蜂窝梁设计与应用.ppt

蜂窝梁设计与应用 一．蜂窝梁简介 蜂窝梁的截面高度与原H型钢的截面设计H之比为扩张比，一般在1.2－1.7之间。 由于扩张后增大了截面惯性矩和抵抗矩，所以显著提高了梁的刚度和强度，在梁本身自重减轻的情况下梁能承受更大的荷载，应用于更大的跨度，节省钢材、运输安装费用，有很可观的经济价值。 蜂窝梁腹板的孔洞既美观又便于布设备管线，可以减少建筑层高，整体上减少建筑造价。 正是因为蜂窝梁有着许多其它受弯构件所不具备的优点，自20世纪初首次被用于工程以来，随着轧制宽翼缘钢材的出现，蜂窝梁已日渐广泛地被应用于桥梁、厂房、办公楼、轮船及吊车桥架等工程中，是很有发展前途的一种构件形式。 二．蜂窝梁强度计算 1．正截面强度验算： 1)T形截面处的剪应力： 三．蜂窝梁挠度及频率计算 四．蜂窝梁的应用 * * 张高峰 蜂窝梁是在H型钢（工字钢等）腹板上按一定的折线进行切割后变换位置重新焊接组合而成的新型梁。 国外有些规范已经列入蜂窝梁计算公式，如英国BS5950、前苏联钢结构设计规范（82）、日本钢结构协会也提供了一套蜂窝梁的简化计算公式等。目前国内已经有不少有关蜂窝梁的论文，还没有相关的规范列入蜂窝梁的计算，在实际工程中没有可以遵循的标准，给实际的设计工程带来了很多问题。 通过能相关规范及资料的比较与研究，蜂窝梁计算理论是在以Allftlish等人提出的费氏空腹桁架法的基础上推导而来。Allftlish假定： 截面保持平面变形； 在剪力作用下，空腹截面处总剪力按刚度分配于上、下两个T形截面； 由剪力引起的弯矩，反弯点出现在每个孔洞的垂直中心线上。 其中V为截面总剪力； 按计算的假定，最大正应力发生在蜂窝梁T形截面部分两端的腹板孔角点上，即上图中b点或c点。对于上下T形蜂窝梁，其抗弯强度的计算公式为 （2） ――梁T形截面的净面积 ――梁蜂窝孔上下两边的边长 ――梁T形截面的腹板边缘处的净截面抵抗矩 2．剪应力的验算： （4） ――T形截面的面积矩，当形心位于腹板内时，取中性轴以上部分面积对中性轴的面积矩；当形心位于内翼缘内表面之间腹板面积对形轴的面积矩； ――T形截面的惯性矩 2)蜂窝梁孔之间的腹板对接焊缝的验算 蜂窝梁的挠度计算要考虑剪力的影响，剪力一方面造成T形截面的次弯矩；一方面剪力造成较大剪切变形产生挠度，精确计算复杂，一般对于扩张比不大于1.5的蜂窝梁可在采用实腹梁的弯曲挠度乘以挠度放大系数。 当扩张比大于1．5时，按下式计算 △= △m+△v+△vm(4) △m 一为蜂窝梁的弯曲挠度。 △v一为当量实腹梁的剪切挠度。 △vm 一剪力次弯矩挠度值。 就目前查到的文献还没有关于蜂窝梁自振频率的计算公式，有待于进一步进行研究。 多哈超高层写字楼工程中使用了简支蜂窝梁，结合工程的实际情况，在蜂窝的设计中用SAP2000的壳单元有限元方法进行分析，得到较全面的分析结果。 其中一个模型如下图1： 梁高h：630mm，梁宽b:300mm，上翼缘折算厚度（考虑楼板的作用）t1：55mm，上翼缘厚度t2：31mm，跨度L：14980mm，孔径D：420mm，孔间距630mm，扩张比1.5。面荷载作用于上翼缘，恒载为38.12 活载35 梁上作用线荷载： 模型中两端简支，上翼缘施加侧向水平约束（考虑楼板的作用）。 图1 计算模型 1.2恒载+1.4活载下的应力图如下： 图2 支座附近正应力图（第一孔左下方） 图3 1/4跨附近正应力图（第六孔左下方） 图4 跨中附近正应力图（圆孔正下方） 图5 支座附近主压应力图 图6 四分之一跨附近主压应力图 图7 跨中附近主压应力图 ） 图8 支座附近剪应力图（第一孔与第二孔交界处）