承载力分析理论。

相比二阶弹性理论分析只考虑结构整体初始缺陷，弹塑性理论分析时必须考虑构件的几何非线性和材料非线性。

虽然目前各种计算软件都能够对结构构件和结构体系进行二阶弹塑性分析，但反观现行规范对结构的整体稳定仍旧采用近似公式分析与设计。

初步总结以下原因：①实际项目中设计师做结构的二阶弹塑性分析设计需要花费大量时间、精力在截面、几何非线性赋值即截面和材料缺陷的量化确定，因为这个步骤关系到后续计算的精确度。

②根据以上条件对结构进行二阶弹塑性分析时，得到的结构的稳定极限承载力，对应的是最低阶的失稳模态，屈曲因子大小和结构初始缺陷密切相关，而实际的稳定承载力的确定则和上述随机变量有关，常规设计方式则是通过安全系数体现。

为了将刚架整体稳定等效简化计算，工程上可通过梁构件和柱构件的稳定来反映整体的稳定承载力，即把各构件稳定看做是结构稳定的必要条件。

实际弯矩是非线性分布的需要用积分求解，引入不均匀系数来简化计算；对于构件的边界条件对构件内力影响作用则通过计算长度（系数）来体现。

现行规范有关稳定设计的欧拉公式是基于两端铰接的理想构件的研究和导算得出的结论。

但是实际工程中梁和柱边界条件相对复杂，并不属于理想铰接，而是介于铰接和刚接的半刚性约束。

因此采用实际构件和理想构件屈曲临界力相等这一前提条件，进一步反算实际构件的计算长度。

一般实腹式门式刚架按平面结构计算时，要先确定梁柱连接节点的性质，过去有半刚性，目前主要梁柱节点采用带连接板和加劲肋的高强螺栓连接，在计算时可以按照刚接假定，忽略斜刚架梁的轴向压缩变形，柱顶部可以视作水平变形相同。