鑄鋼節(jié)點在鋼結構中的重要作用

隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，為了滿足建筑造型及功能要求，新型建筑體系不斷出現(xiàn)，結構跨度愈來愈大，這將使連接各構件的節(jié)點構造日趨復雜，傳統(tǒng)的節(jié)點形式已不能滿足現(xiàn)代結構發(fā)展的要求 。鑄鋼節(jié)點作為我國新興的節(jié)點形式以其特有的優(yōu)點在鋼結構應用中顯示出合理性與適應性 ，不僅解決了焊接球節(jié)點由于結構跨度的增大使球徑過大的困難 ，而且可解決鋼 管相貫節(jié)點由于進行相貫線的切割導致施工不便的問題 。隨著鑄造工藝的提高，鑄鋼節(jié)點在鋼結構中將得到日趨廣泛的應用。然而我國對這方面的研究很少，還沒有相關文獻從結構設計方面系統(tǒng)研究鑄鋼節(jié)點。

目前 ，為 了適應鑄鋼節(jié)點的快速發(fā)展 ，我國準備編制鑄鋼節(jié)點規(guī) 范 ，因此對鑄鋼節(jié)點 的研究 勢在 必行。本文從鑄鋼節(jié)點的特點 、設計 、質(zhì)量控制 、焊接等方面進行系統(tǒng)研究 ，提出了鑄鋼節(jié)點的設計準則 ，不僅為該 種節(jié) 點在工 程 中的推廣 應用提供 指

導 ，而且為今后規(guī)范的編制提供參考。

1、鑄鋼節(jié)點的特點以及類型

1．1 鑄鋼 節(jié)點 的常用結構形式

鑄鋼節(jié)點的常用結構形式有樹型鑄鋼節(jié)點 、鉸接鑄鋼節(jié)點及混合型鑄鋼節(jié)點等。樹型鑄鋼節(jié)點 ，用來取代 主管 與多根支管相貫 的節(jié)點 ，用對接焊縫取代相貫焊縫 ，焊縫分散 ，減少了焊接應力集 中。鉸接鑄鋼節(jié)點，常用 于桿件端部連接處(如支座 處等)，可簡化點 、造型美觀 ?；旌闲丸T鋼節(jié)點 ，具有樹型鑄鋼節(jié)點和鉸接鑄鋼節(jié)點的共同特點 。在 南京奧林 匹克體育 中心項 目中還設計 了鑄 鋼球節(jié)點 。

1 ．2 鑄鋼 節(jié)點 的特點

鑄鋼節(jié)點與普 通管相貫節(jié)點 、管板節(jié)點相 比，具有 以下特點 ：

1)可根據(jù) 實際需要設計結構形式 ，可塑性 強、造型 美觀 。

2 )鑄鋼節(jié)點一般為 實心 ，僅在接 口處局部挖 空 ，即使全 為空心 ，也比鋼 管或鋼板厚 。因此承載力 高、抗變形能力強 。

3)鑄鋼節(jié)點常以對接焊縫取代管管相貫焊縫 、取消管板組合焊縫 ，可分散焊縫 ，減少焊接量 ，減小焊接應力集中。

4 )勻質(zhì)性相對較差

2、鋼結構用鑄鋼節(jié)點在國內(nèi)廣泛推廣需要解決的幾個問題

在 國內(nèi)，由于結構用鑄鋼件應用于大型 民用建 筑鋼 結構 中的重要 節(jié)點 剛剛起步 ，鑄鋼節(jié)點廣泛推廣應用迫切需要解決的主要 問題如 下 ：

2 ．1 鑄鋼件標準

國內(nèi)現(xiàn) 行鑄鋼標準《焊 接結構用碳素鋼鑄件))(G B 7659- 87 )是20世紀80年代編

的，材料的S 、P 含量控制較寬松(≤0104％)，對材料 的碳當量沒有限制 ，材料的沖擊值

較低 。實際上 ，目前我國鋼材的冶煉 技術 已達到國際先進 水平 ，該標準對于鑄鋼件 的

尺寸公差 、鑄件的表面質(zhì)量也要求較低 。根據(jù)該標準生產(chǎn)的鑄件遠不能滿足祖國大江南北 大跨 度焊接結構用鑄鋼件 的需要 。因此，國內(nèi)迫 切需要一 套適 用于大跨 度管桁架焊 接結 構用鑄鋼件的標準 。目前大跨度管桁架焊接結構用鑄鋼件 主要是引用國外

標 準。

2 ．2 鑄鋼件生產(chǎn)

由于 我國現(xiàn)行鑄鋼標準要求不高 ，許多鑄造廠生產(chǎn)設備簡 陋，難 以滿足大跨度焊接結構用鑄鋼 件交付技術條件要求 。在蘇州體育場 、上海新 國際博覽中心 、深圳游泳跳水館等工程 的鑄鋼件生產(chǎn) 中，均 出現(xiàn)過因鑄鋼件質(zhì)量 問題 而返爐重新澆鑄 的現(xiàn)象 ，成本大大增加。另外 ，現(xiàn)有鑄造廠冶煉爐的容積較小(普遍為5t)，不能滿足單件重量較大鑄件的需要。為了保證質(zhì)量 、降低成本 、提高生產(chǎn) 能力 ，滿足工程 需要 ，鑄造大跨度焊接結構用鑄鋼件的生產(chǎn)廠應進行技術改造 ，包括從制模、冶煉 、熱處理直至檢驗的全過程改造 。

