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摘 要：抗风柱是单层工业厂房不可缺少的重要组成构件。抗风柱设计是结构工程师们设计过程中经常遇到的问题，本文从轻型钢结构厂房抗风柱概念、作用、受力特点、构件设计等角度指出抗风柱设计的原则，以及在結构设计中存在的问题，并提出了可供参考的防范措施。
关键词：抗风柱；结构设计；措施
Abstract: The wind resistant pillar is monolayer industry workshop indispensable important component. Wind column design is the structural engineers in the design process often encountered problems, this article from the light steel structure factory building wind column concept, role, stress characteristic, component design and point out the anti-wind column design principles, as well as the problems existing in the structure design, and puts forward the preventive measures for reference.
Key words: wind column; structural design; measures
中图分类号：TU2
一、抗风柱的作用及概念设计
门式刚架轻钢结构单层工业厂房在设计施工方面，具有结构简单、结构抗震性能好、适用跨度大，且运输、安装方便，在单层工业建筑中得到广泛使用，业主单位普遍认同。作为门式轻钢结构单层工业厂房，抗风柱是其重要组成构件。抗风柱不仅是山墙围护结构的承重构架，同时也将山墙承受的水平风力通过自身及屋盖系统传给基础，抗风柱设计是结构工程师们设计过程中不可少缺结构构件，应当加以重视。根据抗风柱两端连接方式不同，抗风柱可分为以下几种形式：（1）柱顶铰接柱脚刚接式：这种连接形式是传统的钢筋混凝土单层工业厂房的延续，山墙水平风荷载主要通过抗风柱自身直接传递给基础，这部分水平力约占75%左右，还有25%左右的水平力通过屋盖系统传给基础。主要特点：柱脚通过螺栓刚接与基础，柱顶通过弹簧板铰接于屋面工字梁，抗风柱受力计算时截面高度较大，柱脚水平力通过柱底板摩擦力及抗剪键传递。（2）两端铰接式:这种连接形式在门式刚架工业厂房檐口高度不大时普遍采用，受力简单，传力简捷，山墙水平风荷载约占50%通过抗风柱自身直接传递给基础，另50%左右的水平力通过屋盖系统传给基础。主要特点：柱两端均采用螺栓铰接，受力计算简单，截面较小，用钢量较小，成本低。（3）受力柱式: 这种连接形式是通过结构布置将抗风柱顶连接于边跨门式刚架梁底，共同组成边跨刚架，抗风柱既承受山墙竖向荷载，又承受山墙水平风载。主要特点：柱两端均采用螺栓铰接，受力计算较复杂，但减少了边跨刚架梁的跨度，主梁截面高度减少，用钢量少，成本低。
二、抗风柱受力特点及计算
抗风柱受力情况，根据抗风柱上、下端连接方式以及山墙围护墙板的做法不同，抗风柱受力也不同，抗风柱既承受山墙竖向荷载，又承受山墙水平风载。其主要受力特点为竖向压弯构件。抗风柱计算按连接方式简述如下: （1）柱顶铰接柱脚刚接式：平面内计算简图见图一，按偏心受压构件计算；平面外按轴心受压构件计算。（2）两端铰接式: 平面内计算简图见图二，按偏心受压构件计算；平面外按轴心受压构件计算。（3）受力柱式: 平面内计算简图见三，按偏心受压构件计算；平面外同边跨刚架一道按偏心受压构件计算。
三、抗风柱连接构造及设计中存在的问题3.1抗风柱柱顶连接构造方式一般有以下三种：（1）连接构造方式一，采用弹簧钢板与刚架梁上翼缘螺栓铰接，见图四；（2）连接构造方式二，采用钢板与焊于刚架梁上的上翼缘和腹板的连接板螺栓铰接，见图五；（3）连接构造方式三，采用抗风柱柱顶钢板与刚架梁的下翼缘螺栓铰接，见图六。
