抗风柱计算
抗风柱计算书
抗风柱计算书验算规范《GB 50017-2003钢结构设计规范》《CECS 102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》《GB 50009-2001建筑结构荷载规范》构件几何信息柱高：10.2m抗风柱间距：6m柱顶节点：铰接柱脚节点：铰接截面特性：焊接H型钢H400x200x6x8A n = 5504 mm2I x = 15.126x 107 mm4 W x = 7.563 x 105 mm3 i x = 165.8 mm I y = 1.067 x 107 mm4 W y = 1.067 x 105 mm3 i y = 44.0 mmλx = 61.5 λy = 68.2（计算长度取隅撑间距3.0m）材料特性材料牌号：Q235B屈服强度fy：235.0 MPa抗拉强度设计值f：215.0 MPa抗剪强度设计值fv：125.0 MPa弹性模量E：206000.0 MPa荷载信息抗风柱承受山墙墙板重量：恒载0.60 kN/m2风荷载：基本风压W0 = 0.65 kN/m2地面粗糙度：B类风载体型系数：+1.0（风压）-1.0（风吸）高度变化系数：1.0内力计算计算简图如图所示.轴向力N = 0.6 x 10.2 x 6 = 36.72kN风压力q = 1.0 x 1.0 x 0.65 X 1.05 x 6 =4.095 kN/m“1.2恒载+1.4风载”组合：轴力 N = 36.72 x 1.2 = 44.064 kN跨中弯矩M = 1.4 x 4.095 x 10.22 / 8 = 74.56 kN.m构件强度验算截面塑性发展系数x = 1.05“1.2恒载+1.4风载”组合：x n x xN M A W γ+=101.9 MPa < 215 MPa 满足平面内整体稳定验算弯矩平面内轴心受压构件稳定系数x ϕ= 0.800 截面塑性发展系数x γ= 1.05 等效弯矩系数mx β= 1.0“1.2恒载+1.4风载”组合： (10.8)'mx x x x x Ex N M N A W N βϕγ+=-105.1MPa < 215 MPa 满足平面外整体稳定验算弯矩平面外轴心受压构件稳定系数y ϕ= 0.762 受弯构件整体稳定系数b ϕ= 0.964 截面影响系数η= 1.0等效弯矩系数tx β= 1.0“1.2恒载+1.4风载”组合： tx x y b xN M A W βηϕϕ+= 112.8MPa < 215 MPa 满足局部稳定验算翼缘：受压翼缘外伸部分b / t = 12.125< 满足 腹板0α= 2.0h 0 / t w= 64 < 0[480.5αλ+- = 100.6 满足挠度验算按标准组合“1.0恒载+1.0风载” 3/5/(384)L qL EI δ== 1 / 551 < 1 / 400 满足。
抗风柱计算书
#、#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。
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。
抗风柱设计计算书
抗风柱设计计算书-------------------------------| 抗风柱设计 || || 构件：KFZ1 || 日期：8/13/2007 || 时间：14:41:57 |------------------------------------ 设计信息 -----钢材等级：Q235柱距(m)：5.500柱高(m)：7.880柱截面：焊接组合H形截面:H*B1*B2*Tw*T1*T2=250*200*200*6*8*8 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：4.000强度计算净截面系数：0.950设计规范:《钢结构设计规范》容许挠度限值[υ]: l/400 = 19.700 (mm)风载信息：基本风压W0(kN/m2)：0.368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：0.000柱顶恒载(kN)：4.400柱顶活载(kN)：8.800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 50009-2001)2、《钢结构设计规范》 (GB 50017-2003)----- 抗风柱设计 -----1、截面特性计算A =4.6040e-003; Xc =1.0000e-001; Yc =1.2500e-001; Ix =5.3275e-005; Iy =1.0671e-005;ix =1.0757e-001; iy =4.8143e-002;W1x=4.2620e-004; W2x=4.2620e-004;W1y=1.0671e-004; W2y=1.0671e-004;2、风载计算抗风柱上风压力作用均布风载标准值(kN/m): 0.000抗风柱上风吸力作用均布风载标准值(kN/m): 