[发明专利]一种腹板开孔的H型钢梁其制作方法

说明书

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。

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。