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第三届全国现代结构工程学术研讨会

铸钢节点在大跨度空间结构中的应用

林彦刘锡良

天津大学建筑工程学院,天津加田!

摘要∀铸钢节点作为一种新型节点形式在大跨度空间结构中已达到广泛应用。本文主要结合重庆袁家岗体育中心工

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程介绍了铸钢球节点铸钢贯通节点铸钢支座节点的特点及设计方法并用通用有限元程序#∃%&%对节点进行有限元分析
。
得出节点的应力分布规律,为铸钢节点在我国的进一步应用提供了设计指导

∋,
关健词∀铸钢节点有限元分析()∗+,∋应力

一、引言

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随着空间结构的发展结构的跨度愈来愈大。跨度的增大不仅使杆件的截面加大而且使节点形状构造

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也相应复杂节点构造的好坏,对结构的受力性能施工工艺工程造价都有相当大的影响,因此在大跨度空

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间结构中,对那些受力大形状复杂的节点形式的选择越来越受到国内外建筑结构方面专家的重视。随着铸

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造技术的提高铸钢节点作为一种新型节点形式受到了工程界的关注这种节点由于在厂内整体浇铸可免
去节点相贯线切割以及消除重叠焊缝焊接所引起的应力集中−同时铸钢节点有良好的适用性,可铸造成各种
形状以满足建筑及结构的需要。目前,铸钢节点在实际工程中应用越来越多,如上海新国际博览中心,该工

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程除悬臂端析架外全部采用铸钢节点其数目达到印个−深圳游泳跳水馆深圳文化中心哈尔滨会展中

、、。
心广州会展中心重庆袁家岗体育中心等工程在关键部位也采用铸钢节点然而我国在这方面的研究很

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少还没有一套成熟的设计方法及相关规范因此对铸钢节点进行理论及试验研究是很有必要的重庆袁家

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岗体育中心工程采用了三种类型的铸钢节点∀铸钢球节点铸钢贯通节点铸钢支座节点本文主要结合该工

,。
程介绍这三种铸钢节点的特点及设计方法并用大型通用软件#∃%&%对其进行有限元分析
二、工程概况

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重庆市袁家岗体育中心是一座可容纳以】.叉〕名观众的大型综合体育场该体育场由东西南北四个看台

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组成南北看台分为两层,南面看台尾部设计有计分显示牌,计时计分机房及电视转播评论用房−东西看台

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分为四层,主要为观众座席区体育场的东西南北四个区域围成一个外圈近似圆形,内圈为椭球形的空间结

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构。为了满足使用要求在东西看台上方各有一片罩蓬结构这两片罩蓬在形体上完全相同其平面投影为

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梭形几何外形取自一直径为/0的球体两着地点间的水平距离120正中最宽处水平投影尺寸340最

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高点距地面/0整个罩蓬在造型上十分流畅给人一种简洁清晰自然和谐的美感为了使结构构件布

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置简洁明了减少在水平投影面内的杆件数量以及便于高空拼装罩蓬的结构形式采用双向平行弦等厚度钢

,。∋,。
管网壳结构这是目前我国跨度最大的网壳结构网壳的厚度为5/0单块网壳重量约23吨网壳的平
面布置图如图2所示网壳的一半!。

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由于本工程的网壳结构外形特殊跨度大使某些节点处的杆件截面增大杆件数量增多节点构造复

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杂,采用常规节点均无法满足设计要求,所以在这些节点处采用了铸钢连接件铸钢节点类型很多,根据内

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部构造可分为实心铸钢节点半实心半空心铸钢节点空心

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铸钢节点前两种铸钢节点由于自重较大对整个结构的受力不利因此本工程主要采用空心铸钢节

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点。空心铸钢节点根据节点所处位置以及外形特点又有多种分类,本工程主要采用了铸钢球节点铸钢贯通

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节点铸钢支座节点其中铸钢球节点6种规格铸钢贯通节点2种规格铸钢支座节点两种规格整个工程

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中的铸钢节点数合计54个铸钢节点与铸钢支座在网壳中的分布如图图1所示

61工业建筑.!1年增刊
第三届全国现代结构工程学术研讨会

图网壳上弦平面布置图

三、铸钢空心球节点的分析与计算

铸钢空心球节点是由多根杆件的根部与一球铸造在一起而成,形式上与我国普遍采用的焊接球节点有
相似之处,但是两种节点义在很多方而存在差异,我们将通过对这两种节点的比较分析铸钢空心球节点的特
点。

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2生产工艺铸钢空心球节点是在厂内整体浇铸而成枯个工艺为∀制模7选型7熔图1网壳下弦平
面布置图

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炼7浇铸7清理7检验

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焊接球节点的生产工艺为∀下料、加热7冲压7切边7对装一,焊接7整形

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材料特性铸造材料按照钢的化学成份分为铸造碳钢和铸造合金钢由于碳钢铸件的淬透性力学

工业建筑41年增刊611
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第二届全国现代结构「程学术研讨会

图1网壳下弦平面布置图

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性能较差以及无法通过热处理进行强化所以铸造材料主要采用低合金钢其主要的合金元素为锰+∗!硅

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8,!铬9:!这些合金元素不仅使材料的强度提高而且大大改善:铸钢的塑性韧性可焊性日前我国

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