0.0003、墙板荷载计算墙板自重(kN/m2) :0.120墙板中心偏柱形心距(m):0.125墙梁数 : 4墙梁位置 (m) : 1.400 2.900 4.400 5.900竖向荷载 (kN) : 1.419 0.990 0.990 1.148附加弯矩(kN.m): -0.177 -0.124 -0.124 -0.1444、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 -0.064 -0.128 0.048 -0.016 0.087 0.023 轴力(kN) ：24.523 24.205 23.887 21.653 21.334 19.679 19.361断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 0.126 0.062 0.192 0.128 0.064 0.000轴力(kN) ： 17.706 17.388 15.519 15.201 14.882 14.564△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 -0.057 -0.114 0.042 -0.015 0.077 0.020 轴力(kN) ：22.757 22.474 22.191 20.205 19.922 18.451 18.168断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 0.112 0.055 0.171 0.114 0.057 0.000轴力(kN) ： 16.697 16.414 14.753 14.470 14.187 13.904△组合号 3：1.2恒+0.6*1.4风压+1.4活断面号： 1 2 3 4 56 7弯矩(kN.m)： 0.000 -0.057 -0.114 0.042 -0.015 0.077 0.020 轴力(kN) ：26.453 26.170 25.887 23.901 23.618 22.147 21.864断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 0.112 0.055 0.171 0.114 0.057 0.000轴力(kN) ： 20.393 20.110 18.449 18.166 17.883 17.600△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 -0.057 -0.114 0.042 -0.015 0.077 0.020 轴力(kN) ：22.757 22.474 22.191 20.205 19.922 18.451 18.168断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 0.112 0.055 0.171 0.114 0.057 0.000轴力(kN) ： 16.697 16.414 14.753 14.470 14.187 13.904△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 -0.057 -0.114 0.042 -0.015 0.077 0.020 轴力(kN) ：26.453 26.170 25.887 23.901 23.618 22.147 21.864断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 0.112 0.055 0.171 0.114 0.057 0.000轴力(kN) ： 20.393 20.110 18.449 18.166 17.883 17.600柱底剪力设计值:风压力作用(kN): 0.000风吸力作用(kN): 0.0005、抗风柱强度验算结果控制组合：3设计内力：弯矩(kN.m)：0.171; 轴力(kN)：26.453抗风柱强度计算最大应力(N/mm2):6.449 < f=215.000抗风柱强度验算满足。
抗风柱计算
抗风柱的计算程式1.输入抗风柱的截面特性截面高度H800mm翼缘宽度B300mm腹板厚度tw8mm翼缘厚度tb14mm输入梁的长度L11000mm平面外计算长度S2000mm输入构件的材性Q345345Kn/m2 2.计算柱的截面特性面积A=（H-2tb）tw+2Btb14576mm2截面惯性矩Ix=（BH3-（B-t w）X（H-2t b）3）/12 1.604E+09mm4Iy=(2t b B^3+（H-2t b）t w^3）/1263032939mm4截面抵抗矩Wx=Ix/(H/2)4010604.7mm3Wy=Iy/(B/2)420219.59mm3回转半径ix=(Ix/A)^1/2331.75mmiy=(Iy/A)^1/265.76mm 长细比λx=L/ix33.16λy=L/iy30.41 3抗风柱的强度和刚度计算输入抗风柱的线荷载q k43.4Kn/m 抗风柱的线荷载设计值q=q kX1.460.76Kn/m 抗风柱的弯距标准值M k=q k L2/8656.43Kn.m 抗风柱的弯距设计值M=qL2/8919.00Kn.m 强度验算δ=M/W x229.14N/mm2输入钢材的弹性模量E206000.00E/N.mm-2挠度验算ω=5ql4/(384EIx)25.04mm输入梁的允许挠度ψ=L/18061.11mm 4整体稳定和局部稳定计算翼缘宽厚比演算B/2〈15（235/f y）1/2OK!腹板高厚比演算h0<250x(235/f y)1/2OK!整体稳定计算：抗风柱的受力按均布力跨中按无侧向支撑点计算则：βb=1.15截面不对称影响系数 (按双轴对称截面考虑）ηb=0OK! m-2OK!。
