蜂窝梁设计与应用
钢结构蜂窝梁的设计及经济性评价
钢结构蜂窝梁的设计及经济性评价作者：张飞燕来源：《价值工程》2018年第11期摘要：蜂窝梁是将工字钢或热轧H型钢经过切割、组装、焊接而成的带腹板孔洞的钢梁。
其自重轻、承载力高、美观、经济等优点使其在实际工程中越来越广泛应用。
本文在以往研究基础上，总结了蜂窝钢梁的结构形式、设计方法并进行了简要的经济评价，为将来的工程设计人员及研究人员提供参考。
Abstract： Castellated beam is a steel beam with web hole made by cutting， assembling and welding the H-beam or hot-rolled H-beam. Its light weight， high carrying capacity， nice shape，economical efficiency and other advantages make it more widely used in practical engineering. Based on previous research， this paper summarizes the structural form and design method of the castellated beam and carries out a brief economic evaluation， which will provide reference for future engineering designers and researchers.关键词：蜂窝梁；钢结构；承载力；刚度；稳定性；经济性Key words： castellated beams；steel structure；bearing capacity；stiffness；stability；economy中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0149-030 引言蜂窝钢梁是一种在腹板部分按不同形式（六边形、八边形、圆形、矩形等）成排开孔的热轧H型钢或工字钢，具有较轻的自重、承载力高、美观、实用、经济等优点，其截面高度为原来型钢的1.3至1.6倍，能够较大地提高型钢梁的刚度和抗弯承载力，在不影响承载力的情况下，能够节约25%至50%的钢材，节约安装运输费用及油漆费用约15%至30%，且蜂窝梁形成的成排的孔洞不仅美观又方便安装电线管道，能够有效减小建筑的层高问题，尤其对于高层建筑非常有利。
现浇混凝土蜂巢空心楼盖工程施工技术解析
现浇混凝土蜂巢空心楼盖工程施工技术解析1、蜂巢芯空心楼盖简介现浇混凝土蜂巢空心楼盖是一种新型混凝土楼盖技术。
该技术是利用蜂巢芯的系列产品在现浇混凝土板中铸塑成内部空间承力单元，形成传力明确的现浇混凝土双向网格肋的水平结构体系，从而起到承受荷载的效果。
蜂巢芯楼盖由蜂巢芯、现浇钢筋混凝土纵横肋梁和框架梁组成。
其中，蜂巢芯是以高强无机胶结料为主要原料，辅以纤维增强，底部带有加强筋复合而成的具有整体性的空心构件，如图1.1。
该楼板的传力途径如下：由蜂巢芯之间的空隙形成工字形肋，按双向正交工字形井字梁将楼板曲格内的荷载传至周边框架梁上，通过框架梁与框架柱共同形成空间受力体系。
图1.1 蜂巢芯结构外形蜂巢芯空心楼盖具有以下特点：1．此种楼板由于较为平整，没有凸出的主梁和次梁，使分隔墙的任意布置成为可能，空间更加开阔美观，这对经常需要变动间隔的公共建筑尤为适合。
2．减小了结构高度，大约每十层楼就可以增加一层楼而总高度不变。
3．大大降低了噪音的传递，具有良好的隔音效果。
4．减少了热量的传递，使楼盖的隔热、保温性能得到了显著的提高。
5．节约了材料、减轻自重，有利于抗震及减小竖向承重结构和基础的负荷和造价。
同时，施工简单，缩短了工期节约了成本，有显著的经济效益。
2 案例解析成都市高新区川投调度中心大楼结构形式为主楼采用钢框架（钢管混凝土柱）-钢筋混凝土筒体结构，总建筑面积约95443m2，其中地下3层（含人防4300m2）。
地上包括1#、2#办公楼和中庭三部分组成，其中1#楼20层、局部21层，建筑檐口高度90.15m；2#楼22层、局部23层，建筑檐口高度98.15m；中庭15层，建筑檐口高度64.35m。
