鑄鋼節點在鋼結構中的重要作用

隨著建筑業的飛速發展，為了滿足建筑造型及功能要求，新型建筑體系不斷出現，結構跨度愈來愈大，這將使連接各構件的節點構造日趨復雜，傳統的節點形式已不能滿足現代結構發展的要求 。鑄鋼節點作為我國新興的節點形式以其特有的優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研究鑄鋼節點。

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

導 ，而且為今后規范的編制提供參考。

1、鑄鋼節點的特點以及類型

1．1 鑄鋼 節點 的常用結構形式

鑄鋼節點的常用結構形式有樹型鑄鋼節點 、鉸接鑄鋼節點及混合型鑄鋼節點等。樹型鑄鋼節點 ，用來取代 主管 與多根支管相貫 的節點 ，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鋼節點 ，具有樹型鑄鋼節點和鉸接鑄鋼節點的共同特點 。在 南京奧林 匹克體育 中心項 目中還設計 了鑄 鋼球節點 。

1 ．2 鑄鋼 節點 的特點

鑄鋼節點與普 通管相貫節點 、管板節點相 比，具有 以下特點 ：

1)可根據 實際需要設計結構形式 ，可塑性 強、造型 美觀 。

2 )鑄鋼節點一般為 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 )勻質性相對較差

2、鋼結構用鑄鋼節點在國內廣泛推廣需要解決的幾個問題

在 國內，由于結構用鑄鋼件應用于大型 民用建 筑鋼 結構 中的重要 節點 剛剛起步 ，鑄鋼節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

國內現 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 、鑄件的表面質量也要求較低 。根據該標準生產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

由于 我國現行鑄鋼標準要求不高 ，許多鑄造廠生產設備簡 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 中，均 出現過因鑄鋼件質量 問題 而返爐重新澆鑄 的現象 ，成本大大增加。另外 ，現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。為了保證質量 、降低成本 、提高生產 能力 ，滿足工程 需要 ，鑄造大跨度焊接結構用鑄鋼件的生產廠應進行技術改造 ，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 內部質 量最 方便、經濟、有效的檢測手段 。在鋼結構行業 ，超聲探傷是最常用 的一 種檢測方法 。現行國標《鑄 鋼件超 聲探傷 及質量 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

現行 的有關鋼結構焊接 的國家及行業標準 中，包括發布執行的《建筑鋼結構焊接技術規程))(JG J81- 2002)，均沒有針對鑄鋼件焊 接的有關規定 。在參照 執行 標準時有爭議。例如：現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 ，焊縫檢測現也無相應標準可循 。

3 、鑄鋼節點質量控制

雖然鑄鋼節 點在 國內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點質量 。

3 ．1 節點的細部設計

鑄鋼節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鑄鋼多節點焊接及焊接檢驗

3．2 1 焊接工藝評定

鑄鋼節點焊 前首先要進行焊接工藝評定 ?？?參照 《建筑 鋼 結構 焊接 技術 規程 》

(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 點焊 接除應做好焊材烘 烤、坡口清理 、逐層 清渣等常規焊前準備 、焊 接過程質量控制工作之外 ，還應重點考慮 以下幾個方面 。

1)預熱及層 間溫度 。由于鑄鋼節點大部分較厚 ，工藝要求進行預熱 ，但鑄鋼件形狀不規則 ，厚度也不均勻 ，給預熱帶來很大難度 。為了避免焊縫產生冷裂紋 ，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，由于大多數鑄鋼 件焊縫 為全位置單 面對接焊縫 ，焊接難度大 ，出現焊縫返修是正常 的。但鑄鋼件 剛性大 ，返修會使局部應力增加 ，返修還可能降低調質態鑄鋼 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 進的發展 。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 。