抗风柱计算(2012年版规范)
us= uz=
Wo
B= q=
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C类指有密集建筑群的城市市区； D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。（GB50009-2012，8.2.1）
二：柱几何参数（按“构造手册”第四版208页注6取） Hc= Hl= H= b= h1= h2= 三：求柱顶反力系数 2100 9000 11100 277.50 360 350 mm mm mm 400 600 mm 上柱高 （下柱高，至基础顶面） （柱全高，至基础顶面） mm mm （柱截面宽） （下柱截面高) (上柱截面高）
mm4 mm
4
下柱惯性矩 上柱惯性矩
无单位 根据09SG117-1,122页,附录二表,第6栏,R= q*H*C6,C6=3/8*[1+λ ^4*(1/n-1)]/S,n=I上/I下， 无单位 λ =H上/H，S=1+λ ^3*(1/n-1)，公式的来历见该 图集93页；梁兴文、史庆轩主编的《混凝 无单位 土结构设计（2009年4月第一版）》138～139 无单位 页有推导过程 无单位 无单位
I1=b.(h1)^3/12= I2=b.(h2)^3/12= n=I2/I1= λ =HC/H= S1=1/n-1= S2=1+λ ^4*S1= S3=1+λ^3*S1= C6=0.375*S2/S3=
四:求内力（标准值） 1.柱顶反力： R=C6*q*H=
7200000000 1429166667 0.19849537 0.189189189 4.037900875 1.005172981 1.027342902 0.366907551
抗风柱平面内计算长度系数
抗风柱平面内计算长度系数
在结构力学中，抗风柱通常指的是建筑物中用来抵抗风荷载的柱子，长度系数是用来计算柱的承载能力的一个重要参数。
长度系数一般表示为（kL/r），其中k是柱的有效长度系数，L是柱的长度，r是柱的截面半径。
在平面内的柱子受到风荷载时，可以使用欧拉公式来计算长度系数。
在平面内稳定性的情况下，柱子的长度系数（kL/r）一般可以按照以下公式进行计算：
(kL/r)=sqrt((pi^2*E)/(λ^2*G))
其中，E代表弹性模量，G代表剪切模量，λ代表柱的等效长度。
这个长度系数的计算公式是用来评估柱子在平面内承受风荷载时的稳定状况的。
在实际工程中，需要根据具体的柱子参数和风载荷的情况来进行计算。
抗风柱计算结果
抗风柱计算结果------------------------------- | 抗风柱设计 | | | | 构件：KFZ1 | | 日期：2003/08/16 | | 时间：08:10:43 | ------------------------------------ 设计信息 -----钢材等级：Q345柱距(m)：7.000柱高(m)：12.500柱截面：焊接组合H形截面:H*B1*B2*Tw*T1*T2=300*200*200*6*8*8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：6.000风载信息：基本凤压W0(kN/m2)：0.350风压力体形系数μs1：1.000风吸力体形系数μs2：-1.000凤压高度变化系数μz：1.140柱顶恒载(kN)：0.000柱顶活载(kN)：0.000墙板自承重----- 设计依据 -----1、《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）2、《钢结构设计规范》（GBJ 17-88）----- 抗风柱设计 -----1、截面特性计算A =4.9040e-003; Xc =1.0000e-001; Yc =1.5000e-001;Ix =7.9681e-005; Iy =1.0672e-005;ix =1.2747e-001; iy =4.6649e-002;W1x=5.3121e-004; W2x=5.3121e-004;W1y=1.0672e-004; W2y=1.0672e-004;2、风载计算抗风柱上风压力作用均布风载标准值(kN/m): 