6.5 腹板开孔要求

6.5.1 腹板开孔梁应满足整体稳定及局部稳定要求，并应进行下列计算：
    1 实腹及开孔截面处的受弯承载力验算；
    2 开孔处顶部及底部T形截面受弯剪承载力验算。
6.5.2 腹板开孔梁，当孔型为圆形或矩形时，应符合下列规定：
    1 圆孔孔口直径不宜大于梁高的0.70倍，矩形孔口高度不宜大于梁高的0.50倍，矩形孔口长度不宜大于梁高及3倍孔高。
    2 相邻圆形孔口边缘间的距离不宜小于梁高的0.25倍，矩形孔口与相邻孔口的距离不宜小于梁高及矩形孔口长度。
    3 开孔处梁上下T形截面高度均不宜小于梁高的0.15倍，矩形孔口上下边缘至梁翼缘外皮的距离不宜小于梁高的0.25倍。
    4 开孔长度(或直径)与T形截面高度的比值不宜大于12。
    5 不应在距梁端相当于梁高范围内设孔，抗震设防的结构不应在隅撑与梁柱连接区域范围内设孔。
    6 开孔腹板补强宜符合下列规定：
    1) 圆形孔直径小于或等于1／3梁高时，可不予补强。当大于1／3梁高时，可用环形加劲肋加强[图6.5.2(a)]，也可用套管[图6.5.2(b)]或环形补强板[图6.5.2(c)]加强；
    2) 圆形孔口加劲肋截面不宜小于100mm×10mm，加劲肋边缘至孔口边缘的距离不宜大于12mm；圆形孔口用套管补强时，其厚度不宜小于梁腹板厚度；用环形板补强时，若在梁腹板两侧设置，环形板的厚度可稍小于腹板厚度，其宽度可取75mm～125mm；
    3) 矩形孔口的边缘宜采用纵向和横向加劲肋加强，矩形孔口上下边缘的水平纵向加劲肋端部宜伸至孔口边缘 以外单面加劲肋宽度的2倍，当矩形孔口长度大于梁高时，其横向加劲肋应沿梁全高设置；
    4) 矩形孔口加劲肋截面总宽度不宜小于翼缘宽度的1／2，厚度不宜小于翼缘厚度；当孔口长度大于500mm时，应在梁腹板两面设置加劲肋。
    7 腹板开孔梁材料的屈服强度不应大于420N／mm²。 6.5.1 本条只给出了原则性的规定。实际腹板开孔梁多用于布设设备管线，避免管线从梁下穿过使建筑物层高增加的问题，尤其对高层建筑非常有利。
6.5.2 本条提出的梁腹板开洞时孔口及其位置的尺寸规定，主要参考美国钢结构标准节点构造大样。
    用套管补强有孔梁的承载力时，可根据以下三点考虑：(1)可分别验算受弯和受剪时的承载力； (2)弯矩仅由翼缘承受；(3)剪力由套管和梁腹板共同承担，即：     式中：V_s——套管的受剪承载力；
              V_w——梁腹板的受剪承载力。
    补强管的长度一般等于梁翼缘宽度或稍短，管壁厚度宜比梁腹板厚度大一级。角焊缝的焊脚长度可取0.7t，t为梁腹板厚度。
    研究表明，腹板开孔梁的受力特性与焊接截面梁类似。当需要进行补强时，采用孔上下纵向加劲肋的方法明显优于横向或沿孔外围加劲效果。钢梁矩形孔被补强以后，弯矩可以仅由翼缘承担，剪力由腹板和补强板共同承担。对于矩形开孔，美国Steel Design Guide Series 2中给出了下面一些计算公式：
    1 不带补强的腹板开孔梁最大受弯承载力Mm按下列公式进行计算[见图6(a)]：     式中：M_p——塑性极限弯矩，Mp＝fyZ(N·mm)；
             △A_s——腹板开孔削弱面积，△As＝h0tw(mm²)；
              h₀——腹板开孔高度(mm)；
              t_w——腹板厚度(mm)；
              e——开孔偏心量，取正值(mm)；
              Z——未开孔截面塑性截面模量(mm³)；   
              f_y——钢材的屈服强度(N／mm²)。

 式中：△A_s——腹板开孔削弱面积，△A_s＝h₀t_w—2A_r；
            A_r——腹板单侧加劲肋截面积。
    上式中带补强指的是腹板矩形开孔上下用加劲肋对称补强的情况，对其他形状的孔可以适当简化成矩形孔的情况进行处理。更多的情况详见美国Steel Design Guide Series 2。