鑄鋼節(jié)點為在工程上的應(yīng)用

隨著空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的跨度愈來愈大,形式也 相應(yīng)增多。特別是近幾年來，新型結(jié)構(gòu)體系不斷出現(xiàn)，使 結(jié)構(gòu)中構(gòu)件與構(gòu)件之間節(jié)點的連接方式日趨復(fù)雜，傳統(tǒng) 的焊接球節(jié)點、鋼管相貫節(jié)點等各種節(jié)點形式已不能適 應(yīng)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。眾所周知，節(jié)點構(gòu)造的好壞對結(jié) 構(gòu)的傳力性能、制作安裝、工程進(jìn)度及工程造價都有相當(dāng) 大的影響，因此尋找受力合理、施工簡便、造價低的節(jié)點 形式已實際地擺在廣大工程技術(shù)人員面前隨著鑄造工 藝的提高，鑄鋼節(jié)點以其合理性與實用性越來越受到工 程界的關(guān)注。在國外，特別是日本、德國等發(fā)達(dá)國家，鑄 鋼節(jié)點己得到非常普遍的采用；國內(nèi)鑄鋼件的應(yīng)用剛剛 興起，近幾年來,在一些大跨度結(jié)構(gòu)中，對受力復(fù)雜的節(jié) 點采用了該種節(jié)點形式并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國對鑄鋼節(jié)點的研究還很缺乏，因此為了適應(yīng)該節(jié)點的發(fā)展，對其進(jìn)行理論分析與試驗研究已成為當(dāng)務(wù)之急。近期我國正準(zhǔn)備編制有關(guān)鑄鋼節(jié)點的規(guī)范，屆時鑄鋼節(jié)點的設(shè)計、鑄造及施工將有據(jù)可依，進(jìn)一步推動了鑄鋼節(jié)點在我國的發(fā)展。

1鑄鋼節(jié)點的特點及類型 1.1鑄鋼節(jié)點的特點

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，節(jié)點形式很多，如焊接空心球節(jié) 點、螺栓球節(jié)點、鋼管相貫節(jié)點、焊接鋼板節(jié)點等。鑄鋼 節(jié)點相對這些節(jié)點而言，有其獨(dú)特的性能，其主要特點 為：

1) 鑄鋼節(jié)點在工廠內(nèi)整體澆鑄，相對于焊接球節(jié)點 與鋼管相貫節(jié)點，可免去相貫線切割及重疊焊縫焊接引 起的應(yīng)力集中；

鑄鋼節(jié)點具有良好的適應(yīng)性，節(jié)點設(shè)計自由度大。1) 可根據(jù)建筑需要生產(chǎn)出具有復(fù)雜外形和內(nèi)腔的節(jié)點；可 按受力狀況采用最合理的截面形狀.從而改善節(jié)點的應(yīng) 力分布；

2) 建筑結(jié)構(gòu)中鑄鋼節(jié)點的化學(xué)成份要求比其它領(lǐng) 域中的鑄鋼件要高，嚴(yán)格限制C.、S、P的含M，使材質(zhì)具有 良好的塑性、貧J性及可焊性；

3) 鑄鋼節(jié)點的應(yīng)用范圍廣，不受節(jié)點位置、形狀、尺 寸的限制，既可用于結(jié)構(gòu)中部節(jié)點,也可用于支座節(jié)點。

1.2鑄鋼節(jié)點的類型

建筑結(jié)構(gòu)中鑄鋼節(jié)點的形狀雖然千差萬別，但根據(jù) 內(nèi)部構(gòu)造或節(jié)點形式可將其分類。

鑄鋼節(jié)點根據(jù)節(jié)點的內(nèi)部構(gòu)造可分為實心鑄鋼節(jié) 點、空心鑄鋼節(jié)點、半空心半實心鑄鋼節(jié)點三類。

實心鑄鋼節(jié)點雖然承載力比較大，但由于節(jié)點在 冶煉時需要大量鋼水，不僅造成材料的浪費(fèi)，而R導(dǎo)致工 程造價的提高。除此之外，該節(jié)點自重大，對整個結(jié)構(gòu)的 受力將產(chǎn)生極其不利的影響。因此實心鑄鋼節(jié)點在工程 中很少被采用?，

半空心半實心鑄鋼節(jié)點是在實心節(jié)點的基礎(chǔ)上， 在某些部位設(shè)罝減重孔。為了避免出現(xiàn)尖角.減重孔的 內(nèi)表面通常為光滑的曲面，如拋物面、橢球面等;減重孔 位罝應(yīng)避開各桿件的匯交處，節(jié)點在桿件的匯交處是實 心的。該節(jié)點的重M與承載力均介于實心鑄鋼節(jié)點和空 心鑄鋼節(jié)點之間；

空心鑄鋼節(jié)點是在實心節(jié)點的基礎(chǔ)上，將所有桿 件掏空。該節(jié)點的承載力雖然相對較低，但可大大減少節(jié)點重童、降低造價。在選擇鑄鋼節(jié)點的類型時.若空心 鑄鋼節(jié)點可滿足強(qiáng)度以及鑄造工藝的要求，應(yīng)優(yōu)先考慮 采用該種節(jié)點形式。

