一种混合设计高强钢蜂窝组合梁

1.本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种混合设计高强钢蜂窝组合梁。


背景技术：

2.近些年来，大型的商业和公共建筑大量涌现，并且各建筑物向着超高层和大跨度方向发展，仅仅依靠传统的结构难以满足当代建筑结构的需要，于是，组合结构在这种形势下应运而生。其中由钢结构和钢筋混凝土结构组成的钢-混凝土组合结构是土木工程领域中最常见的组合结构形式。钢-混凝土组合结构有很多常见的结构类型，组合梁是其中的一种，它通过剪力连接件将钢筋混凝土板与钢梁组合在一起，使其发挥协同作用，从而能够充分利用钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能。在组合梁的基础上，考虑到组合梁下面设置管线和通道会降低室内净高，提出并推广使用了蜂窝组合梁，通过在工字钢梁的腹板上开通孔使管线和通道通过，保证了建筑物的室内净高，又可以降低结构自重，从而可以用于大跨度建筑中。
3.在传统蜂窝组合梁中，工字钢梁上下翼缘强度和尺寸相同，造成上翼缘的材料浪费，而下翼缘加宽时，显然会增加用钢量，同时导致结构自重增大，提高经济成本。
4.另外，由于腹板开孔，不可避免会导致组合梁承载能力和刚度的下降，为解决该问题，现有技术一般是将钢梁整体尺寸和强度增大，此时亦会造成腹板材料浪费，材料利用率较低。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种混合设计高强钢蜂窝组合梁，旨在至少解决上述传统蜂窝组合梁由于腹板开孔造成的承载力和刚度降低的问题以及在蜂窝组合梁主要发挥受弯作用时造成的腹板材料浪费问题之一，从而使混合设计高强钢蜂窝组合梁提高构件承载力和材料利用率，降低结构自重和施工费用。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种混合设计高强钢蜂窝组合梁，包括混凝土楼板和型钢蜂窝梁，所述型钢蜂窝梁由上翼缘、腹板和下翼缘组成，且上翼缘与下翼缘的截面尺寸一致，其中腹板上沿梁长度方向开设若干通孔形成蜂窝结构，混凝土楼板与上翼缘贴合并通过抗剪连接件连接形成一个协同作用的整体，其特征在于，所述上翼缘和/或腹板与下翼缘采用的钢板强度不同。
8.在一个实施例中，所述下翼缘采用高强钢板，且上翼缘和腹板采用普通强度等级的钢板。
9.在一个实施例中，所述上翼缘的钢板强度与腹板的钢板强度相同，也可不同。
10.在一个实施例中，所述下翼缘的钢板强度与上翼缘或腹板的钢板强度相差不大于两个强度等级。
11.在一个实施例中，所述上翼缘和下翼缘均采用高强钢板，且腹板采用普通强度等级的钢板。
12.在一个实施例中，所述上翼缘的钢板强度等级与下翼缘的钢板强度等级相同，也可不同。
13.在一个实施例中，所述上翼缘或下翼缘的钢板强度与所述腹板的钢板强度相差不大于两个强度等级。
14.在一个实施例中，所述腹板的钢板强度不高于420mpa。
15.在一个实施例中，所述腹板上开通孔的高度不高于型钢蜂窝梁高度的70％。
16.在一个实施例中，所述抗剪连接件为栓钉、弯筋或开孔钢板，与所述上翼缘之间通过焊接连接。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、在本发明混合设计高强钢蜂窝组合梁中，蜂窝梁的腹板部分开孔可以通过管道和线路，有利于提高室内净高。
19.2、混合设计型钢蜂窝梁的翼缘钢板强度高于腹板的钢板强度，采用上述结构，可以使在结构中主要用作受弯构件的组合梁具有良好的抗弯性能，弥补其腹板开通孔造成的承载力降低，且不会增加构件自重。
20.3、由于蜂窝梁上翼缘与混凝土板连接成一个整体共同受压，需要上翼缘分担的压力较小，下翼缘采用高强钢已能使得蜂窝组合梁具有良好的抗压性能，因此混合设计高强钢蜂窝组合梁将不同等级钢材合理匹配，可以充分发挥不同位置材料的优势，提高材料的利用率，具有良好的经济效益。
附图说明
21.图1是本发明混合设计高强钢蜂窝组合梁(圆形蜂窝孔)的三维图。
