抗風(fēng)柱的設(shè)計(jì)理念與建議

抗風(fēng)柱的設(shè)計(jì)理念與建議摘要：抗風(fēng)柱是排架結(jié)構(gòu)或門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)中支撐山墻墻板抵抗水平風(fēng)荷載作用的主要構(gòu)件?？癸L(fēng)柱的上端與剛架梁相連，下端設(shè)置單獨(dú)的基礎(chǔ)?？癸L(fēng)柱的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施不但影響到抗風(fēng)柱本身的受力特點(diǎn)，而且影響到與之相連的剛架、屋面支撐和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與受力。山墻抗風(fēng)形式主要有兩種；一種是采用抗風(fēng)柱與抗風(fēng)梁或抗風(fēng)桁架的組合，另一種是抗風(fēng)柱及其屋面結(jié)構(gòu)的組合。第一種結(jié)構(gòu)形式在較高廠房中比較普遍，這種是把山墻柱的水平風(fēng)荷載通過(guò)抗風(fēng)桁架傳給縱向的框架及排架，其優(yōu)點(diǎn)是充分利用了框架及排架柱的縱向剛度，從而減小山墻柱的截面尺寸。缺點(diǎn)是當(dāng)采用抗風(fēng)梁時(shí)，抗風(fēng)梁截面很大，總體而言不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)采用抗風(fēng)桁架時(shí)，抗風(fēng)桁架占據(jù)了廠房空間，致使主廠房吊車(chē)的有效起吊范圍變窄，而且抗風(fēng)桁架安裝的精度要求很高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)越來(lái)越多地應(yīng)用于各種工業(yè)與民用建筑房屋中，山墻抗風(fēng)柱大多采用鋼柱。鋼柱與屋面結(jié)構(gòu)共同承受山墻水平風(fēng)荷載是現(xiàn)階段用得最廣泛的形式。它考慮了屋架對(duì)鋼柱的約束作用，充分利用屋架承受一部分水平風(fēng)荷載的作用。1、按傳統(tǒng)抗風(fēng)柱布置。即抗風(fēng)柱柱腳與基礎(chǔ)鉸接 (或剛接)，柱頂與屋架通過(guò)彈簧片連接。按這種布置方法，屋面荷載全部由剛架承受 ,抗風(fēng)柱不承受上部剛架傳遞的豎向荷載，只承受墻體和自身的重量和風(fēng)荷載 ,成為名副其實(shí)的“抗風(fēng)柱”。2、按門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)布置。即抗風(fēng)柱柱腳與基礎(chǔ)鉸接(或剛接)，柱頂與屋架鉸接。按這種布置方法，屋面荷載由剛架及抗風(fēng)柱共同承擔(dān)?？癸L(fēng)柱同時(shí)承擔(dān)豎向荷載和風(fēng)荷載。對(duì)于第一種布置方式，抗風(fēng)柱就可以按兩端簡(jiǎn)支的梁考慮，承受計(jì)算寬度內(nèi)的均布風(fēng)荷載。計(jì)算長(zhǎng)度可以按支承情況分別取值。對(duì)于第二種布置方式，抗風(fēng)柱就需要按雙向受壓的壓彎構(gòu)件考慮，在抗風(fēng)柱平面內(nèi)承受計(jì)算寬度內(nèi)的均布風(fēng)荷載，同時(shí)還受軸向壓力。第一種布置方式在社會(huì)中普通使用。第二種布置方式有些鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)也會(huì)使用。因邊框架受荷面積較小，屋面荷載較小，故抗風(fēng)柱所受軸力不大，與只受風(fēng)荷載的抗風(fēng)柱相比沒(méi)有很大區(qū)別，用鋼量不會(huì)增加多少。但同時(shí)會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，就是邊框架與中間框架的變形相差比較大，屋面板最后使用能適應(yīng)大變形的鎖縫板來(lái)彌補(bǔ)。1、抗風(fēng)柱的柱腳節(jié)點(diǎn)分剛接和鉸接兩種形式。鉸接時(shí) ,基礎(chǔ)只承受較小的軸力與剪力，設(shè)計(jì)和構(gòu)造件簡(jiǎn)單?？癸L(fēng)柱傳遞給基礎(chǔ)的軸力只有抗風(fēng)柱本身的重量和相鄰山墻墻板的重量。如果采用剛接 ,傳遞給基礎(chǔ)的彎矩和軸力要大得多 ,偏心距非常大,不利于基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。但抗風(fēng)柱比較高的時(shí)候，如果柱腳還采用鉸接模式，抗風(fēng)柱截面將很不經(jīng)濟(jì)，這時(shí)候可以做成剛接柱腳、或者設(shè)置抗風(fēng)桁架。2、抗風(fēng)鋼柱與屋架的連接形式分為：鉸接和彈簧板連接。但是鉸接傳遞的屋面桁架豎向力會(huì)造成屋面桁架變形不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，不利于桁架的受力。因此，抗風(fēng)鋼柱柱頂一般是通過(guò)彈簧板與屋架上、下弦相連，然后通過(guò)邊跨兩榀屋架之間的剛性系桿和支撐最終傳給兩榀屋架所在的框架或排架柱的四個(gè)牛腿上。由于屋架錨栓不承受水平剪力的作用，故須在端部?jī)砷菁艿闹ё装逑略O(shè)置抗剪鍵來(lái)承受山墻傳來(lái)的水平剪力。并且端部?jī)砷菁艿纳舷孪宜街渭皠傂韵禇U除應(yīng)滿足長(zhǎng)細(xì)比要求外，還應(yīng)能承受由山墻傳來(lái)的水平風(fēng)荷載。彈簧板由一塊鋼板折疊而成，豎向剛度很弱，上部屋架可以自由變形，節(jié)點(diǎn)不傳遞豎向力，在水平方向彈簧板有一定的剛度，能夠保證水平荷載的傳遞?？癸L(fēng)柱按兩端簡(jiǎn)支梁考慮時(shí)，鉸接端只傳遞剪力和軸力，抗風(fēng)柱承受計(jì)算寬度內(nèi)的均布風(fēng)荷載與山墻墻面豎向荷載，計(jì)算長(zhǎng)度可以按支承情況分別取值。這種設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)于一般的單跨兩端山墻封閉單層廠房抗風(fēng)柱計(jì)算可優(yōu)先考慮此種方法。1、荷載計(jì)算：豎向荷載只考慮山墻墻面的荷載。風(fēng)荷載按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》公式計(jì)算。2、內(nèi)力分析抗風(fēng)柱分析模型抗風(fēng)柱的柱腳和柱頂分別由基礎(chǔ)和屋面提供豎向及水平支撐，分析模型如上圖。通過(guò)受力分析可得到構(gòu)件的最大軸壓力與均布風(fēng)荷載，同時(shí)求得構(gòu)件所承受的最大彎矩。由于規(guī)范、規(guī)程在抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)方面沒(méi)有明確的設(shè)計(jì)規(guī)定，本文通過(guò)對(duì)抗風(fēng)柱不同的布置方法與連接方式