專利名稱：多孔箱形鋁合金梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種梁構(gòu)件，是房屋建筑、橋梁建筑的土木工程領(lǐng)域常用的結(jié)構(gòu)桿件。
背景技術(shù)：
凡以彎曲為主要變形的桿件通常稱為梁。梁構(gòu)件是土木工程廣泛應(yīng)用的一種桿 件。常見的有樓面梁、屋面梁、墻梁、剛架梁、屋面檁條梁等等。按制作材料分有鋼筋混凝土 梁、鋼梁、木梁、鋼與混凝土復(fù)合梁。按梁的斷面型式分有矩形斷面梁，T形斷面梁，鋼梁有 工字形鋼、槽形鋼、H型鋼、C型鋼、Z型鋼、鋼方通、鋼園管等。鋁合金材料質(zhì)輕(比重是鋼材的三分之一)，高強(六系列鋁材的物理力學性能 已接近建筑用鋼的923 ，防腐力高(是鋼材的4-6倍)，成型性好(是其他金屬不可比)， 是可以再生的環(huán)保建筑金屬，目前已廣泛應(yīng)用于門、窗、幕墻及其他的裝修建筑工程領(lǐng)域。 本發(fā)明多孔箱形鋁合金梁，就是根據(jù)鋁合金材料的特點及梁構(gòu)件的受力特點，創(chuàng)造多孔箱 形斷面的鋁合金梁桿件，得到受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)約材料，可應(yīng)用于土木工程的屋梁、墻 梁、檁條梁等部件的鋁合金梁構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明的目的在外力作用下梁構(gòu)件的變形主要是彎曲變形。梁在彎曲變形時，在其橫截面上一 側(cè)纖維受壓而縮短，橫截面上另一側(cè)纖維受拉而伸長。梁橫截面上正應(yīng)力分布分別為相應(yīng) 的受壓區(qū)與受拉區(qū)，最大壓應(yīng)力產(chǎn)生在橫截面上受壓區(qū)的最外邊緣處，最大拉應(yīng)力產(chǎn)生在 橫截面上受拉區(qū)最外邊緣處。構(gòu)件材料在彈性階段，橫截面最大壓應(yīng)力過渡到最大拉受力 是線性變化的，橫截面中間有一個中性軸。這就是梁構(gòu)件的應(yīng)力分布與變形特點。鋁合金 材料與建筑鋼材一樣同屬塑性材料，其抗壓強度與抗拉強度是相等的，而鋁合金材料的成 型性更好，具有便于加工成型的特點。本發(fā)明的目的，就是根據(jù)上述兩個特點“按需分配”梁 截面的質(zhì)量，找到最大限度發(fā)揮材料強度的潛力，又節(jié)省材料，又方便加工制作的“合理截 面”梁構(gòu)件。經(jīng)過分析計算，創(chuàng)造發(fā)明了多孔箱形截面鋁合金梁(見圖2)。2、本發(fā)明技術(shù)方案多孔箱形鋁合金梁用鋁合金材料，使用擠壓方法制作而成，它由上、下箱壁，左、右 箱壁，兩側(cè)箱翼及內(nèi)箱肋的鋁合金板塊構(gòu)成，其特征在于根據(jù)梁構(gòu)件橫截面的應(yīng)力分布與 應(yīng)力大小的特點，合理相應(yīng)布置箱形梁上述各種板塊的位置及其質(zhì)量大小，最大限度發(fā)揮 材料強度潛力；同時最大限度提高了梁的穩(wěn)定性和平面內(nèi)剛度與平面外的剛度，得到一種 受力合理，節(jié)約材料，易于加工制作的“合理截面”梁桿件。以上所述的鋁合金上箱壁①布置在梁橫截面受壓區(qū)的外邊緣，即最大壓應(yīng)力處， 其截面壁厚根據(jù)梁跨度及作用的荷載由設(shè)計計算確定。上箱壁的板狀有兩個方案其一是 做成平面板；其二做成楞面板。以上所述的鋁合金下箱壁②布置在梁橫截面受拉區(qū)的外邊緣，即最大拉應(yīng)力處，其截面壁厚根據(jù)梁的跨度及作用的荷載由設(shè)計計算確定。下箱壁的板狀有兩個方案其一 是做成平面板；其二做成楞面板。