2.793抗风柱上风吸力作用均布风载标准值(kN/m): -2.7933、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 0.000 0.000 轴力(kN) ： 6.455 5.917 5.379 4.841 4.303 3.765 3.227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) ： 2.690 2.152 1.614 1.076 0.538 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 -23.336 -42.428 -57.278 -67.885 -74.250 -76.371 轴力(kN) ： 5.738 5.260 4.781 4.303 3.825 3.347 2.869断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： -74.250 -67.885 -57.278 -42.428 -23.336 0.000轴力(kN) ： 2.391 1.913 1.434 0.956 0.478 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 -14.001 -25.457 -34.367 -40.731 -44.550 -45.823 轴力(kN) ： 5.738 5.260 4.781 4.303 3.825 3.347 2.869断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： -44.550 -40.731 -34.367 -25.457 -14.001 0.000轴力(kN) ： 2.391 1.913 1.434 0.956 0.478 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 23.336 42.428 57.278 67.885 74.250 76.371轴力(kN) ： 5.738 5.260 4.781 4.303 3.825 3.347 2.869断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 74.250 67.885 57.278 42.428 23.336 0.000轴力(kN) ： 2.391 1.913 1.434 0.956 0.478 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 14.001 25.457 34.367 40.731 44.550 45.823 轴力(kN) ： 5.738 5.260 4.781 4.303 3.825 3.347 2.869断面号： 8 9 10 11 12 13弯矩(kN.m)： 44.550 40.731 34.367 25.457 14.001 0.000轴力(kN) ： 2.391 1.913 1.434 0.956 0.478 0.0004、抗风柱强度验算结果控制组合：2设计内力：弯矩(kN.m)：-76.371; 轴力(kN)：5.738抗风柱强度计算最大应力(N/mm2):138.092 < f=310.000抗风柱强度验算满足。
抗风柱截面计算
g= 45.53 iy= 47.97
Kg/m mm
1.3348E+07 mm4
其中ymax=h/2=
100 mm
所以 σ
72.6 N/mm2 ≤ f = 315 N/mm2
即A点满足强度要求。 ② 验算B点强度 B点正应力σ b= h'/h*σ
max=
65.35
N/mm2
max=Mymax/(φb*I)=
128.6 N/mm2 ≤ f = 315 N/mm2
综上所得：抗风柱截面 H 200 X 200 X 1
抗风柱截面计算
1.4
第2页共2页
B点剪应力τ b= VSb/Itw 其中Sb=b/2*(h*t-t2)= 1.900E+05 mm2 所以τ b= 6.13 N/mm2
2 2 b +3τ b )
B点折算应力为：SQR(σ 即B点满足强度要求。 ③ 验算C点强度 C点正应力σ c= 0 N/mm2 C点剪应力τ c= VSc/Itw
=
66.2 N/mm2 ≤ f = 315 N/mm2
其中Sc=tW/2*(h/2-t)2+b/2*(ht-t2) = 2.305E+05 mm2 所以τ c= 7.44 N/mm2 ≤ fv = 185 N/mm2 即C点满足强度要求。 五、 验算柱中挠度 挠度 fc=5q风L4/(384EI)= 21.2 mm ≤ fc =L/240= 37.5 mm 六、 验算柱整体稳定 整体稳定应力 σ 计算得φb= 0.5646
29.77
二、 初选截面形式为： H 200 X 200 X 10 X 10 材质 Q345 345 其中 h= 200 , b= 200 , tw= 10 , t= 10 三、 截面惯性矩：I=1/12*tw*h'3+2(1/12*b*t3+a2A) a=(h-t)/2= 95 mm, A=b*t= 5800 mm2 Iy= 所以 Ix= 4.0993E+07 mm4 四、 验算柱截面强度 ① 验算A点强度 σ