抗震类别为丙类，抗震设防烈度为7度。
主楼5～22层为办公用房约56500m2，裙楼1～4层（含商务中心、员工餐厅、健身设施、国际交流中心设备机房）约12702m2，地下室三层（含厨房、设备机房、地下车库等）约26241m2。
蜂窝板设计方法
蜂窝板设计方法
蜂窝板是一种轻质、高强度、刚性好、隔热性能优异的结构材料，广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
蜂窝板的设计方法主要包括以下几个方面：
1. 材料选择：蜂窝板的材料选择要考虑到其使用环境和要求，一般可选用铝合金、FRP、PVC等材料。
不同的材料具有不同的性能和特点，需要根据具体情况进行选择。
2. 蜂窝结构设计：蜂窝板的结构设计是关键，要根据使用要求和材料特性进行合理的设计。
一般可采用正交蜂窝、六边形蜂窝等结构形式，同时还要考虑蜂窝壁厚度、孔径大小、蜂窝板厚度等因素。
3. 加工工艺设计：蜂窝板的加工工艺也是关键，一般采用切割、压制、粘接等工艺。
在加工过程中要注意控制温度、压力等参数，确保蜂窝板的质量和性能。
4. 模拟分析设计：在设计蜂窝板时，可以采用模拟分析的方法，通过有限元分析等软件对蜂窝板的力学性能进行分析和优化，以达到更好的效果。
5. 实验验证设计：在完成蜂窝板设计后，还需要进行实验验证，测试其力学性能、隔热性能等指标是否符合要求，如果不符合要求还需要进行优化和改进。
总之，蜂窝板的设计方法需要综合考虑材料、结构、加工工艺等多个方面，通过模拟分析和实验验证来优化和改进设计，以达到更好的效果。
蜂窝组合梁柱子结构抗倒塌性能研究
蜂窝组合梁柱子结构抗倒塌性能研究蜂窝组合梁柱子结构抗倒塌性能研究摘要：随着城市化进程的推进，高层建筑的数量快速增加，对建筑结构的安全性能提出了更高的要求。
本文以蜂窝组合梁柱子结构为研究对象，通过数值模拟和试验验证的方法，对其抗倒塌性能进行了研究。
研究结果表明，蜂窝组合梁柱子结构具有较高的抗倒塌能力，能够保证建筑结构在地震等外部作用下的稳定性。
1. 引言蜂窝组合梁柱子结构作为一种新型的构造体系，具有重量轻、刚度大、耐震性能好等优点，在高层建筑中得到了广泛应用。
然而，由于其结构形式的特殊性，关于其抗倒塌性能的研究相对较少。
因此，本文通过数值模拟和试验验证的方法，对蜂窝组合梁柱子结构的抗倒塌性能进行了研究。
2. 蜂窝组合梁柱子结构的构造特点蜂窝组合梁柱子结构由许多梁柱组合而成，形成一个类似于蜂窝的整体。
其梁列和柱行之间通过连接钢筋绑扎在一起，形成了一个稳定的结构体系。
蜂窝组合梁柱子结构具有刚度大、施工简便等优势，同时也可以提高建筑结构的抗震性能。
3. 数值模拟分析采用ANSYS软件进行了蜂窝组合梁柱子结构的数值模拟分析。
首先，建立了蜂窝组合梁柱子结构的有限元模型，然后加入荷载和边界条件进行计算。
数值模拟结果显示，蜂窝组合梁柱子结构在受到垂直和水平方向的外部荷载时，其变形较小，具有较好的抗倒塌能力。
4. 试验验证为了验证数值模拟结果的准确性，进行了蜂窝组合梁柱子结构的试验研究。
在试验中，采用了静载试验和地震模拟试验两种方法。
试验结果表明，蜂窝组合梁柱子结构在承受一定荷载后仍具有稳定的结构性能，并且在地震模拟试验中展现出较好的抗震性能。
5. 影响蜂窝组合梁柱子结构抗倒塌性能的因素蜂窝组合梁柱子结构的抗倒塌性能受到多种因素的影响，包括构造连接方式、钢筋布置、板厚等。
其中，构造连接方式对结构稳定性影响较大。
因此，在实际工程中，应注意合理选择结构连接方式，以提高蜂窝组合梁柱子结构的抗倒塌能力。
6. 结论通过数值模拟和试验验证的方法，本文对蜂窝组合梁柱子结构的抗倒塌性能进行了研究。
钢结构蜂窝梁现场制作工艺探讨
钢结构蜂窝梁现场制作工艺探讨摘要：本文介绍钢结构蜂窝梁现场制作的工艺过程，包括切割下料、变形控制以及组对与焊接等工序要领。
关键词：蜂窝梁变形控制焊接质量神华集团宁煤煤基烯烃项目黑水装置钢结构及供热管廊钢结构工程，大量采用蜂窝梁式结构，总数57根，长度分别为9m、12m、15m和18m，截面规格为H700×300×14×16、H750×200×10×16、H900×200×11×17几种。
蜂窝梁的截面高度比标准H型钢的截面高度有较大扩张，增大了截面惯性矩和抵抗矩，显著提高了梁的刚度和强度，满足大跨度管廊梁刚度好、质量轻的要求，且结构美观，节省钢材，降低工程造价。
