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：260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。
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。