抗风柱的计算
上两期栏目中我们分别介绍了STS软件工具箱中一些新增的功能，这期我们针对抗风柱的计算来看看它在工具箱中的应用。
实际工程设计中，抗风柱从受力上来说，一般有这样两种类型：
一、仅承担山墙风荷载，不承担屋面竖向力
这种类型的抗风柱通常我们在平面整体模型中按偏心方式输入，做在边榀刚架之外，与刚架梁侧面连接，当然也有的设计人员采用抗风柱不设置偏心，抗风柱顶与刚架梁底采用弹簧片连接方法。
对于前一种做法，可以在STS的门式刚架“屋面、墙面设计”中设置抗风柱（如下图），
之后点取“抗风柱计算和绘图”（如下图）
……
或者直接在工具箱中完成计算与施工图。
对于后一种做法，暂时只能在工具箱中完成抗风柱的计算。
二、承担山墙风荷载，同时作为边榀刚架的摇摆柱承担屋面竖向力。
对于这类兼当摇摆柱的抗风柱设计过程分如下几步来完成：
第一步，含摇摆柱的边榀刚架建模分析：
该边榀刚架的分析建模中一定要把兼当摇摆柱的抗风柱建进来，进行边榀刚架平面内受力分析。
二维计算分析完成以后，从分析结果中获取恒、活荷载作用下抗风柱承担的竖向荷载。
获取方法：
……
对于活载作用，抗风柱顶承担的轴力通过如下途径获得：。
抗风柱计算(2012年版规范)
二：柱几何参数（按“构造手册”第四版208页注6取）
Hc=
2100
mm 上柱高
Hl=
9000
mm （下柱高，至基础顶面）
H=
11100
mm （柱全高，至基础顶面）
b=
277.50
400
mm
（柱截面宽）
h1=
360
600
mm
（下柱截面高)
h2=
350
mm
(上柱截面高）
三：求柱顶反力系数
I1=b.(h1)^3/12= I2=b.(h2)^3/12=
-1 计算配筋面积
As,min=
480
As的合适取值=
480
六：柱自重导算 N柱=上柱重+下柱重=
61.35
基础宽度: 墙偏心距:
2.00 0.42
N墙= M墙=墙自重*墙偏心距=
95.90 40.28
基础底部弯矩M= 基础底部轴力N= 基础底部剪力V=
-54.73 157.25 21.93
mm2 注：该值还应与构造要求进行比较
五：截面配筋计算：(按单筋矩形截面计算)
1：上柱下截面，注：x=h0-（h0^2-2M/α1*fc*b）^0.5，As=α1*fc*b*x/fy，考虑荷载组合
h0=
315
mm
α1=
1
fc=
14.3
N/mm2 混凝土强度等级，此处C30
x=
15.78358884 mm 相对受压区高度
Es=
200000
N/mm2 HRB335、HRB400、HRB500钢筋
ζb= ζbh0=
0.517647059 163.0588235
门式钢架抗风柱计算书
抗风柱计算书一. 设计资料抗风柱采用H-390*198*6*8截面，材料为Q235；抗风柱高度为6m，抗风柱间距为4m；绕3轴计算长度为6m；绕2轴计算长度为6m；柱上端连接类型为铰接；柱下端连接类型为铰接；风载、墙板作用起始高度为0m；净截面折减系数为0.98；抗风柱挠度限值为：L/400；3轴刚度限值为150；2轴刚度限值为150；抗风柱2轴方向承受风载；采用《钢结构设计规范 GB 50017-2003》进行验算；以下为截面的基本参数：A(cm^2)=55.57I x(cm^4)=13819 i x(cm)=15.77W x(cm^3)=708.7I y(cm^4)=1036 i y(cm)=4.32W y(cm^3)=104.6二. 荷载组合及荷载标准值考虑恒载工况(D)、活载工况(L)、风压力工况(W1)、风吸力工况(W2)；强度稳定验算时考虑以下荷载工况组合：1.2D+1.4L1.2D+1.4W11.2D+1.4W21.2D+1.4L+0.84W11.2D+0.98L+1.4W11.2D+1.4L+0.84W21.2D+0.98L+1.4W21.35D+0.98L挠度验算时考虑以下荷载工况组合：D+LD+L+0.6W1D+W1+0.7LD+L+0.6W2D+W2+0.7L恒载：抗风柱自重： 0.436225kN/m风载：基本风压： 0.55kN/m^2风压力的体型系数1，风吸力体型系数(-1)，柱顶风压高度变化系数1阵风系数为1；风压综合调整系数1.05；柱顶风压力标准值：1×1×1×1.05×0.55=0.5775kN/m^2；柱顶风吸力标准值：(-1)×1×1×1.05×0.55=(-0.5775)kN/m^2；三. 验算结果一览压弯强度 1.2D+0.98L+1.4W1 20.2445215 通过 y轴受剪强度 1.2D+0.98L+1.4W24.92395 125 通过整稳1.2D+1.4W1 34.6541 215 通过翼缘宽厚比 1.2D+1.4W1 10.375 13 通过腹板高厚比 1.2D+1.4W1 5880 通过 2轴挠度 D+W1+0.7L1.38491 15 通过 2轴长细比- 138.889 150 通过 3轴长细比 - 38.0469 150通过四. 