专利名称：多孔箱形铝合金梁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种梁构件，是房屋建筑、桥梁建筑的土木工程领域常用的结构杆件。
背景技术：
凡以弯曲为主要变形的杆件通常称为梁。梁构件是土木工程广泛应用的一种杆 件。常见的有楼面梁、屋面梁、墙梁、刚架梁、屋面檩条梁等等。按制作材料分有钢筋混凝土 梁、钢梁、木梁、钢与混凝土复合梁。按梁的断面型式分有矩形断面梁，T形断面梁，钢梁有 工字形钢、槽形钢、H型钢、C型钢、Z型钢、钢方通、钢园管等。铝合金材料质轻(比重是钢材的三分之一)，高强(六系列铝材的物理力学性能 已接近建筑用钢的923 ，防腐力高(是钢材的4-6倍)，成型性好(是其他金属不可比)， 是可以再生的环保建筑金属，目前已广泛应用于门、窗、幕墙及其他的装修建筑工程领域。 本发明多孔箱形铝合金梁，就是根据铝合金材料的特点及梁构件的受力特点，创造多孔箱 形断面的铝合金梁杆件，得到受力合理，结构可靠，节约材料，可应用于土木工程的屋梁、墙 梁、檩条梁等部件的铝合金梁构件。
发明内容
1、本发明的目的在外力作用下梁构件的变形主要是弯曲变形。梁在弯曲变形时，在其横截面上一 侧纤维受压而缩短，横截面上另一侧纤维受拉而伸长。梁横截面上正应力分布分别为相应 的受压区与受拉区，最大压应力产生在横截面上受压区的最外边缘处，最大拉应力产生在 横截面上受拉区最外边缘处。构件材料在弹性阶段，横截面最大压应力过渡到最大拉受力 是线性变化的，横截面中间有一个中性轴。这就是梁构件的应力分布与变形特点。铝合金 材料与建筑钢材一样同属塑性材料，其抗压强度与抗拉强度是相等的，而铝合金材料的成 型性更好，具有便于加工成型的特点。本发明的目的，就是根据上述两个特点“按需分配”梁 截面的质量，找到最大限度发挥材料强度的潜力，又节省材料，又方便加工制作的“合理截 面”梁构件。经过分析计算，创造发明了多孔箱形截面铝合金梁(见图2)。2、本发明技术方案多孔箱形铝合金梁用铝合金材料，使用挤压方法制作而成，它由上、下箱壁，左、右 箱壁，两侧箱翼及内箱肋的铝合金板块构成，其特征在于根据梁构件横截面的应力分布与 应力大小的特点，合理相应布置箱形梁上述各种板块的位置及其质量大小，最大限度发挥 材料强度潜力；同时最大限度提高了梁的稳定性和平面内刚度与平面外的刚度，得到一种 受力合理，节约材料，易于加工制作的“合理截面”梁杆件。以上所述的铝合金上箱壁①布置在梁横截面受压区的外边缘，即最大压应力处， 其截面壁厚根据梁跨度及作用的荷载由设计计算确定。上箱壁的板状有两个方案其一是 做成平面板；其二做成楞面板。以上所述的铝合金下箱壁②布置在梁横截面受拉区的外边缘，即最大拉应力处，其截面壁厚根据梁的跨度及作用的荷载由设计计算确定。下箱壁的板状有两个方案其一 是做成平面板；其二做成楞面板。以上所述铝合金左、右箱壁③、④，布置在梁横截面两侧边缘，其壁厚根据梁跨度 及作用荷载由设计计算确定。左、右箱壁的板状有两个方案其一是做成平面板；其二做成 楞面板。以上所述铝合金箱翼⑤、⑥布置在上箱壁的两侧，箱翼的宽度及厚度根据梁的跨 度及作用荷载设计计算确定。有三个方案其一做成板翼(图i)；其二做成箱翼(图3)； 其三不设翼。以上所述铝合金内箱肋⑦、⑧布置在箱形梁内腔，与左、右箱壁连接，或与上、下箱 壁连接，形成多孔的箱形截面梁。内箱肋设置多少道及每道肋厚度均由设计计算确定。内 箱肋设置有两个方案其一在什么方向设置，设多少道由计算确定；其二不设置内箱肋。以上所述的多孔箱形铝合金梁，其横截面宽度，即上、下箱壁长度，根据该梁的跨 度及作用的荷载由设计计算确定。有两个方案其一做成上、下箱壁等长；其二做成上箱壁 较长，下箱壁较短。对于多孔箱形铝合金梁其横截面高度，即左、右箱壁长度，根据梁的跨度 及作用的荷载设计计算确定。梁横截面宽度及梁横截面高度既要满足梁的强度要求，同时 要满足梁的稳定性和平面内刚度及平面外刚度的要求。以上所述多孔箱形铝合金梁构件可以作为楼面梁，屋面梁、墙梁、屋面檩条梁等梁 构件。