3.2抗风柱柱顶连接构造设计三种方式利弊简述如下，（1）连接构造方式一，仅与上翼缘弹簧板连接，这种连接在过去的钢筋混凝土单层工业厂房中经常使用，为避免不均匀沉降对结构的不利影响，释放竖向约束，允许钢梁有一定的竖向变形。在轻钢厂房设计初期，常看到一些图纸中，就有这种设计构造。柱顶水平荷载直接传至钢梁上翼缘，一般不考虑对钢梁侧向稳定影响，这种构造方式有其自身的合理性。但是，相对于轻型钢结构厂房来说，由于轻钢结构厂房自重轻，实际的沉降量也较小，加设弹簧板的必要性值得分析研究，当某些场地地质条件差，对房屋沉降有要求的结构，可以作为设计连接构造的一种选择，当某些场地地质条件好，房屋结构沉降差较小，就可以选择其他设计连接构造的方式，结构工程师应加以区别对待。（2）连接构造方式二，与刚架梁的上翼缘和腹板同时连接，水平力传力简捷，一般不考虑对钢梁侧向稳定影响，加上轻钢结构荷载较小，当地质条件较好时，实际的沉降量也是很小的，且钢结构承受变形的敏感性较好，又因连接构造简单，施工方便，这种连接构造方式就是一种选择，结构工程师经常采用。（3）连接构造方式三，与钢梁下翼缘连接，水平力通过钢梁下翼缘传递，而钢梁下翼缘一般不设侧向支撑系统，钢梁下翼缘除了承受侧向水平力作用外，还承受侧向水平力引起的扭矩，当房屋的跨度及高度较大时，产生的扭矩会更大，钢梁因受扭易失稳。
3.3抗风柱柱脚连接构造方式一般有以下两种：（1）连接构造方式一，铰接柱脚，见图七；（2）连接构造方式二，刚接柱脚，见图八。
3.4上述两种柱脚连接方式哪方式连接合理，本人认为应视房屋高度而定，以水平荷载传到基础路径简捷为原则。由于轻钢结构侧向稳定性较差，应避免过大的水平荷载通过屋盖支撑系统传递。根据以往经验设计，一般檐口高度大于8米时，宜采用刚接柱脚，檐口高度小于8米时，宜采用铰接柱脚。
四、抗风柱设计应采取的防范措施
4.1抗风柱与钢梁连接方式应慎重选择，区别对待，尽量避免与钢梁下翼缘连接，防止钢梁因受扭变形而失稳，防止屋面梁因变形而不协调。
4.2当不可避免地与钢梁下翼缘连接时，应在连接处加设隅撑，或水平传力构件等有效措施，确保钢梁不因下翼缘受力而失去稳定性。
4.3抗风柱与基础的连接方式应尽可能按房屋高度以及风荷载大小而定，尽量使较大的水平风荷载直接传给基础，传力途径应短而简捷，当传给基础的水平力较大时，应根据需要在柱脚处设置必要的抗剪键。
五、结束语
抗风柱结构设计是一个完整、系统的概念，从受力分析，结构设计，防范措施等各环节，准确合理地选择设计方案非常重要，结构工程师对于不同的建筑和不同的地质情况应区别对待，从而寻求最合理的设计方法。
参考文献
[1]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002 . 北京：中国计划出版社，2003.
[2]钢结构设计规范GB50017-2003 . 北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]全国民用建筑工程设计技术措施/结构. 北京：中国计划出版社，2003.2.
关键词：抗风柱；结构设计；措施
Abstract: The wind resistant pillar is monolayer industry workshop indispensable important component. Wind column design is the structural engineers in the design process often encountered problems, this article from the light steel structure factory building wind column concept, role, stress characteristic, component design and point out the anti-wind column design principles, as well as the problems existing in the structure design, and puts forward the preventive measures for reference.
Key words: wind column; structural design; measures
中图分类号：TU2
一、抗风柱的作用及概念设计
门式刚架轻钢结构单层工业厂房在设计施工方面，具有结构简单、结构抗震性能好、适用跨度大，且运输、安装方便，在单层工业建筑中得到广泛使用，业主单位普遍认同。作为门式轻钢结构单层工业厂房，抗风柱是其重要组成构件。抗风柱不仅是山墙围护结构的承重构架，同时也将山墙承受的水平风力通过自身及屋盖系统传给基础，抗风柱设计是结构工程师们设计过程中不可少缺结构构件，应当加以重视。根据抗风柱两端连接方式不同，抗风柱可分为以下几种形式：（1）柱顶铰接柱脚刚接式：这种连接形式是传统的钢筋混凝土单层工业厂房的延续，山墙水平风荷载主要通过抗风柱自身直接传递给基础，这部分水平力约占75%左右，还有25%左右的水平力通过屋盖系统传给基础。主要特点：柱脚通过螺栓刚接与基础，柱顶通过弹簧板铰接于屋面工字梁，抗风柱受力计算时截面高度较大，柱脚水平力通过柱底板摩擦力及抗剪键传递。（2）两端铰接式:这种连接形式在门式刚架工业厂房檐口高度不大时普遍采用，受力简单，传力简捷，山墙水平风荷载约占50%通过抗风柱自身直接传递给基础，另50%左右的水平力通过屋盖系统传给基础。主要特点：柱两端均采用螺栓铰接，受力计算简单，截面较小，用钢量较小，成本低。（3）受力柱式: 这种连接形式是通过结构布置将抗风柱顶连接于边跨门式刚架梁底，共同组成边跨刚架，抗风柱既承受山墙竖向荷载，又承受山墙水平风载。主要特点：柱两端均采用螺栓铰接，受力计算较复杂，但减少了边跨刚架梁的跨度，主梁截面高度减少，用钢量少，成本低。
