【钢结构·技术】台湾的箱形钢梁,为什么采用了这种独特的构造形式?

学术   2024-10-29 23:14   北京  












本文转载自公众号愚公解构

大家好,我是双无余。

有读者留言,希望聊一聊箱形梁的拼接。那就接着展开聊聊这个话题:箱形截面怎么组成的,一般用在哪些结构位置,又有哪些连接节点类型?最后小结。

箱形截面的组成

焊接箱形截面

箱型截面通常由四块钢板焊接而成,形成矩形或正方形截面。这种结构具有较高的抗扭刚度和双向抗弯刚度,适用于承受复杂应力状态的构件。

箱型截面的四个侧面也可以根据需要选择不同的厚度,以满足不同方向上的承载要求。

也有用两个热轧H型钢拼成的箱形截面。

也有在H型钢翼缘两侧再焊两块钢板的,台湾的这种钢结构建筑中的做法(如下图),有点独特性,梁的端部留了一个安装手孔,直接带上盖板后焊。

冷弯箱形截面

冷弯箱型截面是通过冷弯成型工艺制造的,通常由一整块钢板经过多次弯折而成。这种方法可以快速生产出尺寸精确的箱型截面,适用于轻型结构和大批量生产。

与焊接箱型截面相比,冷弯箱型截面在角部可能存在一定的应力集中,但其制造过程更为经济高效。应力集中的问题,如果大家感兴趣,后面再展开聊聊这个问题。

箱形截面的应用

钢柱

在《JGJ99》中给出建议:

*4.1.6 钢框架柱采用箱形截面且壁厚不大于20mm时,宜选用直接成方工艺成型的冷弯方(矩)形焊接钢管。8.3.1 框架柱在互相垂直的两个方向都与梁刚性连接时,宜采用箱形柱。*8.4.2 箱形柱宜为焊接柱,其角部的组装焊缝一般应采用V形坡口部分熔透焊缝。当箱形柱壁板的Z向性能有保证,通过工艺试验确认不会引起层状撕裂时,可采用单边V形坡口焊缝。8.6.1-5 埋入式柱脚不宜采用冷成型箱形柱。

工程经验表明,当组合箱形截面的四块板厚度小于16mm时,不仅加工成本高,工效低而且焊接变形大,会导致截面板件平整度差,反而不如采用冷弯成品的方(矩)钢管更为合理可行。

这张图片中就可见一斑,钢板厚度比较薄,工厂加工就没有开剖口直接焊了。这种情况用冷弯方钢管最经济。

钢梁

箱型截面具有较大的截面惯性矩和抗扭刚度,能够有效抵抗弯曲和扭转变形,适用于承受复杂应力状态的构件。最有代表性的就是鸟巢。

最常用到的区间是建筑角部的楼梯间的框架梁,因为钢梁没有楼板支撑,无法避免扭转,常用箱形梁。

箱型截面的连接

柱柱连接

箱形柱的工地接头全部采用焊接。下节箱形柱的上端应设置隔板,并应与柱口齐平,厚度不宜小于16mm。其边缘应与柱口截面一起刨平。在上节箱形柱安装单元的下部附近,尚应设置上柱隔板,其厚度不宜小于l0mm。柱在工地接头的上下侧各l00mm范围内,截面组装焊缝应采用坡口全熔透焊缝。

之前的文章中有专门聊过这个拼接节点,柱顶端为什么要铣?(箱形柱拼接,为什么一定要端铣?

这种做法是日本高层民用建筑钢结构中采用的典型构造方式,在我国已建成的高层民用建筑钢结构中也被广泛采用。下柱横隔板应与柱壁板焊接一定深度,使周边铣平后不致将焊根露出。

梁梁连接

箱形梁的工地接头多是采用全焊接。也有栓焊组合的形式。焊接有两种方法:四面围焊和开手孔焊。四面围焊主要存在下部翼缘需要仰焊,存在施工难度。

开手孔焊接方法,通过在箱形梁的上翼缘或者腹板处预留手孔,可以更方便地进行内部焊接,可以提高了焊接效率和质量。但这种方法需要在焊接完成后对手孔进行封闭处理。

小结

箱形截面在柱子中应用很多,但拼装焊接,加工成本还是不低的,所以在梁截面的应用中比较少。日本为了省成本,普遍采用了冷弯矩形钢管,国内在多层中也有很多应用。读者们如果感兴趣的话,后面再展开聊聊这个冷弯矩形钢管的应用特点。

台湾这个项目中采用H型钢两侧贴焊钢板,也是有些创意的,多半也是因地制宜,宁愿费点钢材,为了省更多的加工成本不同的指标控制,会带来不同的技术应用特点。

之前关于H型钢焊接节点的文章话题,引起了钢结构不同领域的同行们激烈的讨论,观点的碰撞。多谢读者们的经验和看法分享!以前BBS论坛还盛行的时候,这种深度的争论还常常有看到。很多模糊不清的问题,都是在多方面思考碰撞中,变得越来越清晰。

现在行业大环境的恶化,也使得原来各归各、模棱两可时采用硬做的方式,变得越来越不现实。这个时候,可能真的需要慢下来,一点一点地做一些实质性的讨论和改变。


参考资料:《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》16G519(新)、《钢结构连接施工图示(焊接连15G909-1、《钢结构施工工艺指导手册》、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015 

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钢结构
《钢结构(中英文)》杂志由中国钢铁工业协会主管,中冶建筑研究总院有限公司和中国钢结构协会联合主办,创刊于1986年,是我国钢结构专业领域的综合性科技期刊。重点报道钢结构各个专业领域的新理论、新技术、新工艺、新材料及大量工程实例。
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