1 蜂窝梁的结构特点蜂窝梁是在H型钢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形成的新形式梁。
切割后变换位置可采用平移错开或掉头的方式进行，为保持梁端头平齐，可切除多余部分或加焊钢板补齐。
如图所示。
2 切割及旁弯变形控制根据现场施工条件，采用手工放样、画线、切割下料的方法进行预制。
在切割过程中，可沿H 型钢腹板纵向切割出完整的蜂窝形折线。
但纵向单线切割长条料时，极易产生旁弯变形。
如图2：为解决这一问题，我们采用切割机折线连续切割，每切进1米左右，在割缝上临时点焊一点或点焊立板，待全过程切割完冷却后，再割开点焊焊缝及立板，无明显变形，打磨焊点后即可进行组对。
3 组对焊接3.1 焊接变形分析。
由于腹板较薄，对接焊后产生横向应力作用，造成较大的角变形。
这样造成蜂窝梁截面纵向中位线与腹板中心线偏移，降低了刚度，容易导致失稳。
如图3.3.2 用H型钢铺设组装平台，平台上表面水平误差不超过±1.5mm。
3.3 将腹板对接边用半自动切割机割出45°双边坡口，钝边1-2mm，组对间隙2-3mm，以保证焊透。
3.4 H型钢腹板的折线切割完并开坡口后，将坯料平移错开摆放于组装平台上，用卡具、千斤顶、立筋板、铛铁、楔铁配合组对、点焊固定。
大跨度工业厂房中六边形蜂窝梁简化设计方法
ＶＤ １ ． ３ ９ Ｎｏ． ７
Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ３
・３３ ・
・
结 构
・抗 震
・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ ・ ６ ８ ２ ５ ｆ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ ・ ０ ０ ３ ３ — ０ ３
大 同市新成特 炭有 限公 司成立于 ２ ０ ０ ７年 ８月 ， 位于山西省大 同市新荣 区花 园屯乡工业 园区。 目前 公司 总资产 ３ ． ２亿 元 ， 拥 有 压型 、 一次焙烧 、 浸渍 、 隧 道窑 、 石墨 化、 机加 工 、 包装 等炭 素制 品 生产 的全部工艺配套车 间， 产品年综合生产 能力 已达 ２万 ｔ ， 是 国 内最大 的特炭生产 基地 。公 司产 品远销 欧 、 美、 日、 德等 国家 ， 是 大 同市 出 口创 汇的骨 干企业 。大 同市新 成特 炭有 限公 司在生 产 特种细颗粒炭 素石 墨制 品的实践 中 ， 已摸索 出一套成熟 的技术 制 造工艺 ， 并且 在生产实践中 自主研发和研制 出了多项生 产技术设
２ 当前工业厂房 中蜂窝梁技术应用情况
自从 １ ９ ８ ７年引入蜂 窝梁 的概 念之后 ， 它 们 已经成 为钢结 构
它已经被用在 了将 近二十几个 国 材料 、 太阳能光伏产业 拉制单 晶硅 用石墨 热场 等领域 ， 是 现代 化 发展史上最重要 的一个里程碑 ， 家的 ６ ５ ０ ０多个大型项 目上 ， 是 国外 房屋建筑 中常见 的一种构 件 工业 、 高新技 术发展及 新能源开发利用产业必不 可少 的非金属 材
备 。公司细颗粒特种石墨产 品具有结 构均匀 、 耐高 温 、 耐 高压 、 耐
腐蚀 、 抗 氧化 性强 、 抗 渗透性 强 、 气孔率 低等优 点 ， 可 广泛应 用 于 冶金 、 机械、 耐火 、 化工 、 电子 、 精密 仪器 铸造 、 太 阳能 热发 电储 热
蜂窝梁受力性能数值分析
-蜂窝梁受力性能数值分析
蜂窝梁是一种从蜂窝结构延伸发展而来的新型复合材料结构，其外形酷似蜂窝状，结构稳定性好，强度高，自重轻，便于加工和制造。
蜂窝梁受力性能数值分析的具体过程如下：
1. 建立有限元模型：根据实际蜂窝梁结构的参数建立三维有限元模型，并将其划分为多个网格单元。
2. 选择适当的材料属性：蜂窝板通常采用塑料、金属等材料制成，通过分析所采用材料的弹性模量、泊松比和破坏强度等参数，为每一个有限元单元分配相应的材料参数。
3. 载荷和边界条件：在数值模型中引入载荷，来模拟蜂窝梁在实际使用中的负荷。
同时也要规定合理的边界条件，定义其支持方式，如支点、内部支撑等。
4. 进行数值计算：利用有限元方法进行计算，求解出蜂窝梁结构的应力、应变、变形等参数，并验证其受力性能。
通过计算机可以快速地得出结构的数值结果。