以上所述鋁合金左、右箱壁③、④，布置在梁橫截面兩側(cè)邊緣，其壁厚根據(jù)梁跨度 及作用荷載由設(shè)計計算確定。左、右箱壁的板狀有兩個方案其一是做成平面板；其二做成 楞面板。以上所述鋁合金箱翼⑤、⑥布置在上箱壁的兩側(cè)，箱翼的寬度及厚度根據(jù)梁的跨 度及作用荷載設(shè)計計算確定。有三個方案其一做成板翼(圖i)；其二做成箱翼(圖3)； 其三不設(shè)翼。以上所述鋁合金內(nèi)箱肋⑦、⑧布置在箱形梁內(nèi)腔，與左、右箱壁連接，或與上、下箱 壁連接，形成多孔的箱形截面梁。內(nèi)箱肋設(shè)置多少道及每道肋厚度均由設(shè)計計算確定。內(nèi) 箱肋設(shè)置有兩個方案其一在什么方向設(shè)置，設(shè)多少道由計算確定；其二不設(shè)置內(nèi)箱肋。以上所述的多孔箱形鋁合金梁，其橫截面寬度，即上、下箱壁長度，根據(jù)該梁的跨 度及作用的荷載由設(shè)計計算確定。有兩個方案其一做成上、下箱壁等長；其二做成上箱壁 較長，下箱壁較短。對于多孔箱形鋁合金梁其橫截面高度，即左、右箱壁長度，根據(jù)梁的跨度 及作用的荷載設(shè)計計算確定。梁橫截面寬度及梁橫截面高度既要滿足梁的強度要求，同時 要滿足梁的穩(wěn)定性和平面內(nèi)剛度及平面外剛度的要求。以上所述多孔箱形鋁合金梁構(gòu)件可以作為樓面梁，屋面梁、墻梁、屋面檁條梁等梁 構(gòu)件。它由基礎(chǔ)、柱子、梁構(gòu)件、桁架等其它構(gòu)件支承。支承構(gòu)件可以是鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)，鋁合金結(jié)構(gòu)或其它混合結(jié)構(gòu)。3、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的實質(zhì)性特點和顯著進步(1)本發(fā)明多孔箱形鋁合金梁，由上、下箱壁，左、右箱壁，箱翼及內(nèi)箱肋鋁合金板 塊構(gòu)成，其特征在于根據(jù)梁構(gòu)件橫截面應(yīng)力分布與應(yīng)力大小的特點，“按需分配”，布置組 成箱形梁的上述各種板塊的位置及板塊的質(zhì)量大小，最大限度發(fā)揮材料強度的潛力，同時 最大限度提高了梁的穩(wěn)定性和平面內(nèi)剛度與平面外剛度，是一種節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)安全可靠 “合理截面”的梁桿件，是C型截面梁、工字形載面梁無法比擬的梁桿件。(2)多孔箱形鋁合金梁充分利用了鋁合金成型性好、加工方便的特性，完全由擠壓 加工一次成型，可以實現(xiàn)工廠大批量生產(chǎn)，質(zhì)量也有保證。(3)多孔箱形鋁合金梁與鋁合金桁架梁、鋁合金屋面板等其他鋁合金建筑構(gòu)件配 套使用，可以做到結(jié)構(gòu)同材同質(zhì)，溫度應(yīng)力與變形同步，提高了建筑物安全度。(4)鋁合金材料質(zhì)輕(比重是鋼材的三分之一)，高強(六系列鋁材的物理力學性 能已接近建筑用鋼923 ，防腐力高(是鋼材的4-6倍)，成型性好(是其他金屬不可比)， 是可以再生的環(huán)保建筑金屬。用鋁合金材料建筑土木工程雖然建造投資造價稍高，但可以 減輕建筑物自重，提高抗震能力與耐腐能力，幾呼終生不用維護，成為長命百歲工程，其使 用造價十分低廉，綜合經(jīng)濟效益十分明顯。
四