2 ．3 鑄鋼件無損檢測

超聲 探傷 是檢 驗鋼 材 內(nèi)部質(zhì) 量最 方便、經(jīng)濟、有效的檢測手段 。在鋼結構行業(yè) ，超聲探傷是最常用 的一 種檢測方法 。現(xiàn)行國標《鑄 鋼件超 聲探傷 及質(zhì)量 評級方 法》

(G B 7233- 87)僅適用于厚度大于等于30m m的鑄鋼件。事實上 ，大跨度焊接結構用鑄鋼

件厚度是變 化的，在焊接接 口處常常較薄 ，厚度小于30r a m 也很常見 ，該部位是十分重要的，按 國標則無法檢測 。

2 ．4 鑄鋼件焊接及焊縫無損檢測

現(xiàn)行 的有關鋼結構焊接 的國家及行業(yè)標準 中，包括最新發(fā)布執(zhí)行的《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程))(JG J81- 2002)，均沒有針對鑄鋼件焊 接的有關規(guī)定 。在參照 執(zhí)行 標準時有爭議。例如：現(xiàn)行的鋼材焊接工藝評定標 準均要求進行 冷彎 試驗 ，但所有鑄鋼標準對鑄鋼件 并無冷彎性能要求。那么 ，進行鑄鋼件焊接工藝評定時是否應進行冷彎試驗呢?另外 ，目前鑄鋼件焊接主要采用手工電弧焊 ，其他焊接方法應用于鑄鋼件還有待于進一步 實踐。由于鑄鋼件 組織不均勻、晶粒粗大 、透聲性差 、衰減嚴 重，焊縫超 聲探傷的評審困難 ，焊縫檢測現(xiàn)也無相應標準可循 。

3 、鑄鋼節(jié)點質(zhì)量控制

雖然鑄鋼節(jié) 點在 國內(nèi)廣泛推廣還需解決許多 問題 ，但設計師們正不斷采用該結構形式 。通過實踐 ，施工 單位 應從設計 、鑄造、焊接、檢驗等幾個方面嚴格控制鑄鋼節(jié)點質(zhì)量 。

3 ．1 節(jié)點的細部設計

鑄鋼節(jié)點的細部設計在滿足承載能力的同時，應考慮滿足鑄造、制作及焊接工藝要 求 。

1 )鑄鋼件 細部設 計應避免 尖角或直角 ，且有 利于氣體排出。

2 )鑄鋼件焊接應 采用對接焊縫 ，盡量避免T 形接頭 ，以降低焊接應力。

3)明確鑄鋼件 的化學成分、機械性 能、熱處理制度、精度要求 、檢驗方法和合格等

級等 。

3 ．2鑄鋼多節(jié)點焊接及焊接檢驗

3．2 1 焊接工藝評定

鑄鋼節(jié)點焊 前首先要進行焊接工藝評定 ?？?/font> 參照 《建筑 鋼 結構 焊接 技術 規(guī)程 》

(JG J81- 2002)或《鋼制壓力容器焊接工藝評定))(JB4708—2000)進行 。彎曲試驗是否可免

做 ，應征得設計或監(jiān)理 方的同意 。

3 ．22 焊接方案及實施

焊接工 藝評定合格后 ，應根據(jù)評 定結果及結構形式編制詳細的焊接方案 ，以指導施工 。焊工正 式焊接鑄鋼件前，應進行焊前模擬考試 ，并接受安全教育及技術培訓。鑄鋼節(jié) 點焊 接除應做好焊材烘 烤、坡口清理 、逐層 清渣等常規(guī)焊前準備 、焊 接過程質(zhì)量控制工作之外 ，還應重點考慮 以下幾個方面 。

1)預熱及層 間溫度 。由于鑄鋼節(jié)點大部分較厚 ，工藝要求進行預熱 ，但鑄鋼件形狀不規(guī)則 ，厚度也不均勻 ，給預熱帶來很大難度 。為了避免焊縫產(chǎn)生冷裂紋 ，必須采取有效的預熱措施 ，確保達到預熱溫度且溫度均勻 。焊接應連續(xù)進行 ，以保證層間溫度不低于預熱溫度 。

2)焊縫返修。在施工過程 中，由于大多數(shù)鑄鋼 件焊縫 為全位置單 面對接焊縫 ，焊接難度大 ，出現(xiàn)焊縫返修是正常 的。但鑄鋼件 剛性大 ，返修會使局部應力增加 ，返修還可能降低調(diào)質(zhì)態(tài)鑄鋼 的強度 ，因此應采取切實有效措施降低返修率 ，避免二次返修 。

4 、結束語

近年來 ，鋼結構技術得 到突飛猛 進的發(fā)展 。北京 申奧和上海 申博 的成 功使 大跨

度 管桁 架結構應用前景更加廣 闊，大跨度焊接結構用鑄鋼節(jié)點愈來愈受到人們的重視 。雖然在應用中存在這樣那樣的問題 ，但我們相信，隨著對鑄鋼節(jié)點研究的深入 ，這些 問題必然會逐步得到解決 ，大跨度 焊接結構用鑄鋼件的理論及應用技術將 日益完善 。