22.图2是本发明混合设计高强钢蜂窝组合梁(圆形蜂窝孔)的平面示意图。
23.图3是本发明混合设计高强钢蜂窝组合梁(正六边形蜂窝孔)的平面示意图。
24.图4是图2、图3中a-a剖视示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
26.如图1、图2、图3和图4所示，本发明为一种混合设计高强钢蜂窝组合梁，主要包括混凝土楼板1和型钢蜂窝梁。其中，型钢蜂窝梁由上翼缘2、腹板4和下翼缘3组成，且上翼缘2与下翼缘3的的截面尺寸一致。在腹板4上，沿梁长度方向开设若干通孔5形成蜂窝结构。混凝土楼板1与上翼缘2紧密贴合，并通过抗剪连接件6连接形成一个协同作用的整体。
27.本发明中，腹板4的钢板强度小于下翼缘3的钢板强度，其原理在于：
28.由于组合梁在结构中主要发挥抗弯作用，而型钢蜂窝梁中进行抗弯的主要是上翼缘2与下翼缘3，腹板4的贡献很小，因此，可在腹板4尺寸不变的情况下，降低其钢板强度，从而节省高等级强度的钢板材料，提高材料利用率。下翼缘3或上翼缘2和下翼缘3采用比腹板4强度较高的钢板，可以弥补腹板4 开通孔造成的承载力削弱，并且在提高蜂窝组合梁强度与整体承载力的同时，不会增加钢材用量，减轻结构自重。
29.在本发明的一个实施例中，下翼缘3采用高强钢板，且钢板强度大于上翼缘2和腹板4的钢板强度，即，下翼缘3与腹板4和上翼缘2采用的钢板强度等级不同，其中腹板4和上
翼缘2采用普通强度等级的钢板，下翼缘3则采用高强钢板。由此，构成了一种混合设计高强钢蜂窝组合梁。其中，上翼缘2的钢板强度可与腹板4的钢板强度相同，也可不同。并且，下翼缘3的钢板强度与上翼缘2或腹板4的钢板强度相差一般不应大于两个强度等级，差别较大会影响材料的利用率。
30.在该实施例中，由于上翼缘2位于混凝土楼板1的下方与其贴合，混凝土和上翼缘2呈一个整体共同受压，其中，混凝土的受压性能优越，因此需要上翼缘2的抗压贡献很小，下翼缘3采用高强钢已能使得蜂窝组合梁具有良好的抗压性能。所以，在不改变尺寸的情况下，通过降低上翼缘2的钢板强度，可节省高等级强度的钢板材料，实现了不同等级钢材的最合理匹配，可以充分发挥不同位置材料的优势，提高材料的利用率，具有良好的经济效益，同时亦不需要加宽下翼缘3，不增加用钢量。
31.在本发明的另一个实施例中，上翼缘2和下翼缘3均采用高强钢板，且钢板强度大于腹板4的钢板强度，即，腹板4与上翼缘2和下翼缘3采用的钢板强度等级不同，其中腹板4采用较低强度的钢板，上翼缘2和下翼缘3采用较高强度的钢板。由此，构成了一种混合设计高强钢蜂窝组合梁。其中，上翼缘2 的钢板强度等级可与下翼缘3的钢板强度等级相同，也可不同。并且，上翼缘2 或下翼缘3的钢板强度与腹板4的钢板强度相差一般不应大于两个强度等级。
32.采用本发明两个实施例的结构，均可以弥补传统蜂窝组合梁腹板开通孔造成的承载力损失，改善蜂窝组合梁的受弯性能，并且充分发挥不同位置材料的优势，提高蜂窝梁的材料利用率。
33.在本发明中，腹板4的钢板强度不高于420mpa，由于钢板强度越高，其脆性较大，进行切割后的应力集中会影响结构的受力性能。
34.本发明的型钢蜂窝梁中，上翼缘2与腹板4上端垂直连接，腹板4下端与下翼缘板3垂直连接，上翼缘2和下翼缘3可均通过角焊缝与腹板4焊接成为工字钢梁。
35.通孔5在腹板4中部沿梁长度方向均匀开设分布，可直接在腹板4上切割得到。通孔5的高度一般不应高于型钢蜂窝梁高度的70％，其形状可以为圆孔、正六边形或椭圆形等。
36.在本发明中，抗剪连接件6可以为栓钉、弯筋或开孔钢板，与上翼缘2之间通过焊接连接。
37.在本发明中，混凝土楼板1可以为现浇混凝土楼板、压型钢板混凝土组合板或混凝土叠合板。
38.虽然以上描述了本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在不违背本发明的原理和本质的前提下，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。