它由基础、柱子、梁构件、桁架等其它构件支承。支承构件可以是钢结构、钢筋混凝土 结构，铝合金结构或其它混合结构。3、本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点和显著进步(1)本发明多孔箱形铝合金梁，由上、下箱壁，左、右箱壁，箱翼及内箱肋铝合金板 块构成，其特征在于根据梁构件横截面应力分布与应力大小的特点，“按需分配”，布置组 成箱形梁的上述各种板块的位置及板块的质量大小，最大限度发挥材料强度的潜力，同时 最大限度提高了梁的稳定性和平面内刚度与平面外刚度，是一种节约材料，结构安全可靠 “合理截面”的梁杆件，是C型截面梁、工字形载面梁无法比拟的梁杆件。(2)多孔箱形铝合金梁充分利用了铝合金成型性好、加工方便的特性，完全由挤压 加工一次成型，可以实现工厂大批量生产，质量也有保证。(3)多孔箱形铝合金梁与铝合金桁架梁、铝合金屋面板等其他铝合金建筑构件配 套使用，可以做到结构同材同质，温度应力与变形同步，提高了建筑物安全度。(4)铝合金材料质轻(比重是钢材的三分之一)，高强(六系列铝材的物理力学性 能已接近建筑用钢923 ，防腐力高(是钢材的4-6倍)，成型性好(是其他金属不可比)， 是可以再生的环保建筑金属。用铝合金材料建筑土木工程虽然建造投资造价稍高，但可以 减轻建筑物自重，提高抗震能力与耐腐能力，几呼终生不用维护，成为长命百岁工程，其使 用造价十分低廉，综合经济效益十分明显。
四
图1、是工程上常见的一根梁杆件实例。图2是图1的梁杆件选用楞面板箱壁多孔箱型铝合金梁方案的横截面图。图3是图1的梁杆件跨度较大，承受荷载较大时，选用平面板箱壁与加强型箱翼的多孔箱型铝合金梁方案的横截面图。图4是某厂房屋面檩条梁的平面板箱壁多孔箱型铝合金梁横截面图。图5是某厂房屋面檩条梁构件选用H型钢梁方案的横截面图。图中部件序号名称如下①、②分别为上、下箱壁；③、④分别为左、右箱壁；⑤、⑥ 分别为左、右箱翼；⑦、⑧为内箱肋；L为梁杆件跨度。以下结合附图对本发明做进一步描述。从图1中看到，梁是以弯曲为主要变形的杆件，是土木工程中广泛应用的一种构 件。常见有钢筋混凝土梁、钢梁、木梁、复合梁等。本发明是铝合金制造的铝合金梁。图2和图3是多孔箱型铝合金梁截面的两个方案，是用铝合金材料、使用挤压方法 制作而成。是根据梁横截面的应力分布与应力大小，经过计算，合理布置箱型梁上的上、下 箱壁，左、右箱壁，两侧箱翼及内箱肋的位置及其质量大小，最大限度发挥材料强度潜力，同 时最大限度提高了梁的稳定性和梁平面内与与平面外的刚度，是“合理截面”的梁构件。以下是本发明的一个工程实例中国南方某厂房屋面檩条梁，跨度L为12m，屋面板为“0. 7+75+0. 6”玻璃丝棉卷毡 双层彩钢板。方案1 原设计为Q235B H型钢檩条(图5)，梁截面高300腹板厚6，上、下翼缘宽 150，翼缘板厚4. 5。每根梁用钢291. 64kg，按每吨5000元计，每根梁造价为1458. 20元。方案2 改用六系铝合金材料制造，用平面板箱壁多孔箱型铝合金梁方案(图4)， 用铝量为103. ^kg,按每吨22000元计算，每根梁造价为2272. 38元。从上述工程实例看出，在同样情况下，铝合金梁每根造价虽然比钢梁高36 %左右， 然而其重量仅为钢梁的30%左右，大大减轻了建筑物的自重，对支承檩条的屋架梁及下面 构件与基础节约材料，降低工程造价十分有利。况且多孔箱型截面梁，平面内与平面外，刚 度都比H型钢大得多。铝合金材料成型性比钢材好，可以由挤压加工一次成型，便于大量生产。铝合金梁 与铝合金桁架梁、铝合金屋面板等构件配套使用，可以做到，同材同质，温度应力与变型同 步，提高了建筑物安全度。铝合金材料防腐力高，铝合金建筑构件虽然建造的造价稍高，但几呼终生不用维 护，成为长命百岁工程，其使用造价十分低廉，经济效益非常明显。
权利要求
