鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的連接方式日趨復(fù)雜，傳統(tǒng) 的焊接球節(jié)點(diǎn)、鋼管相貫節(jié)點(diǎn)等各種節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn) 形式已實(shí)際地?cái)[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(diǎn)以其合理性與實(shí)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(diǎn)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(diǎn)采用了該種節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的研究還很缺乏，因此為了適應(yīng)該節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，對其進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)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(diǎn)的規(guī)范，屆時鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、鑄造及施工將有據(jù)可依，進(jìn)一步推動了鑄鋼節(jié)點(diǎn)在我國的發(fā)展。

1鑄鋼節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)及類型 1.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)

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

1) 鑄鋼節(jié)點(diǎn)在工廠內(nèi)整體澆鑄，相對于焊接球節(jié)點(diǎn) 與鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)具有良好的適應(yīng)性，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(diǎn)；可 按受力狀況采用最合理的截面形狀.從而改善節(jié)點(diǎn)的應(yīng) 力分布；

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

1.2鑄鋼節(jié)點(diǎn)的類型

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

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

實(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn)雖然承載力比較大，但由于節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn)在工程 中很少被采用?，

半空心半實(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn)是在實(shí)心節(jié)點(diǎn)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(diǎn)在桿件的匯交處是實(shí) 心的。該節(jié)點(diǎn)的重M與承載力均介于實(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn)和空 心鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間；

空心鑄鋼節(jié)點(diǎn)是在實(shí)心節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將所有桿 件掏空。該節(jié)點(diǎn)的承載力雖然相對較低，但可大大減少節(jié)點(diǎn)重童、降低造價。在選擇鑄鋼節(jié)點(diǎn)的類型時.若空心 鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)形式。

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

1) 鑄鋼空心球管節(jié)點(diǎn)與我國普遍采用的焊接空心 球節(jié)點(diǎn)有很多相似之處，我們將通過對這兩種節(jié)點(diǎn)的比 較，分析鑄鋼球管節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)。鑄鋼空心球管節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)應(yīng)力分布以及保證鑄鋼件的淸理，鑄鋼球管節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的剖面圖。鑄鋼相貫節(jié)點(diǎn)是根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(shí)心?？招蔫T鋼相貫節(jié)點(diǎn)與鋼管相貫節(jié)點(diǎn)有相似之處， 但兩者之間存在根本區(qū)別。鋼管相貫節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)無論是空心還是半空心半實(shí) 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(diǎn)的強(qiáng)度與剛度，在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的軸測 圖。

2) 鑄鋼支座是一種特殊的節(jié)點(diǎn)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(jì)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(jì)。2鑄鋼節(jié)點(diǎn)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)用碳索鋼鑄件的國家標(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(diǎn)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。