河南空間結構節點鑄鋼件

常見的空間結構節點：焊接空心球節點、螺栓球節點、鑄鋼節點，并對這些節點的自身特性進行了分析?？臻g結構的大力推廣，節點至關重要。結構不復雜、安裝簡單、成本低，就很容易得到推廣，對促進空間結構的發展也大有裨益。后，對常見空間結構節點未來的發展方向進行了展望。

關鍵詞：鋼結構；節點焊接；空心球節點；螺栓球節點；鑄鋼節點

引言

節點是空間結構一個很重要的部分。在空間結構的發展歷程中，研發了很多的節點。在這些節點中，有些節點是因為研發時間較短，沒有應用到實際案例中，有些節點是現場施工難度較大，沒有得到應用，但這些節點為空間結構的發展起到了很好的推助作用。

下面將對幾種節點進行簡單分析，同時對空間結構節點未來發展方向進行了展望。

1 焊接空心球節點

焊接空心球節點是目前使用普遍的節點形式之一，它是由劉錫良教授發明的。焊接空心球節點具有跨距大、質量輕、無需支撐等特點。在體育館、大飯店及娛樂場館應用及其普遍。

1.1 焊接球制作工藝

網架結構的空心球常見的是采用熱壓工藝，這也是常見的制作方式之一。第一步是將鋼板下料加熱至很高的溫度，保持溫度在 850℃—900℃之間，然后采用由上下拼接而成的模具熱壓成半球形，然后檢驗焊接球的圓度， 合格后要修切邊緣及坡口，后進行成品球的焊接 [1 ]。

1.2 焊接方式及順序

一般在焊接過程中要經過仰焊、立焊等位置。這樣會導致操作工序難以把握，原因是焊條角度變化很大。在仰焊時，非常容易產生焊瘤，這是由于在仰焊時熔化金屬有往下墜落的趨勢。焊瘤會在由仰焊位置過度到平焊位置時有向鋼管里面滴的現象，因此會出現熔深不均勻的現象。在焊接底部時，仰焊及平焊部位的兩個焊縫接頭難以操作，一般仰焊接頭處容易產生內凹，這是仰焊特有的缺陷，而平焊接頭處的底部易產生未焊透和焊瘤。

整體的焊接順序是先焊接下弦節點，然后是上弦節點，由中間往兩邊擴散每一個節點上的所有焊縫應將第一遍全部焊完后，在進行第二遍的焊接，以防止焊接應力集中，會導致網架產生變形。在同一條焊縫中一半成型后再焊接另一半，這是不允許的。

2 螺栓球節點

螺栓球節點由螺栓、鋼球、螺釘、套筒和錐頭等零件組成，適用于連接鋼管桿件，在網架結構中較為常見。

2.1 螺栓球優缺點

螺栓球優點：

1 ) 螺栓球節點的結構體系，其構造形式與力學假定相符，能有效減少誤差。

2) 施工相對其他節點相對靈活，可以散裝和整體安裝。

3) 質量較輕，便于運輸。螺栓球缺點： 

1 ) 設計需要考慮桿件角度，角度不好螺栓球很大。

2) 需要各個配件的精度高，現場安裝難度大。

2.2 高強度螺栓

高強度螺栓是相對于普通螺栓的一種螺栓。高強度螺栓由高強度鋼制造的，多用于鋼軌、橋梁及超高壓設備

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的連接。根據受力特點可分為承壓型和摩擦性兩種。但是，與普通的螺栓相比，高強螺栓可以比普通螺栓承受更高的強度。高強螺栓通常選用高強度低合金鋼和高溫合金制造。熱處理是采用冷熱方法控制相變，賦予高強度螺栓極限服役性能的技術。近年來，國內外研發出了一系列耐延遲斷裂性能優良的高強度螺栓鋼，耐延遲斷裂性能大幅度提高 [2]。

2.3 螺栓球節點的工作機理

只有充分了解到螺栓球節點的工作機理我們才能更加充分的理解其半剛性的原因。螺栓球節點通常由螺栓球、螺栓桿、錐頭和套筒組成。

螺栓球節點受力時的工作機理比較復雜，通常如下：當拉力作用在錐頭的時，會導致錐頭與套筒互相分離， 此時它們不參與受力，而螺栓桿與錐頭互相緊靠，會一同受力。當錐頭受壓時，此時套筒和錐頭會同時受力， 而螺栓桿和錐頭不參與受力。當彎矩作用于錐頭的時，由于實體球、螺栓桿、錐頭和套筒有部分互相緊靠，有部分區域分離，方向難以把握，這時候依據彎矩方向而定。

3 鑄鋼節點

在復雜的空間結構中，由于節點處支管太多，如果用常規節點會導致大量焊縫密集交疊，會影響正常的施焊， 從而會導致節點的工作性能降低，而采用鑄鋼節點會使重疊焊接引起的應力集中大大減少。由于鑄鋼節點可以鑄成空間任意形狀，這樣使任意形狀的建筑造型都可以成為現實。通常在節點局部高應力區采用圓形倒角和圓滑截面， 使節點的應力分布更加的合理，另外鑄鋼材質具有較好的塑形、韌性和可焊性 [3-4]，因此在工程上得到了廣泛的應用。

3.1 鑄鋼節點的特性

在建筑鋼結構中， 節點形式很多， 例如焊接空心球節點、螺栓球節點、相貫節點、焊板鋼板節點等。各個節點都有各自的特點，鑄鋼節點的主要特性為：

鑄鋼節點對節點位置、尺寸、形狀的限制比較小，因此應用十分的廣泛。不但能用于支座節點，還可以用于結構中部節點。

相對在現場焊接的節點來說，由于鑄鋼節點是在廠內整體澆筑，因此可以使焊縫引起的應力集中大大減少。

3.2 鑄鋼節點的設計

1 ) 鑄鋼節點的可焊性要強。

2) 節點肢桿和桁架桿件間應為對接焊縫，肢桿的端面應做成適當坡口。

3) 要進行節點分析和優化設計，同時保證一定的安全度。

3.3 鑄鋼節點的焊接

為了確保焊接的質量，要嚴格控制鑄鋼材中 C 、S 、P 的含量，而且對焊條的選材、焊接工藝都要進行嚴格審核 [5]。焊接前要用加熱板對焊縫進行預熱， 加熱至 100℃， 停止加熱 15 分鐘， 以保證構件內外溫度盡量接近， 然后用手工電弧焊打底，結束后要進行冷卻措施。

4 展望

近年來空間結構在國內外得到了很大的發展，空間結構節點的形式也日趨多樣。在未來空間結構節點的設計中，以下幾點問題還需關注。

（ 1 ）要對螺栓球和焊接球同時使用時的破壞機理進一步的研究。要提高螺栓球節點中螺栓的安全度，避免結構發生脆性破壞。

（ 2 ）由于空間結構的鑄鋼節點與傳統工業中對鑄鋼件的性能要求、質量控制等方面存在很大的不同，所以要加強對構件受力性能影響、壁厚對鑄鋼設計強度影響等方面的研究

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