圖1、是工程上常見的一根梁桿件實例。圖2是圖1的梁桿件選用楞面板箱壁多孔箱型鋁合金梁方案的橫截面圖。圖3是圖1的梁桿件跨度較大，承受荷載較大時，選用平面板箱壁與加強型箱翼的多孔箱型鋁合金梁方案的橫截面圖。圖4是某廠房屋面檁條梁的平面板箱壁多孔箱型鋁合金梁橫截面圖。圖5是某廠房屋面檁條梁構(gòu)件選用H型鋼梁方案的橫截面圖。圖中部件序號名稱如下①、②分別為上、下箱壁；③、④分別為左、右箱壁；⑤、⑥ 分別為左、右箱翼；⑦、⑧為內(nèi)箱肋；L為梁桿件跨度。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。從圖1中看到，梁是以彎曲為主要變形的桿件，是土木工程中廣泛應(yīng)用的一種構(gòu) 件。常見有鋼筋混凝土梁、鋼梁、木梁、復(fù)合梁等。本發(fā)明是鋁合金制造的鋁合金梁。圖2和圖3是多孔箱型鋁合金梁截面的兩個方案，是用鋁合金材料、使用擠壓方法 制作而成。是根據(jù)梁橫截面的應(yīng)力分布與應(yīng)力大小，經(jīng)過計算，合理布置箱型梁上的上、下 箱壁，左、右箱壁，兩側(cè)箱翼及內(nèi)箱肋的位置及其質(zhì)量大小，最大限度發(fā)揮材料強度潛力，同 時最大限度提高了梁的穩(wěn)定性和梁平面內(nèi)與與平面外的剛度，是“合理截面”的梁構(gòu)件。以下是本發(fā)明的一個工程實例中國南方某廠房屋面檁條梁，跨度L為12m，屋面板為“0. 7+75+0. 6”玻璃絲棉卷氈 雙層彩鋼板。方案1 原設(shè)計為Q235B H型鋼檁條(圖5)，梁截面高300腹板厚6，上、下翼緣寬 150，翼緣板厚4. 5。每根梁用鋼291. 64kg，按每噸5000元計，每根梁造價為1458. 20元。方案2 改用六系鋁合金材料制造，用平面板箱壁多孔箱型鋁合金梁方案(圖4)， 用鋁量為103. ^kg,按每噸22000元計算，每根梁造價為2272. 38元。從上述工程實例看出，在同樣情況下，鋁合金梁每根造價雖然比鋼梁高36 %左右， 然而其重量僅為鋼梁的30%左右，大大減輕了建筑物的自重，對支承檁條的屋架梁及下面 構(gòu)件與基礎(chǔ)節(jié)約材料，降低工程造價十分有利。況且多孔箱型截面梁，平面內(nèi)與平面外，剛 度都比H型鋼大得多。鋁合金材料成型性比鋼材好，可以由擠壓加工一次成型，便于大量生產(chǎn)。鋁合金梁 與鋁合金桁架梁、鋁合金屋面板等構(gòu)件配套使用，可以做到，同材同質(zhì)，溫度應(yīng)力與變型同 步，提高了建筑物安全度。鋁合金材料防腐力高，鋁合金建筑構(gòu)件雖然建造的造價稍高，但幾呼終生不用維 護，成為長命百歲工程，其使用造價十分低廉，經(jīng)濟效益非常明顯。
權(quán)利要求
1.多孔箱形鋁合金梁，用鋁合金材料，使用擠壓方法制作而成。它由上、下箱壁，左、右 箱壁，兩側(cè)箱翼及內(nèi)箱肋的鋁合金板塊構(gòu)成，其特征在于根據(jù)梁構(gòu)件橫截面的應(yīng)力分布與 應(yīng)力大小的特點，合理相應(yīng)布置箱形梁上述各種板塊的位置及其質(zhì)量大小，最大限度發(fā)揮 材料強度潛力，同時最大限度提高了梁的穩(wěn)定性和平面內(nèi)剛度與平面外的剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于用鋁合金材料，使用擠壓方 法制作而成。鋁合金材料質(zhì)輕高強，防腐力高，成型性好，是可再生的環(huán)保建筑金屬。本發(fā) 明就是充分而全面地利用了這些特點創(chuàng)造一種合理、可靠，又易于制作的梁構(gòu)件，為鋁合金 結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用創(chuàng)造條件
