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钢结构蜂窝梁构件的设计、制作方法

孙占科

蜂窝梁是一种腹板有孔洞的工字形梁。蜂窝梁腹板上的孔洞可以做成几种不同的形状，通常正六边形为居多。它是在H型钢腹板上按一定的折线切割后，变位、重新焊接、组合而成的新形式。切割后，变位可采用平移错开或掉头错开的方式进行．为保持梁端头平齐、可切除多余部分或加焊钢板补齐。蜂窝梁属于空腹结构构件，与原H型钢相比，蜂窝梁的承载力及刚度均显著增大，且结构的经济效益好，管线穿越方便，在跨度较大而载菏较小的情况下，采用蜂窝梁更为合理。

在厂房结构中，利用梁腹板上的孔洞通行管道，与在楼面梁布置管道相比，可提高楼层净空高度。

由轧制工字钢经火焰切割后再错位焊接,焊接后梁高大于原工字钢(增加六角形孔高的一半),从而提高了梁的承载能力和抗弯刚度。

1、蜂窝梁的设计计算

为了设计与制作方便，通常蜂窝梁的孔型采用正六角形，其结构的孔型尺寸计算按下列公式计算：

a=（）h

b=(β-1)h

式中：h——原型H型钢的高度

β-蜂窝梁高度与原型H型钢的高度之比。一般取β=1.5,a=0.25h,b==0.5h。

通过此公式可以检查所设计的蜂窝梁的尺寸和所选择的原型型钢的尺寸的正确与否。

2、蜂窝梁的切割方法

蜂窝梁的切割组合一般可分三种情况方法进行

(1)将切割的两个部件相互错动1/2的单元长度,并接去多余的部分（见图a-1.-2）。

把下部件上、下对称后，和下部件组合。

通过以上方法的比较，第一种的切割组合方法，会增加一些钢材的消耗，其余的两种方法则需要在需要在支座处加焊堵孔板。

3、型钢划线、切割

1）划线样板

依据设计尺寸，分别计算出等六边形的的尺寸a、b等，用薄铁皮做出划线样板（需精确）如图：

2）用计算出得尺寸a分别定位出H型钢等a距基准线，用样板在基准线上连续划线，正式切割时，一定要抹掉不必要的线。

3）切割采用手工氧气切割的方法。折线转弯处一定要圆滑过渡。也可采用多头数控切割，折线的切割尺寸精度控制好，蜂窝切割边整齐，光洁。同时也省去了划线、放样，能极大的提高效率。

4）切割坡口采用单面对接坡口，手工氧气切割的方法。

3、型钢组合、焊接与防变形工艺

（1）蜂窝梁的切割组合方法见上论述。

（2）蜂窝梁的焊接、与防变形措施

1）焊接预变形

由于一般H型钢腹板较薄，对接焊缝产生较大的横向应力作用，产生角变形。

所以必须采取反变形的焊接方法进行。

①制作专用焊接台架进行焊接工作。胎架的上平面的水平度要求±1.5mm,上翼缘的纵向挡板预留经过计算分析的控制角变形的高度上拱量。

②将腹板的对接边用半制动切割机割出40°～45°的单边焊接坡口，钝边1～2mm,对口间隙2～3mm,保证焊透。

③H型钢折线切割完并按要求开好坡口后，将坯料平移错开放在组装台架上，用卡具，挡铁，揳铁配合、组对、点焊固定。

④用二氧化气体保护焊打底，手工盖面的焊接方法进行施焊，在胎架上焊完一面后将蜂窝梁构件翻身，置放平整卡紧张，清理焊道后再焊接背面。

2）强制预应力防变形

蜂窝梁的制作通常在H型钢沿腹板按一定的折线切割成两部分。由于腹板切割受热不均匀,分离出的两部分形成正向拱曲变形

如图示,因此需进行二次校正，

为了减少二次校正，利用强制反变形法应用于蜂窝梁制作中的二次校正与组装、焊接工序，提高构件质量、效率。

①在钢平台上，利用未切割的H型钢,也可用工字钢,平放作工装,将切割好的齿状T形铁背肢两边与H型工装的翼缘板夹紧，强制反变形校直。如图所示。

②安装夹具时自构件中间向两端进行，每间隔200mm～300mm使用一个自制钢板u形卡，u形卡内用斜铁夹紧，每间隔1M～1.5M使用一个卡兰(C形夹具)夹紧。

③将两件强制校直的齿状T形铁垫平,按蜂窝梁拼装图找正、组装、点焊牢固。然后进行焊接作业，如图2所示。

④组焊好蜂窝梁半成品后，拆除工装及夹具，并进行腹板焊接变形校正。

4、蜂窝梁的调整

经过焊接的组合梁，存在一定的角变形，腹板的平整可用压力机加方钢垫块进行调整。

5、附件装配及划线、钻孔

调整达到规范要求的蜂窝梁即可装焊筋板和两头的封头板和坐头板，而后划线、钻孔除锈油漆。