铸钢相贯节点的设计

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铸钢相贯节点的设计
通过对铸钢相贯节点的系统研究，归纳提出了铸钢相贯节点的类型，探讨了该类节点的设计过程与计算方 法，提出了一些设计建议，并结合工程实例，具体研究了该类型节点的设计与计算.本文的研究结果不仅对推广铸 钢相贯节点在工程中的应用具有一定的实际意义，而且可为即将编制的铸钢节点规范提供参考.

铸钢相贯节点是我国钢结构中新兴的一种节点 形式，特别是近几年来，随着铸造工艺的不断提高， 铸钢相贯节点以其合理性与适用性越来越受到工程 界的关注.在一些大跨度结构中，如广州国际会展中 心、上海新国际博览中心、重庆奥林匹克体育中心工 程中的一些受力大、构造复杂的节点都采用了该种 节点形式⑴.目前，对铸钢相贯节点的研究还很缺 乏,还没有相关文献系统介绍该类节点的设计方法, 因此为了适应铸钢相贯节点的发展，对其进行研究 已成为当务之急.本文通过对铸钢相贯节点的系统 研究，归纳提出了铸钢相贯节点的类型，探讨了节点 的设计与计算方法,提出了一些设计建议，以供工程 参考.
6 Q" Y: m2 {$ `1 p' }( F; ^铸钢相贯节点的特性与类型
铸钢相贯节点的特性
铸钢相贯节点是根据节点外形及各杆的空间角 度将杆件的汇交处在厂内整体浇铸而成.目前，先进 的铸造工艺可使该节点具有复杂的外形和内腔，以 满足建筑需求，如上海新国际博览中心和深圳文化 中心黄金树工程中，以不同角度汇交而成的各种形 状的铸钢相贯节点(图1、图2).除此之外，铸钢相贯 节点由于钢管根部与节点汇交部位整体浇铸在一 起，相对钢管相贯节点而言，该节点不仅可免去相贯
. c" D5 f9 _3 o8 H9 {8 j1 F线切割及重叠焊缝焊接引起的应力集中，而且由于 焊缝位于铸钢管上，可为节点提供更多的施焊空间. 为了改善节点的应力分布以及保证铸钢件的清理， 铸钢相贯节点在铸钢管与铸钢管的相交处都有圆滑 过渡，即存在倒角.

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铸钢相贯节点的类型
% ]9 H* K% T6 `! J: \. D  C通过对铸钢相贯节点的研究，将该节点按其 内部构造划分为实心铸钢相贯节点、空心铸钢相贯 节点、半空心半实心铸钢相贯节点三类.
; e, X5 V  M% W# t实心铸钢相贯节点虽然承载力比较大，但由 于节点在冶炼时需要大量钢水，不仅造成材料的浪 费，而且导致工程造价的提高.除此之外，该节点自 重大,对整个结构的受力将产生极其不利的影响，因 此实心铸钢相贯节点在工程中很少采用.
半空心半实心铸钢相贯节点是在实心节点 的基础上，在铸钢管部位设置减重孔.为了避免出现 尖角，减重孔的内表面通常为光滑的曲面，如抛物 面、椭球面；减重孔位置应避开各杆件的汇交处，即 节点在杆件的汇交处是实心的.该节点的重量与承 载力均介于实心铸钢相贯节点和空心铸钢相贯节点 之间上海新国际博览中心和深圳文化中心黄金树 工程中釆用了该种节点形式.
4 t1 l2 {  i  p, l+ V. @4 H空心铸钢相贯节点是在实心节点的基础上， 将所有杆件掏空.该节点的承载力虽然相对较低，但 可大大减少节点重量、降低造价.哈尔滨国际会展中 心与重庆奥林匹克体育中心工程釆用了该类型节 点.
铸钢相贯节点的设计与力学计算
  E: i$ @, c* ^/ T, ~) d  @0 {铸钢相贯节点的设计
通过对多个实际工程中铸钢相贯节点的设计与 计算的研究,本文提出以下建议.
, t6 j2 @; o$ Z( V5 g铸钢相贯节点的设计主要包括节点选型、节点 外形设计、确定各铸钢管的几何尺寸以及构造设计.
2 n) |, Q7 K3 w' f  b5 q节点类型的确定要充分考虑节点强度、铸造 工艺以及经济因素.在实际工程中，应主要采用半空 心半实心铸钢相贯节点和空心铸钢相贯节点，若空 心铸钢相贯节点可满足强度与铸造工艺的要求，应 优先考虑采用该种节点形式.
9 ^1 {( ]4 ^, ?+ U2 P3 G% y6 n! n5 D! J节点外形主要是根据各杆件的汇交角度、尺 寸、位置、强度并考虑建筑造型的美观以及铸造工艺 来设计.
各铸钢管的几何尺寸设计主要包括确定各 铸钢管的壁厚与长度.铸钢管壁厚的确定要求在保 证节点具有足够强度的条件下，充分考虑铸造工艺， 因此铸钢管的壁厚不易过薄，通常壁厚与直径之比 ”d = 0. 11〜0.14⑶.铸钢管长度设计主要是结合节 点外形，综合考虑节点重量、施焊空间确定.
/ S& W% X- ^- H1 _/ e% x铸钢相贯节点的构造设计主要包括确定各 铸钢管之间倒角半径的大小、节点的焊接接口形式 以及是否设置加劲肋和加劲肋的位置与尺寸，对半 空心半实心铸钢相贯节点还需确定减重孔的位置与 尺寸.铸钢相贯节点各铸钢管之间倒角半径的范围 通常为20mm~100mm,根据其允许范围，在不影响 结构功能的条件下，可适当加大倒角半径.铸钢相贯 节点与钢管的焊接为对接焊，由于节点中的铸钢管 壁厚比相应钢管的要大，若将钢管与铸钢件直接焊 接，势必在此处产生较大的焊接应力，因此铸钢节点 与钢管的焊接处通常要做焊接槽口，即在焊口部位 处，铸钢管壁厚应平滑过渡到与钢管相当的壁厚，槽 口尺寸根据铸钢管壁厚与相连钢管壁厚确定.图3 为铸钢相贯节点中常用的焊接接口形式.
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