压弯强度验算最不利工况为：1.2D+0.98L+1.4W1最不利截面位于高度3000m处轴力：N= 1.5708kN绕x轴弯矩：M x= 14.553kN·m计算γ：截面塑性发展系数γ2=1.2γ3=1.05验算强度：考虑净截面折减：W nx=694.526cm^3W ny=102.508cm^3A n=54.4586cm^2σ1=1.5708/54.4586×10+(14.553)/694.526/1.05×10^3=20.2445N/mm^2σ2=1.5708/54.4586×10+(14.553)/694.526/1.05×10^3=20.2445N/mm^2σ3=1.5708/54.4586×10-(14.553)/694.526/1.05×10^3=(-19.6676)N/mm^2σ4=1.5708/54.4586×10-(14.553)/694.526/1.05×10^3=(-19.6676)N/mm^220.2445≤215，合格！五. y轴受剪强度验算最不利工况为：1.2D+0.98L+1.4W2最不利截面位于高度6000m处剪力：V= (-9.702)kNτ=(-9.702)×420.804/0.6/13819×10=(-4.92395)N/mm^24.92395≤125，合格！六. 整稳验算最不利工况为：1.2D+1.4W1区段内最大内力为：轴力：N= 3.14121kN绕x轴弯矩：M x= 14.553kN·m计算φb：双轴对称截面：ηb=0等截面工字形简支梁βb计算：受压翼缘无支撑长度：l1=6000mm受压翼缘宽度：b1=198mm受压翼缘厚度：t1=t f=8mmξ=(l1*t1)/(b1*h)=(6000×8)/(198×390)=0.621601跨中无侧向支承，均布荷载作用在上翼缘ξ<=2.0，βb=0.69+0.13×0.621601=0.770808φb=βb*(4320/λy^2)*(A*h/W x)*{[1+(λy*t1)^2/(4.4*h)^2]^0.5+ηb}*(235/fy) =0.770808×(4320/138.889^2)×(5557×390/708667)×{[1+(138.889×8)^2/(4.4×390)^2]^0.5+0}×(235/235)=0.62891φb>0.6：φb^'=1.07-0.282/φb=1.07-0.282/0.62891=0.621605取φb=φb^'=0.621605计算γ：截面塑性发展系数γ2=1.2γ3=1.05验算x轴整稳：计算x轴方向的轴压稳定系数：轴压稳定系数：b类截面α1=0.65α2=0.965α3=0.3正则化长细比：λn=(f y/E)^0.5*(λ/π)=(235/2.06e+005)^0.5×(38/3.14)=0.409λn=0.409>0.215φ=1/(2λn^2){(α2+α3λn+λn^2)-[(α2+α3λn+λn^2)^2-4λn^2]^0.5}=1/(2×0.409^2)×{(0.965+0.3×0.409+0.409^2)-[(0.965+0.3×0.409+0.409^2)^2-4×0.409^2]^0.5}=0.906φx=0.906βmx=1N ex=3.14×3.14×2.06e+005×55.6/38/38/1.1/10=7.1e+003kNγx=1.05σ1=σ2=3.14e+003/0.906/55.6×10+(1*14.6)/709/1.05/(1-3.14/7.1e+003×0.8)×10^3=2 0.2N/mm^2σ3=σ4=3.14e+003/0.906/55.6×10-(1*14.6)/709/1.05/(1-3.14/7.1e+003×0.8)×10^3=( -18.9)N/mm^2验算y轴整稳：计算y轴方向的轴压稳定系数：轴压稳定系数：b类截面α1=0.65α2=0.965α3=0.3正则化长细比：λn=(f y/E)^0.5*(λ/π)=(235/2.06e+005)^0.5×(139/3.14)=1.49λn=1.49>0.215φ=1/(2λn^2){(α2+α3λn+λn^2)-[(α2+α3λn+λn^2)^2-4λn^2]^0.5}=1/(2×1.49^2)×{(0.965+0.3×1.49+1.49^2)-[(0.965+0.3×1.49+1.49^2)^2-4×1.49^2]^0.5}=0.349λy=6e+003/43.2=139βtx=1η=1.0γy=1.2φb=0.622βmy=1N ey=3.14×3.14×2.06e+005×55.6/139/139/1.1/10=532kNσ1=σ2=3.14e+003/0.349/55.6×10+(1*14.6)/709/0.622)×10^3=34.7N/mm^2σ3=σ4=3.14e+003/0.349/55.6×10-(1*14.6)/709/0.622)×10^3=(-32.4)N/mm^234.7≤215，合格！七. 