5. 结果分析：对计算结果进行分析、评估、比较，并确定合理的取模方法和电脑代码，以及优化结构改进的措施。
通过以上分析，可以得出蜂窝梁在负荷作用下的应力分布、变形和失稳状况，确定结构的受力性能和工作状态，优化结构尺寸、材料、工艺等方面，以提高蜂窝梁的性能并应用于实际情况。
蜂窝梁总结报告
关于“蜂窝梁”的总结报告1.蜂窝梁的发展概况和发展趋势蜂窝梁是用宽翼缘工字钢(H型钢)或普通工字钢，按一定的折线或圆弧切割后，再错位焊接而成的空腹梁。
其另一种做法是，直接在实腹梁上切割或者锻压成孔。
蜂窝梁的开孔形式有多种，最初有六边形和八边形，后来又有了圆孔、矩形孔和椭圆孔等，这些孔一般有规律的“一”排开。
蜂窝梁最初从国外开始发展，1910年美国芝加哥桥梁和钢铁公司的H．E．Horto便开始使用蜂窝梁，由于蜂窝梁是复杂的非等截面杆件，其内部应力复杂，故在蜂窝梁的早期使用中，因为没有适用的计算方法，便只能依据厂家提供的选用表进行设计。
到了上世纪50年代后，出现了以费式空腹桁架法为为代表的简化计算方法，后这种方法经过改进，至此有关蜂窝梁的理论计算方法走向成熟。
至70年代，欧美、日以及前苏联等国家将蜂窝梁的设计列入规范，其中应力分析采用费式空腹桁架法；而挠度计算，大多数国家采用实用估算法，只有少数国家采用复杂的费式空腹桁架法；对于蜂窝梁整体稳定性与局部稳定性的研究尚处于初步阶段，现在只有个别国家的规范中给出了稳定性计算的公式。
现在国外发达国家蜂窝梁的制作，早就采用了自动化的工艺流程。
蜂窝梁被广泛应用于桥梁、厂房、办公楼、高层建筑、大跨度建筑、轮船及吊车桥架等许多领域。
而我国在蜂窝梁的研究与应用方面则起步较晚，上世纪50到70年代，因为钢铁贵而人工费便宜等特殊国情，而限制使用钢结构，只有鞍钢、重钢、攀钢和首钢等冶金企业少量使用过蜂窝梁。
到80年代，蜂窝梁才在我国开始逐渐推广开来，1980年冶金部建筑研究总院和重庆钢铁设计研究院为宝山钢铁公司设计和试验了18m长的蜂窝梁檩条。
当前对于蜂窝梁的研究，是要促使蜂窝梁朝着大跨度、强度和刚度更高、稳定性能更好、内部受力更趋均匀合理、社会经济效益更加显著、外观形式更加美观等方向发展，预期蜂窝梁将会在我国得到更加广泛的应用，也必然会随处可见。
一些发达国家现在已经将蜂窝梁设计纳入设计规范，并在制作上朝着定型化和标准化的方向发展。
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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
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1.2恒载+1.4活载下的应力图如下 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）
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图3 1/4跨附近正应力图（第六孔左下方）
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图4 跨中附近正应力图（圆孔正下方）
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图5 支座附近主压应力图
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国内还没有有关蜂窝梁设计的规范或规程，而且 现有资料蜂窝梁的计算也比较繁杂，设计计算时要 花费很大的精力。 国内外还有没有对蜂窝梁自振频率的相应计算公 式，需要进一步的研究。 现在版本的PKPM有关蜂窝梁的计算（依据包钢院 《钢结构设计与计算》）也存在些问题（挠度的计 算，圆孔蜂窝梁的计算），有待于进一步核实与改 进。 由于SAP2000蜂窝梁建模过程不很复杂，又比较直 观地得到各个部位应力的分布，又可以得到梁的竖 向振动频率及挠度，在没有比较可靠的计算软件的 情况下不失为一种比较方便的方法。
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图6 四分之一跨附近主压应力图
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）