二、抗风柱受力特点及计算
抗风柱受力情况，根据抗风柱上、下端连接方式以及山墙围护墙板的做法不同，抗风柱受力也不同，抗风柱既承受山墙竖向荷载，又承受山墙水平风载。其主要受力特点为竖向压弯构件。抗风柱计算按连接方式简述如下: （1）柱顶铰接柱脚刚接式：平面内计算简图见图一，按偏心受压构件计算；平面外按轴心受压构件计算。（2）两端铰接式: 平面内计算简图见图二，按偏心受压构件计算；平面外按轴心受压构件计算。（3）受力柱式: 平面内计算简图见三，按偏心受压构件计算；平面外同边跨刚架一道按偏心受压构件计算。
三、抗风柱连接构造及设计中存在的问题3.1抗风柱柱顶连接构造方式一般有以下三种：（1）连接构造方式一，采用弹簧钢板与刚架梁上翼缘螺栓铰接，见图四；（2）连接构造方式二，采用钢板与焊于刚架梁上的上翼缘和腹板的连接板螺栓铰接，见图五；（3）连接构造方式三，采用抗风柱柱顶钢板与刚架梁的下翼缘螺栓铰接，见图六。
3.2抗风柱柱顶连接构造设计三种方式利弊简述如下，（1）连接构造方式一，仅与上翼缘弹簧板连接，这种连接在过去的钢筋混凝土单层工业厂房中经常使用，为避免不均匀沉降对结构的不利影响，释放竖向约束，允许钢梁有一定的竖向变形。在轻钢厂房设计初期，常看到一些图纸中，就有这种设计构造。柱顶水平荷载直接传至钢梁上翼缘，一般不考虑对钢梁侧向稳定影响，这种构造方式有其自身的合理性。但是，相对于轻型钢结构厂房来说，由于轻钢结构厂房自重轻，实际的沉降量也较小，加设弹簧板的必要性值得分析研究，当某些场地地质条件差，对房屋沉降有要求的结构，可以作为设计连接构造的一种选择，当某些场地地质条件好，房屋结构沉降差较小，就可以选择其他设计连接构造的方式，结构工程师应加以区别对待。（2）连接构造方式二，与刚架梁的上翼缘和腹板同时连接，水平力传力简捷，一般不考虑对钢梁侧向稳定影响，加上轻钢结构荷载较小，当地质条件较好时，实际的沉降量也是很小的，且钢结构承受变形的敏感性较好，又因连接构造简单，施工方便，这种连接构造方式就是一种选择，结构工程师经常采用。（3）连接构造方式三，与钢梁下翼缘连接，水平力通过钢梁下翼缘传递，而钢梁下翼缘一般不设侧向支撑系统，钢梁下翼缘除了承受侧向水平力作用外，还承受侧向水平力引起的扭矩，当房屋的跨度及高度较大时，产生的扭矩会更大，钢梁因受扭易失稳。
3.3抗风柱柱脚连接构造方式一般有以下两种：（1）连接构造方式一，铰接柱脚，见图七；（2）连接构造方式二，刚接柱脚，见图八。
3.4上述两种柱脚连接方式哪方式连接合理，本人认为应视房屋高度而定，以水平荷载传到基础路径简捷为原则。由于轻钢结构侧向稳定性较差，应避免过大的水平荷载通过屋盖支撑系统传递。根据以往经验设计，一般檐口高度大于8米时，宜采用刚接柱脚，檐口高度小于8米时，宜采用铰接柱脚。
四、抗风柱设计应采取的防范措施
4.1抗风柱与钢梁连接方式应慎重选择，区别对待，尽量避免与钢梁下翼缘连接，防止钢梁因受扭变形而失稳，防止屋面梁因变形而不协调。
4.2当不可避免地与钢梁下翼缘连接时，应在连接处加设隅撑，或水平传力构件等有效措施，确保钢梁不因下翼缘受力而失去稳定性。
4.3抗风柱与基础的连接方式应尽可能按房屋高度以及风荷载大小而定，尽量使较大的水平风荷载直接传给基础，传力途径应短而简捷，当传给基础的水平力较大时，应根据需要在柱脚处设置必要的抗剪键。
五、结束语
抗风柱结构设计是一个完整、系统的概念，从受力分析，结构设计，防范措施等各环节，准确合理地选择设计方案非常重要，结构工程师对于不同的建筑和不同的地质情况应区别对待，从而寻求最合理的设计方法。
参考文献
[1]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002 . 北京：中国计划出版社，2003.
[2]钢结构设计规范GB50017-2003 . 北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]全国民用建筑工程设计技术措施/结构. 北京：中国计划出版社，2003.2.