复杂钢结构的特点及铸钢节点的必要性

yingfeng201973

复杂钢结构具有高层钢结构和大跨度空间钢结构中结构形式复杂多变的特点。随着经济的发展和技术的进步，不断有心的高层钢结构出现，已建成的上海金茂大厦、及环球金融中心使我国的高层建筑进入世界前列。而国家奥林匹克体育馆(鸟巢)、国家游泳馆（水立方）及国家大剧院的建成，标志着我国大跨度空间钢结构技术进入了新的高度。
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复杂钢结构的特点：
1.结构形式多样化。对于高层钢结构而言，常用的结构体系有纯框架体系、钢框架—支撑体系（带边框剪力墙）、钢框架—钢筋混凝土核心筒体系，巨型钢框架一剪力墙体系、钢骨混凝土框架一剪力墙体系。对于大跨度空间钢结构而言，已经采用的结构体系有大跨度、大面积网架，大跨度、大悬臂网架结构，组合网架结构，组合网壳结构，预应力网架与网壳结构等。而复杂钢结构往往是这些形式的组合或变异推广。
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9 x2 G, x9 j' n3 S$ a+ c2.轻质、高强，铸钢件制造周期短，可塑性强。由于钢材本身特有的优点，加上大部分的钢结构的铸钢件都是在工厂中中直接生产而到现场组装的，因而才能快速的建造出形式各异，结构复杂的钢结构建筑。
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0 o- a7 L; u! u" \7 E  h! W4 X- C3.各种新技术新材料的广泛应用。由于钢结构体系的复杂，激发着科研人员不断创新技术、新材料。如在大跨度空间中广泛应用的预应力技术，张拉技术，还有高层钢结构中所使用的铸钢节点合金钢等使得复杂结构体系具有活力。
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" T7 c  g5 b' [+ E( M2 A( L4.设计中需要考虑的问题:

4 q- W- X5 x% p; D' O; L1.结构体系与布置，
) N  r/ T  o1 I( j7 d* M/ ~2 n7 v2.动力特性实测，
* n8 }, _( |& T; u! K; ]3.风载、风震与人体舒适度，
/ \4 `$ ]2 ]) i) U$ E8 E0 q' F4.建筑群相互干扰风效应，
" `: Q9 r& d2 g& _# ^5.等效地震荷载沿高度的分布，
6.空间网架的稳定性，
7.弹塑性时程分析，
8.中心支撑体系恢复力特性，
9.厚板焊接柱的残余应力，
10.节点设计，
11.节点性能试验，节点域性能研究等。

正是由于复杂钢结构体系的这些特点，所以设计一个复杂钢结构没有常规的套路可以遵循，这个就需要形式复杂多变的铸钢节点来为我们解决相应的大跨度、复杂形型式的问题。
例:某会议中心：2层12米高的裙房，球形主楼19层85米高，属于不规则的复杂高层钢结构建筑。主楼球面顶壳形成跨度达65米的单层肋环型钢网壳结构，13.5米标高楼层使用外环节点材料采用德标：GS20Mn5V.这个节点是整个工程中杆件最多，受力最复杂的的节点。
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钢结构铸钢件铸造技术工艺
# T) K2 X1 N. X1.生产工艺流程
  D! S' b1 i; Q- B- h5 G% W# |2.产品主要成份、性能、技术质量指标
1、材质要求
具体化学成分（%）：C 0.17-0.23；Si≤0.60；Mn1.0-1.50；P≤0.020;S≤0.015;Cr≤0.30；Mo≤0.15；Ni≤0.40；Al≤0.020；Re0.2-0.35（加入量）
, T+ r: \; S. h& h  |% Q机械性能要求
屈服强度≥230Mpa  抗拉强度≥450Mpa   延伸率≥22%
5 [$ U! N8 n& r- O冲击功≥40J
2 k& t3 K4 f2 n1)按GB1352标准要求随炉提取试样，每一个炉号制造备两组试样，其中一组备查。
, o* |7 ^% V) v) r; j3 `" H2）为确保具有良好的焊接性能，节点铸件碳当量控制在CE≤0.42。
3）铸件表面质量符合设计要求，表面粗糙度达到GB6060.1标准要求。
2 I7 c1 h' t1 v9 H4)铸件的探伤要求，按GB7233探伤，采用6mm探测头，管口焊缝区域150mm以内范围超声波100%探伤，质量等级II级，其余外表面10%超声波探伤，质量等级为IV级。不可超声波探伤部位采用GB9444磁粉表面探伤，质量等级III级。
5）节点的外形尺寸符合图样要求，管径外径尺寸公差按负偏差控制。
6）热处理按照Q/32182HQA05-2002标准要求，铸件进行正火处理（920±20℃，出炉空冷,加640±20℃回火处理)。
1 {. {' G7 e5 Y6 \0 n( C+ R7）涂装处理要求：表面采用抛丸或喷砂除锈，除锈等级Sa2.5级，随即涂水性无机富锌底漆，厚度50μm，环氧云铁中间漆2×30μm。
3、铸造工艺参数 
* L$ b! y3 @7 o5 p$ m/ ]（1）加工余量按照GB/T11350-89，CT12H/J级。
3 Z, r, X& [! o（2）模样线收缩率2.0% 铸件毛坯尺寸偏差符合GB6414-86中CT12要求。CT12要求。
) y  o& ]! z) P6 S: a# v7 ?$ U4、铸造工艺说明 
（1）为保证叉管与杆件相交处质量，考虑尽可能将支管水平放置，分二箱造型，在铸件上平面分型，整体分两半实模。 
（2）冒口采用标准保温冒口套Φ400×h600，5件，  
（3）型砂：铸型和泥芯均采用树脂砂，表面涂锆英粉涂料二遍，用煤油喷枪辅助烘干。 
& ^) f3 ]( G; c: T8 G/ ^& D（4） 铸件毛重约6000㎏，浇冒口约重3000kg，工艺出品率66.7%。