图7 跨中附近主压应力图
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图8 支座附近剪应力图（第一孔与第二孔交界处）
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1.0恒载+1.0活载下的挠度为49mm。自振频率为4Hz。分析 结果和PKPM软件中蜂窝梁的计算结果对照如下表：
程序 最大正应 力 下边缘最大 拉应力 148N/mm2 154N/mm2 对接焊缝处最 大剪应力 82N/mm2 70N/mm2 挠度 自振频 率 4.0Hz
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四．蜂窝梁的应用
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：
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其中V为截面总剪力；
8
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
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2．剪应力的验算： 剪应力的验算：
SAP2000 203N/mm2 PKPM 154N/mm2
41mm 49mm
无
分析两种程序的结果及其计算方式的差别可知：对于 开圆孔的蜂窝梁计算最大正应力的计算结果存在一定的差 别；由于其它两种应力PKPM计算出来的是某一截面的平均 应力而SAP2000计算的是某一局部单元的最大应力，局部 应力集中，结果比较吻合。挠度的计算PKPM计算稍大，偏 于安全。
1)T形截面处的剪应力： 1)T形截面处的剪应力：
（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
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2)蜂窝梁孔之间的腹板对接焊缝的验算
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三．蜂窝梁挠度及频率计算
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பைடு நூலகம்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。
4
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。
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二．蜂窝梁强度计算
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 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 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。
蜂窝梁设计与应用
张高峰
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一．蜂窝梁简介
蜂窝梁是在H 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。
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蜂窝梁的截面高度与原H型钢的截面设计H 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。 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。
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1．正截面强度验算：
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。