鑄鋼節(jié)點(diǎn)的工程應(yīng)用與研究
摘要隨著空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展，鑄造工藝的提高，鑄鋼節(jié)點(diǎn)在我國得到了日益廣泛的應(yīng)用.本文介紹了鑄鋼節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用概況，研 究了該類型節(jié)點(diǎn)的特性、分類以及鑄造工藝、并時(shí)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，同時(shí)還介紹了鑄鋼節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)概況
關(guān)鍵詞 鑄鋼節(jié)點(diǎn)；鑄鋼空心球管節(jié)點(diǎn)；鑄鋼相貫節(jié)點(diǎn)；張弦桁架



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(duì)結(jié) 構(gòu)的傳力性能、制作安裝、工程進(jìn)度及工程造價(jià)都有相當(dāng) 大的影響，因此尋找受力合理、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)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)已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(duì)受力復(fù)雜的節(jié) 點(diǎn)釆用了該種節(jié)點(diǎn)形式并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益目 前，我國對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的研究還很缺乏，因此為了適應(yīng)該種 節(jié)點(diǎn)的發(fā)展,對(duì)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(shí) 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(dòng)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(duì)這些節(jié)點(diǎn)而言，有其特的性能，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(duì)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；
2） 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: 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 按受力狀況采用合理的截面形狀，從而改善節(jié)點(diǎn)的應(yīng) 力分布；
3） 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的含量，使材質(zhì)具有 良好的塑性、韌性及可焊性；
4） 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：
1） .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(shí)需要大量鋼水，不僅造成材料的浪費(fèi)，而且導(dǎo)致工 程造價(jià)的提高。除此之外，該節(jié)點(diǎn)自重大，對(duì)整個(gè)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；
2） 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)置減重孔。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 位置應(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)的重量與承載力均介于實(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn)和空 心鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間；
3）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(duì)較低，但可大大減少

節(jié)點(diǎn)重量、降低造價(jià)。在選擇鑄鋼節(jié)點(diǎn)的類型時(shí)，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)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)三類匚
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(duì)這兩種沒點(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(gè)半球?qū)付煽招那颍缓髮?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)力分布以及鑄鋼件的清理，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為重慶奧林匹 克體育中心的某一鑄鋼球管節(jié)點(diǎn)的剖面圖。


目前為了適應(yīng)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，對(duì)節(jié)點(diǎn)的材質(zhì)性能、 鑄造工藝等方面還有待進(jìn)一步研究。節(jié)點(diǎn)材質(zhì)是其應(yīng)用 與發(fā)展的重要基礎(chǔ)，而我國當(dāng)前對(duì)鑄鋼材質(zhì)的選取主要 參照德國標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)S、P的含量限制非常嚴(yán)格，這雖 然了節(jié)點(diǎn)具有良好的塑性、韌性及可焊性，但同時(shí)也 增加了鑄造費(fèi)用，從而導(dǎo)致工程總造價(jià)的提高：為此對(duì) 造價(jià)低廉、機(jī)械性能良好的鑄鋼材質(zhì)的開發(fā)具有較大的 研究空間鑄造工藝是生產(chǎn)合格鑄件的基本，其工 藝的好壞直接影響到節(jié)點(diǎn)的尺寸與質(zhì)量。當(dāng)前由于鑄造 工藝的要求，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的壁相對(duì)較厚，從而使節(jié)點(diǎn)的重量 增大，這不僅對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生不利影響，而且也造 成材料的浪費(fèi)，為此有關(guān)技術(shù)人員有必要在鑄造方案上 下工夫，以生產(chǎn)出受力合理、質(zhì)量合格的鑄鋼節(jié)點(diǎn)：

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