钢结构抗风柱地设计
单层钢结构厂房--基础设计
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。
钢结构梁柱估算
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。
钢结构抗风柱的设计
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。
结构答疑丨钢结构计算等相关问题汇总
结构答疑丨钢结构计算等相关问题汇总1、门刚计算主刚架贝塔值原来是取1.1，按照工程结构通用规范现在是取1.2还是1.1*1.2?答复：基于会议之前的解释，建议按1.1*1.2取值。
其中1.1是基本风压的增大系数，是直接放大在基本风压W₀上的。
2、门式刚架的屋面檩条和墙面檩条及板材需要刷防火涂料吗？如何设置？答复：《钢结构防火规范》中，3.1.1条说明中提及，对于仅做围护构件，不参与主结构受力的檩条，可以不做耐火时长的要求。
所以如果你的檩条不兼当刚性系杆，那么完全可以不考虑进行防火设计。
板材同理。
从规范的精神来理解的话，防火设计主要是保证主结构不破坏，楼板、墙板及围护的破坏，只要不影响到主结构的安全，那么都是可以不用考虑防火的。
3、高度超18m的单层厂房可以用门刚规程么？答复：《门刚规范》中18m的高度限制主要是来自于风荷载取值。
门规中的风荷载取值源于MBMA手册，该手册中的系数就是对高度不大于18m，高宽比小于1的单层房屋经风洞试验的结果，所以当超过18m时，无法按照规范中的风荷载要求进行取值了。
此时可以考虑按《荷载规范》进行风荷载的布置。
而其他构造性的要求还是可以参考的，比如变形的要求。
4、门钢结构一侧有山墙，一侧无山墙，无山墙处可否不设计抗风柱答复：抗风柱的作用就是传递山墙的风荷载，如果没有山墙，设置抗风柱就没有意义了。
当然，如果本身还兼当摇摆柱的话，那么还是需要设置的。
5、《钢结构防火涂料应用技术规程》貌似跟其它涂料规范和钢结构防火规范规定有冲突，如何理解？有施工方即通过此条不想提供膨胀型材料的等效热阻值。
问题补充：《钢结构防火涂料应用技术规程》（T/CECS 24—2020）第3.1.6 工程实践中，有的设计单位既规定了构件的耐火极限，又规定了涂层的厚度，这是不恰当的。
对于同样的耐火极限，当设计厚度和型式检验报告或型式试验报告载明的厚度不一致时，应将型式检验报告或型式试验报告载明的厚度作为能够满足钢结构防火要求的防火涂层厚度。
钢结构抗风柱如何计算
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。
抗风柱设计
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。
某地跨度15米轻钢结构单层厂房带吊车结构设计图纸
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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。