CN112177244A - 一种腹板开孔的h型钢梁其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种腹板开孔的H型钢梁及其制作方法，属于大跨度空间结构构件创新领域。H型钢梁包括上下翼缘板、开孔腹板、梁端连接板以及梁跨中加劲板。腹板中部分布着菱形开孔，腹板与上下翼缘连接处分布着五边形开孔，且连接部位有腹板脚作为缓冲，本发明的开孔形状以及腹板脚部位采用有限元方法进行设计，结合多组实验证明得到。与现有技术相比，本发明具有承载能力高，抗倾覆能力强，稳定性好，开孔尺寸可变以及用钢量较低等优点，其开孔也方便管线的布置，可实现装配式连接，腹板和翼缘焊接连接长度较小，便于施工和作业，极大降低了施工人员的技术要求，可适用于大跨度钢结构，高层建筑结构中。

Description

一种腹板开孔的H型钢梁其制作方法
技术领域
本发明涉及一种腹板开孔的H型钢梁设计及制作方法，属于钢结构建筑工程技术领域。
背景技术
在大跨度空间结构及钢结构中，H型截面钢梁以其较大的刚度而被广泛应用。与钢筋混凝土梁相比，采用H型钢梁可极大降低建筑结构自重，增强结构的抗震性能，缩短施工周期，增加结构的使用空间等。但对于传统H型钢梁来说，其存在用钢量大、造价高的缺点。
近年来，为了降低钢结构建筑的用钢量和造价，众多专家和学者已提出各种腹板开孔的梁结构，如蜂窝梁，方形腹板开孔梁和六边形腹板开孔梁等，与传统的H型钢梁相比，腹板开孔梁可极大降低钢结构建筑的自重，增加梁的刚度和高度，以及方便管线的布置，在工程领域中被广泛采用。但对于这些形状的开孔梁，其开孔形状、开孔位置完全由工程技术人员按照经验进行设计，有着极大的主观性，设计得到的结构合理性也不能完全确定，对技术人员的专业要求极高。
发明内容
本发明的内容在于，提供一种H型钢梁腹板开孔截面，与传统开孔钢梁相比，可极大提高结构的刚度、承载能力和稳定性，减少结构的用钢量和工程造价。并提供这种梁的一种制作方法，其可实现装配式施工。
本发明为一种腹板开孔的H型钢梁，包括H型钢梁，H型钢梁是由上下翼缘板，腹板组成，在腹板中部以及腹板和翼缘板接触部位有开孔，在梁端设置有连接板，梁跨中设置有纵向加劲板，连接板和加劲板分别连接在上下翼缘上。
进一步地，所述腹板开孔形状在腹板中部为菱形，相邻菱形形心距为梁高，菱形对角长度为0.4至0.8倍梁高，高度为0.4至0.7倍梁高。
进一步地，所述腹板中部菱形开孔顶点设有弧形倒角，弧形倒角过度可避免顶点为尖角时导致的应力集中现象。
进一步地，所述腹板开孔形状在腹板与翼缘连接处为五边形，与翼缘板连接处开孔边长为0.4至0.7倍梁高，垂直于翼缘板的腹板脚高度为20至60mm，靠近腹板中部的边与相邻菱形边平行，腹板上下开孔尺寸相同。
进一步地，所述腹板上下五边形开孔顶点设有弧形倒角，弧形倒角过度可避免顶点为尖角导致的应力集中现象。
进一步地，所述腹板为交叉型腹板，且由相同的类似“X”形交叉腹板组合而成，
进一步地，所述梁端连接板厚度为1至2倍腹板厚度，高度即为梁高，宽度即为梁宽。
进一步地，所述梁跨中加劲板厚度为1至2倍腹板厚度，高度即为梁高，宽度即为梁宽。
进一步地，所述梁端连接板与腹板连接开孔处顶点设有倒角，避免尖角导致的应力集中现象。
进一步地，所述梁端连接板预留螺栓孔，以方便组装。
与现有开孔钢梁相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明一种腹板开孔的H型钢梁，腹板开孔形状以及开孔尺寸是由拓扑优化计算，经验算得到，在用钢量相同时，相较于传统开孔梁和蜂窝梁，其具有较高的刚度、稳定性和承载能力；在满足同等承载力要求时，能极大减轻结构的自重，节约钢材。
2、其可实现较大的高度，更适用于大跨度钢结构建筑。
3、翼缘和腹板接触面积较少，焊接或者螺栓连接时，连接区域少，降低施工的难度以及对技术人员的要求。
4、梁端连接板预留螺栓孔，方便现场安装施工，可实现完全装配式施工。
附图说明
图1为本发明一种腹板开孔的H型钢梁整体结构示意图。
图2为本发明一种腹板开孔的H型钢梁的开孔构造示意图。
图3为本发明一种腹板开孔的H型钢梁梁端连接板示意图。
图4为本发明一种腹板开孔的H型钢梁制作方法图。
图中标记说明:
1-梁端连接板，2-梁跨中加劲板，3-腹板中部孔洞，4-腹板与翼缘连接处孔洞，5-中部孔洞倒角1，6-腹板，7-腹板翼缘连接孔洞倒角1，8-腹板翼缘连接孔洞倒角2，9-腹板翼缘连接孔洞倒角3，10-中部孔洞倒角2，11-预留螺栓孔，12-翼缘，13-腹板脚，14-焊缝。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例：
如图1、2、3、4所示，一种腹板开孔H型钢梁结构，包括梁端连接板1，梁跨中加劲板2，腹板6，翼缘12，腹板脚13，焊缝14。所述腹板为“X”型交叉型腹板，在腹板和翼缘连接处，由腹板脚连接，所述中部开孔为菱形，所述腹板上下开孔为五边形，所述梁端连接板与上下翼缘相连，所述梁跨中加劲板与上下翼缘相连，所述预留螺栓孔位于梁端连接板上，所述焊缝将翼缘板和腹板相连。
其中，腹板脚高度为20至60mm，以防止直接连接形成尖点而导致的应力集中现象。
其中，菱形对角线长度为0.4至0.8倍梁高，高度为0.4至0.7倍梁高。
其中，五边形两侧为腹板脚，与翼缘相连五边形边长为0.4至0.7倍梁高，且五边形靠近腹板中部边与相邻中部菱形开孔边平行。
其中，梁端连接板和梁跨中加劲板的尺寸相同，宽度即为梁宽，高度即为梁高，加劲板厚度取1至2倍腹板厚度。
其中，螺栓孔尺寸半径为10至20mm，以便进行装配式连接。
其中，焊缝尺寸为0.3至0.6倍梁高。
需要说明的是，以上腹板中部开孔尺寸，腹板翼缘连接处开孔尺寸，腹板脚高度，螺栓孔尺寸可视工程实际而定。
腹板开孔H型梁的制作方法：
步骤1：首先对开孔尺寸进行确定，完成对腹板的截面设计；
步骤2：将中部加劲板通过焊接的方式与腹板进行连接；
步骤3：腹板和加劲板连接成型后，将连接成型的结构和上下翼缘板进行焊接，由于腹板和上下翼缘板之间有较多孔洞，故焊接长度较小，极大降低了施工难度，对技术人员的要求降低；
步骤4：对两侧连接板上的螺栓孔进行设计；
步骤5：将两侧连接板和梁焊接成型，即完成了整个腹板开孔H型钢梁的制作。
上述对本实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以很轻易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所作出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种腹板开孔的H型钢梁及其制备方法，其特征在于，包括H型钢梁，H型钢梁是由上下翼缘板，腹板，梁端连接板和梁跨中加劲板组成，在腹板上下和中部设有开孔，翼缘板和腹板连接处通过腹板脚作为缓冲区域，梁端连接板上均匀布置有螺栓孔，连接板和加劲板与上下翼缘整体连接。
2.根据权利要求1所述的一种腹板开孔的H型钢梁，其特征在于，所述的腹板上下及中部开孔，且开孔形状沿腹板横向中轴线对称。
3.根据权利要求2所述的腹板中部开孔，其特征在于，所述的开孔形状为菱形，菱形对角线长度为0.4至0.8倍梁高，高度为0.4至0.7倍梁高，菱形顶点设有弧形倒角。
4.根据权利要求2所述的腹板上下底面开孔，其特征在于，开孔两侧边与翼缘板通过腹板脚连接，且连接处设有倒角，腹板脚高度为20至60mm，开孔形状为五边形，开孔长度为0.4至0.7倍梁高，顶点设有弧形倒角。
5.根据权利要求1所述的一种腹板开孔的H型钢梁，其特征在于，两侧连接板与上下翼缘相连，连接板宽度即为上下翼缘宽度，连接板高度即为梁高。
6.根据权利要求5所述的一种腹板开孔的H型钢梁，其特征在于，两侧连接板上均匀布置有螺栓孔，螺栓孔半径为10至20mm。
7.根据权利要求1所述的一种腹板开孔的H型钢梁，其特征在于，梁跨中布置有加劲板，加劲板与上下翼缘连接。
8.根据权利要求7所述的一种腹板开孔的H型钢梁，其特征在于，加劲板宽度即为上下翼缘宽度，加劲板高度即为梁高。
9.根据权利要求1所述的一种腹板开孔的H型钢梁，其制作方法为板组装工艺，工艺流程为：首先对开孔尺寸进行确定，完成对腹板的截面设计，将中部加劲板通过焊接的方式与腹板进行连接，将腹板和加劲板连接成型；然后将连接成型的结构和上下翼缘板进行焊接；最后对两侧连接板上的螺栓孔进行设计，将两侧连接板和梁焊接成型，即完成了整个腹板开孔H型钢梁的制作。
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