1.多孔箱形铝合金梁，用铝合金材料，使用挤压方法制作而成。它由上、下箱壁，左、右 箱壁，两侧箱翼及内箱肋的铝合金板块构成，其特征在于根据梁构件横截面的应力分布与 应力大小的特点，合理相应布置箱形梁上述各种板块的位置及其质量大小，最大限度发挥 材料强度潜力，同时最大限度提高了梁的稳定性和平面内刚度与平面外的刚度。
2.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于用铝合金材料，使用挤压方 法制作而成。铝合金材料质轻高强，防腐力高，成型性好，是可再生的环保建筑金属。本发 明就是充分而全面地利用了这些特点创造一种合理、可靠，又易于制作的梁构件，为铝合金 结构广泛应用创造条件
3.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于上箱壁布置在梁横截面受 压区的外边缘，即最大压应力处，其截面壁厚根据该梁跨度及作用的荷载由设计计算确定。 上箱壁的板状有两个方案其一是做成平面板；其二做成楞面板。
4.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于下箱壁布量在梁横截面受 拉区的外边缘，即最大拉应力处，其截面壁厚根据梁跨度及作用的荷载设计计算确定。下箱 壁的板状有两个方案其一是做成平面板；其二做成楞面板。
5.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于左、右箱壁布置在梁横截面 两侧边缘，其壁厚根据梁跨度及作用荷载由设计计算确定。左、右箱壁的板状有两个方案 其一是做成平面板；其二做成楞面板。
6.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于箱翼布置在上箱壁的两侧， 箱翼的宽度及厚度根据梁的跨度及作用的荷载设计计算确定。有三个方案其一做成板翼 (图2)；其二做成箱翼(图3)；其三不设翼。
7.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于内箱肋布置在箱形梁内腔， 形成多孔的箱形截面梁。每道肋厚度均由设计计算确定。内箱肋设置有两个方案其一在 什么方向设置，设多少道由计算确定；其二不设置内箱肋。
8.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于多孔箱形截面箱角做法有 两个方案其一是做成直线汇交的角；其二是做成园角(图4)。
9.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于多孔箱形铝合金梁其横截 面宽度，即上、下箱壁长度，根据该梁的跨度及作用的荷载由设计计算确定。有两个方案其 一做成上、下箱壁等长；其二做成上箱壁较长，下箱壁较短。对于多孔箱形铝合金梁其横截 面高度，即左、右箱壁长度，根据梁的跨度及作用的荷载设计计算确定。梁横截面宽度及梁 横截面高度既要满足梁的强度要求，同时要满足稳定及梁平内刚度和平面外刚度的要求。
10.根据权利要求1所述的多孔箱形铝合金梁，其特征在于所述的多孔箱形铝合金梁 杆件可以作为楼面梁、屋面梁、墙梁、屋面檩条梁等梁构件。它由基础、柱子、梁杆件，桁架及 其它构件支承。支承构件可以是钢结构、钢筋混凝土结构、铝合金结构或其他混合结构。
全文摘要
多孔箱形铝合金梁用铝合金材料，使用挤压方法制作而成，它由上、下箱壁，左、右箱壁，两侧箱翼及内箱肋的铝合金板块构成，其特征在于；根据梁构件横截面的应力分布与应力大小的特点，合理相应布置箱形梁上述各种板块的位置及其质量大小，最大限度发挥材料强度潜力；同时最大限度提高了梁稳定性和平面内刚度与平面外的刚度，得到一种受力合理，节约材料，易于加工制作的“合理截面”梁杆件。
文档编号E04C3/06GK102102420SQ201010594609
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者林娟, 梁琨 申请人:林娟, 梁琨