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于上箱壁布置在梁橫截面受 壓區(qū)的外邊緣，即最大壓應(yīng)力處，其截面壁厚根據(jù)該梁跨度及作用的荷載由設(shè)計計算確定。 上箱壁的板狀有兩個方案其一是做成平面板；其二做成楞面板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于下箱壁布量在梁橫截面受 拉區(qū)的外邊緣，即最大拉應(yīng)力處，其截面壁厚根據(jù)梁跨度及作用的荷載設(shè)計計算確定。下箱 壁的板狀有兩個方案其一是做成平面板；其二做成楞面板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于左、右箱壁布置在梁橫截面 兩側(cè)邊緣，其壁厚根據(jù)梁跨度及作用荷載由設(shè)計計算確定。左、右箱壁的板狀有兩個方案 其一是做成平面板；其二做成楞面板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于箱翼布置在上箱壁的兩側(cè)， 箱翼的寬度及厚度根據(jù)梁的跨度及作用的荷載設(shè)計計算確定。有三個方案其一做成板翼 (圖2)；其二做成箱翼(圖3)；其三不設(shè)翼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于內(nèi)箱肋布置在箱形梁內(nèi)腔， 形成多孔的箱形截面梁。每道肋厚度均由設(shè)計計算確定。內(nèi)箱肋設(shè)置有兩個方案其一在 什么方向設(shè)置，設(shè)多少道由計算確定；其二不設(shè)置內(nèi)箱肋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于多孔箱形截面箱角做法有 兩個方案其一是做成直線匯交的角；其二是做成園角(圖4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于多孔箱形鋁合金梁其橫截 面寬度，即上、下箱壁長度，根據(jù)該梁的跨度及作用的荷載由設(shè)計計算確定。有兩個方案其 一做成上、下箱壁等長；其二做成上箱壁較長，下箱壁較短。對于多孔箱形鋁合金梁其橫截 面高度，即左、右箱壁長度，根據(jù)梁的跨度及作用的荷載設(shè)計計算確定。梁橫截面寬度及梁 橫截面高度既要滿足梁的強度要求，同時要滿足穩(wěn)定及梁平內(nèi)剛度和平面外剛度的要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔箱形鋁合金梁，其特征在于所述的多孔箱形鋁合金梁 桿件可以作為樓面梁、屋面梁、墻梁、屋面檁條梁等梁構(gòu)件。它由基礎(chǔ)、柱子、梁桿件，桁架及 其它構(gòu)件支承。支承構(gòu)件可以是鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)或其他混合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
多孔箱形鋁合金梁用鋁合金材料，使用擠壓方法制作而成，它由上、下箱壁，左、右箱壁，兩側(cè)箱翼及內(nèi)箱肋的鋁合金板塊構(gòu)成，其特征在于；根據(jù)梁構(gòu)件橫截面的應(yīng)力分布與應(yīng)力大小的特點，合理相應(yīng)布置箱形梁上述各種板塊的位置及其質(zhì)量大小，最大限度發(fā)揮材料強度潛力；同時最大限度提高了梁穩(wěn)定性和平面內(nèi)剛度與平面外的剛度，得到一種受力合理，節(jié)約材料，易于加工制作的“合理截面”梁桿件。
文檔編號E04C3/06GK102102420SQ201010594609
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者林娟, 梁琨 申請人:林娟, 梁琨