翼缘宽厚比验算最不利工况为：1.2D+1.4W1最不利截面位于高度750m处轴力：N= 2.75kN绕x轴弯矩：M x= 6.37kN·m剪力：= (-7.28)kN截面塑性发展系数γ2=1.2γ3=1.05翼缘宽厚比：b0/T f1=83/8=10.4翼缘宽厚比限值：[b0/t]=13.000×(235/f y)^0.5=1310.4≤13，合格！八. 腹板高厚比验算最不利工况为：1.2D+1.4W1最不利截面位于高度750m处轴力：N= 2.75kN绕x轴弯矩：M x= 6.37kN·m剪力：= (-7.28)kN截面塑性发展系数γ2=1.2γ3=1.05腹板计算高度：h0=348 mm腹板高厚比：h0/T w=348/6=58腹板高厚比限值：[h0/t]=8058≤80，合格！九. 2轴挠度验算最不利工况为：D+W1+0.7L最不利截面位于高度3000m处挠度为：1.38mm1.38≤15，合格！十. 2轴长细比验算2轴长细比为：6e+003/43.2=139139≤150，合格！十一. 3轴长细比验算3轴长细比为：6e+003/158=3838≤150，合格！。
抗风柱的计算
抗风柱的计算
上两期栏目中我们分别介绍了STS软件工具箱中一些新增的功能，这期我们针对抗风柱的计算来看看它在工具箱中的应用。
实际工程设计中，抗风柱从受力上来说，一般有这样两种类型：
一、仅承担山墙风荷载，不承担屋面竖向力
这种类型的抗风柱通常我们在平面整体模型中按偏心方式输入，做在边榀刚架之外，与刚架梁侧面连接，当然也有的设计人员采用抗风柱不设置偏心，抗风柱顶与刚架梁底采用弹簧片连接方法。
对于前一种做法，可以在STS的门式刚架“屋面、墙面设计”中设置抗风柱（如下图），
之后点取“抗风柱计算和绘图”（如下图）
……
或者直接在工具箱中完成计算与施工图。
对于后一种做法，暂时只能在工具箱中完成抗风柱的计算。
二、承担山墙风荷载，同时作为边榀刚架的摇摆柱承担屋面竖向
力。
对于这类兼当摇摆柱的抗风柱设计过程分如下几步来完成：
第一步，含摇摆柱的边榀刚架建模分析：
该边榀刚架的分析建模中一定要把兼当摇摆柱的抗风柱建进来，进行边榀刚架平面内受力分析。
二维计算分析完成以后，从分析结果中获取恒、活荷载作用下抗风柱承担的竖向荷载。
获取方法：
……
对于活载作用，抗风柱顶承担的轴力通过如下途径获得：。
10#、11#抗风柱计算书
△ 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
设计内力：弯矩(kN.m)：34.175; 轴力(kN)：19.900
平面外计算长度(m)：7.440
抗风柱平面外长细比λy:119
轴心受压稳定系数φy：0.382
受弯整体稳定系数φb：0.822
抗风柱平面外稳定计算最大应力(N/mm2): 61.505 < f=215.000
风吸弯矩(kN.m)： 23.468 21.849 18.191 13.752 7.388 0.000
抗风柱挠度计算结果:
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
-------------------------------
| 抗风柱设计 |
| |
----- 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
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
抗风柱设计和支撑设计
抗风柱设计和支撑设计1、抗风柱设计跨度18米的两端山墙封闭单层厂房，檐口标高8米，每侧山墙设置两根抗风柱，形式为实腹工字钢。
山墙墙面板及檩条自重为0.15kN/m2，基本风压为0.55kN/m2，试设计抗风柱的截面。
1）荷载计算墙面恒载值;风压高度变化系数，风压体型系数,风压设计值；单根抗风柱承受的均布线荷载设计值：恒载；风荷载。
2）内力分析抗风柱分析模型抗风柱的柱脚和柱顶分别由基础和屋面支撑提供竖向及水平支承，分析模型如上图。
可得到构件的最大轴压力为12.3，最大弯矩为46.6。
3）截面选择取工字钢截面为300x200x6x8，绕强轴长细比62，绕弱轴考虑墙面檩条隅撑的支承作用，计算长度取3米，那么绕弱轴的长细比为65，满足抗风柱的控制长细比限值150的要求。
强度校核：稳定验算：挠度验算：在横向风荷载作用下，抗风柱的水平挠度为13.6mm小于L/400(20mm)，满足挠度要求。
2、支撑设计跨度18米的两端山墙封闭单层厂房，檐口标高8米，榀距6米，每侧边柱各设有一道柱间支撑，形式为单层X形交叉支撑。
取山墙面的基本风压0.55，试设计支撑形式及截面。
对于单层无吊车普通厂房，支撑采用张紧的圆钢截面，预张力控制在杆件拉力设计值的10%左右。
1）荷载计算风压高度变化系数，风压体型系数，风压设计值；单片柱间支撑柱顶风荷载集中力：。
2）内力分析柱间支撑分析模型如上图的计算模型，考虑张紧的圆钢只能受拉，故虚线部分退出计算，得到的支撑杆件拉力值；考虑钢杆的预加张力作用，在拉杆设计中留出20%的余量，杆件拉力设计值；3)截面选择杆件净面积。
取的圆钢，截面积为314mm2。