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鑄鋼節點在大跨度管桁架建筑鋼結構中應用探討

發布時間:2019-10-22 11:17:06  共閱讀:24次
近幾年來,大跨度空間管桁架鋼結構因其含鋼 量低邊型獨特優美滅工周期短等優點已廣泛應用 于會展中心、體育場、飛機場等大型民用標志性建 筑。鑄鋼節點則因其特有的性能,在國外已廣泛應 用于大跨度空間管桁架鋼結構中的重要節點,國內 也在逐步推廣應用。我公司先后承擔的蘇州體育 場、上海新國際博覽中心、深圳游泳跳水館、哈爾濱 國際會展體育中心等大型民用標志性建筑中均應用 了鑄鋼節點。鑄鋼節點一般應用于荷載較大、受力 復雜的關鍵部位,其可靠性直接關系到整個結構的 安全,十分重要。

2鑄鋼節點的常用結構形式及其特點 2.1 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、較 接鑄鋼節點及混合型鑄鋼節點等。樹型鑄鋼節點如 圖1所示,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。鉸接鑄鋼節點如圖2所示,常用于桿件端部 連接處(如支座處等),可簡化節點邊型美觀。混合 型鑄鋼節點如圖3所示,具有樹型鑄鋼節點和較接鑄鋼節點的共同特點。在南京奧林匹先體育中心項 目中還設計了鑄姻球節點。

2.2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,可塑性強遺 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、 取消管板組合烊縫,可分散焊縫,減少焊接量,減小 烊接應力集中.

4) 勻質性相對較差。

3建筑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:

3.1鑄鋼件標準

國內現行鑄鋼柄準《焊接結構用碳素鋼鑄件》 (CB7659- 87)是20世紀80年代編的,材料的S、P 含量控制較寬松(<0.04%),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 柄準。

3.2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 覽中心屬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、降低成本戒高生產能力,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。

3.3鑄鋼件無損檢測

超聲探傷是檢驗鋼材內部質量最方便、經濟省 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》(CB7233 - 87)僅適用于厚度大于等于 30mm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 30mm也很常見,該部位是十分重要的,按國標則無 法檢測。

3.4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, 包括最新發布執行的《建筑鋼結構焊接技術規程》 (JGF81 - 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,目前鑄鋼件烊接主要采用手工電弧焊,其他焊接 方法應用于鑄銅件還有待于進一步實踐。

由于鑄鋼件組織不均勾、晶粒粗大避聲性差、 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。

4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。圖4為鑄 鋼節點工程實例。通過實踐,施工單位應從設計、鑄 造、焊接教驗等幾個方面嚴格控制鑄鋼節點質量。 4.1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。

明確鑄鋼件的化學成分機械性能、熱處理制 度著度要求教驗方法和合格等級等。

檢驗。力學性能可采取單鑄或附鑄試件形式。在條件允許的情況下,應盡可能采用附鑄試件。

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