鑄鋼節(jié)點根據(jù)節(jié)點形式可分為鑄鋼空心球管節(jié)點、 鑄鋼相貫節(jié)點、鑄鋼支座節(jié)點三類。

1) 鑄鋼空心球管節(jié)點與我國普遍采用的焊接空心 球節(jié)點有很多相似之處，我們將通過對這兩種節(jié)點的比 較，分析鑄鋼球管節(jié)點的特點。鑄鋼空心球管節(jié)點由于 鋼管根部與球整體澆鑄在一起，焊縫位于鑄鋼管上。焊 接空心球節(jié)點是先將兩個半球?qū)付煽招那颍缓髮?nbsp;鋼管進(jìn)行加工后，直接焊在球上，焊縫位于管、球相交處。 為了改善節(jié)點應(yīng)力分布以及保證鑄鋼件的淸理，鑄鋼球管節(jié)點在鑄鋼管與球交界處、鑄鋼管與鑄鋼管搭接處的 內(nèi)外側(cè)都有圓滑過渡，即存在倒角。圖1為電慶奧林匹 克體育中心的某一鑄鋼球管節(jié)點的剖面圖。鑄鋼相貫節(jié)點是根據(jù)節(jié)點外形將多根桿件的匯 交處在廠內(nèi)澆鑄而成，內(nèi)腔可以是空心，也可以是半空心 半實心。空心鑄鋼相貫節(jié)點與鋼管相貫節(jié)點有相似之處， 但兩者之間存在根本區(qū)別。鋼管相貫節(jié)點是主管直通， 支管加工成相貫面后，直接與主管焊接。而鑄鋼相貫節(jié) 點可根據(jù)各匯交桿件的空間位置鑄造成各種形狀，不受 主管直通的限制。1) 該節(jié)點無論是空心還是半空心半實 心,焊縫都位于鑄鋼管上，在管管相交處都存在倒角。為 了提高節(jié)點的強(qiáng)度與剛度，在節(jié)點內(nèi)部可設(shè)置鑄鋼加勁 肋。圖2為重慶奧林匹克體育中心鑄鋼相貫節(jié)點的軸測 圖。

2) 鑄鋼支座是一種特殊的節(jié)點形式，是將上部荷載 傳遞給下部結(jié)構(gòu)的重要傳力構(gòu)件，其設(shè)計是否合理關(guān)系 到整個結(jié)構(gòu)的安全。鑄鋼支座主要應(yīng)用在網(wǎng)架、網(wǎng)殼與 下部結(jié)構(gòu)的結(jié)合處、張弦桁架端部、梁柱結(jié)合處等，其形 式差別較大，很難一概而論，視具體的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行設(shè) 計。2鑄鋼節(jié)點的材料

鑄造材料按照鋼的化學(xué)成份分為鑄造碳鋼和鑄造低 合金鋼。由于鑄造碳鋼的淬透性與力學(xué)性能較差以及對 大截面構(gòu)件無法通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，因此鑄造材料主 要采用低合金鋼，其主要的合金元素為錳Mn、硅S、鉻Cr 等，這些元素不僅提髙了材料的強(qiáng)度，而且大大改善了鑄 鋼的塑性、韌性及可焊性。鑄鋼件材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)很多：如1987 年我國制定的焊接鋼結(jié)構(gòu)用碳索鋼鑄件的標(biāo)準(zhǔn)GB/ T7659、國際標(biāo)準(zhǔn)IS03755、口本標(biāo)準(zhǔn)JISG5102、美國標(biāo)準(zhǔn) ASTM A216、德國標(biāo)準(zhǔn)DIN17182。通過對各國標(biāo)準(zhǔn)的比 較，我們發(fā)現(xiàn)德國標(biāo)準(zhǔn)（歐盟標(biāo)準(zhǔn)）中的鑄鋼件化學(xué)成份 含量與機(jī)械性能指標(biāo)要求最嚴(yán)格。該標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制C及 有害元素S、P的含M:C的含童控制在0.15%0.2%范圍 內(nèi)，比其它各國標(biāo)準(zhǔn)低0.05%左右;S、P含量控制在0. 020%以下，而其它各國標(biāo)準(zhǔn)均控制在0.045%以下。嚴(yán) 格限制C、S、P的含量不僅使鑄鋼件具有良好的塑性與韌 性，而且確保了節(jié)點的可焊性，以滿足鑄鋼件與鋼管兩種 不同材質(zhì)的焊接要求。建筑用鑄鋼件在材料選取上主要 需考慮兩方面N題:滿足結(jié)構(gòu)的受力性能;材料具有良好 的塑性、韌性與可焊性。冃前，我國建筑用鑄鋼材質(zhì)的選 取主要參照徳國DIN17182標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對材質(zhì)的化學(xué)成 份及機(jī)械性能。