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铸钢节点在大跨度管桁架建筑钢结构中应用探讨

发布时间:2019-10-22 11:17:06  共阅读:73次
近几年来,大跨度空间管桁架钢结构因其含钢 量低邊型独特优美滅工周期短等优点已广泛应用 于会展中心、体育场、飞机场等大型民用标志性建 筑。铸钢节点则因其特有的性能,在国外已广泛应 用于大跨度空间管桁架钢结构中的重要节点,国内 也在逐步推广应用。我公司先后承担的苏州体育 场、上海新国际博览中心、深圳游泳跳水馆、哈尔滨 国际会展体育中心等大型民用标志性建筑中均应用 了铸钢节点。铸钢节点一般应用于荷载较大、受力 复杂的关键部位,其可靠性直接关系到整个结构的 安全,十分重要。

2铸钢节点的常用结构形式及其特点 2.1 铸钢节点的常用结构形式

铸钢节点的常用结构形式有树型铸钢节点、较 接铸钢节点及混合型铸钢节点等。树型铸钢节点如 图1所示,用来取代主管与多根支管相贯的节点,用 对接焊縫取代相贯焊縫,焊縫分散,減少了焊接应力 集中。铰接铸钢节点如图2所示,常用于杆件端部 连接处(如支座处等),可简化节点邊型美观。混合 型铸钢节点如图3所示,具有树型铸钢节点和较接铸钢节点的共同特点。在南京奧林匹先体育中心项 目中还设计了铸姻球节点。

2.2铸钢节点的特点

铸钢节点与普通管相贯节点、管板节点相比,具 有以下特点:

1) 可根据实际需要设计结构形式,可塑性强遺 型美观。

2) 铸钢节点一般为实心,仅在接口处局部挖空, 即使全为空心,也比钢管或钢板厚。因此承载力高、 抗变形能力强.

3) 铸钢节点常以对接焊縫取代管管相贯焊縫、 取消管板组合烊縫,可分散焊縫,減少焊接量,減小 烊接应力集中.

4) 匀质性相对较差。

3建筑结构用铸钢节点在国内广泛推广需要解决 的几个问题

在国内,由于结构用铸钢件应用于大型民用建 筑钢结构中的重要节点刚刚起步,铸钢节点广泛推 广应用迫切需要解决的主要问题如下:

3.1铸钢件标准

国内现行铸钢柄准《焊接结构用碳素钢铸件》 (CB7659- 87)是20世纪80年代编的,材料的S、P 含量控制较宽松(<0.04%),对材料的碳当量没有 限制,材料的沖击值较低。实际上,目前我国钢材的 冶炼技术已达到国际先进水平,该标准对于铸钢件 的尺寸公差、铸件的表面质量也要求较低。根据该 标准生产的铸件远不能满足祖国大江南北大跨度焊 接结构用铸钢件的需要。因此,国内迫切需要一套 适用于大跨度管桁架焊接结构用铸钢件的标准。目 前大跨度管桁架焊接结构用铸钢件主要是引用国外 柄准。

3.2铸钢件生产

由于我国现行铸钢标准要求不高,许多铸造厂 生产设备简陋,难以满足大跨度焊接结构用铸钢件 交付技术条件要求。在苏州体育场、上海新国际博 览中心属圳游泳跳水馆等工程的铸钢件生产中,均出现过因铸钢件质量问题而返炉重新浇铸的现象, 成本大大增加。另外,现有铸造厂冶炼炉的容积较 小(普遍为5t),不能满足单件重量较大铸件的需 要。为了保证质量、降低成本戒高生产能力,满足 工程需要,铸造大跨度焊接结构用铸钢件的生产厂 应进行技术改造,包括从制模、冶炼、热处理直至检 验的全过程改造。

3.3铸钢件无损检測

超声探伤是检验钢材内部质量最方便、经济省 效的检測手段。在钢结构行业,超声探伤是最常用 的一种检测方法。现行国标《铸钢件超声探伤及质 量评級方法》(CB7233 - 87)仅适用于厚度大于等于 30mm的铸钢件。事实上,大跨度焊接结构用铸钢 件厚度是变化的,在焊接接口处常常较薄,厚度小于 30mm也很常见,该部位是十分重要的,按国标则无 法检測。

3.4铸钢件焊接及焊縫无损检測

现行的有关钢结构焊接的国家及行业标准中, 包括最新发布执行的《建筑钢结构焊接技术规程》 (JGF81 - 2002),均没有针对铸钢件焊接的有关规 定。在参照执行标准时有争议。例如:现行的钢材 焊接工艺评定标准均要求进行冷弯试验,但所有铸 钢标准对铸钢件并无冷弯性能要求。那么,进行铸 钢件焊接工艺评定时是否应进行冷弯试验呢?另 外,目前铸钢件烊接主要采用手工电弧焊,其他焊接 方法应用于铸铜件还有待于进一步实践。

由于铸钢件组织不均勾、晶粒粗大避声性差、 衰减严重,焊縫超声探伤的评审困难,焊縫检测现也 无相应标准可循。

4铸钢节点质量控制

虽然铸钢节点在国内广泛推广还需解决许多问 题,但设计师们正不断采用该结构形式。图4为铸 钢节点工程实例。通过实践,施工单位应从设计、铸 造、焊接教验等几个方面严格控制铸钢节点质量。 4.1节点的细部设计

铸钢节点的细部设计在满足承载能力的同时, 应考虑满足铸造、制作及焊接工艺要求。

1) 铸钢件细部设计应避免尖角或直角,且有利 于气体排出。

2) 铸钢件焊接应采用对接焊缝,尽量避免T形 接头,以降低焊接应力。

明确铸钢件的化学成分机械性能、热处理制 度着度要求教验方法和合格等級等。

检验。力学性能可采取单铸或附铸试件形式。在条件允许的情况下,应尽可能采用附铸试件。

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