如何進(jìn)行鑄鋼節(jié)點的深化設(shè)計

鑄鋼節(jié)點設(shè)計是建筑師、結(jié)構(gòu)工程師和鑄造工程師密切合作的過程。鑄鋼節(jié)點設(shè)計流程一般是1.綜合考慮建筑美觀、鑄造工藝、受力性能、連接構(gòu)造、施工安裝要求。2.工藝設(shè)計與分析鑄造工藝過程數(shù)值模擬，確定澆鑄工藝和尺寸要求，制定工藝流程，3.力學(xué)性能分析與節(jié)點校核根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則和計算方法進(jìn)行節(jié)點分析、設(shè)計加工圖紙。檢驗鑄鋼節(jié)點的設(shè)計結(jié)果，設(shè)計方在必要時可提出對鑄鋼節(jié)點的試驗驗證建筑用要求。

1.鑄鋼材料的選用

鑄鋼選材時應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性(承受靜力荷載或間接動力荷載、承受直接 動力荷載或7 ~9度設(shè)防的地震作用)、節(jié)點類型 (單管或多管節(jié)點)、應(yīng)力狀態(tài)(單、雙向受力或三 向受力)、鑄造工藝(工藝設(shè)計與裝備)、工作環(huán)境 溫度等因素,選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的鑄鋼材 料。目前國內(nèi)工程中釆用的非焊接鑄鋼材料有現(xiàn) 行國家標(biāo)準(zhǔn)《一般工程用鑄造碳鋼件》(GB/T 11352—2009)的 ZG230 - 450, ZG270 - 500, ZG310 -570,ZG340 -640等鑄造碳素鋼;采用的 焊接鑄鋼材料有現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《焊接結(jié)構(gòu)用碳素 鋼鑄件》(GB/T 7659—1987)規(guī)定的ZG230 - 450H,ZG275 -485H鑄鋼，日本《焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼 件》(JISG 5102 )規(guī)定的 SCW410, SCW450, SCW480,SCW550等牌號鑄鋼，以及德國《一般工 程用鑄鋼》(DIN EN 10293 : 2005 )規(guī)定的 G17Mn5QT, G20Mn5N, G20Mn5QT 等牌號鑄鋼。 德國牌號鑄鋼的硫、磷含量均控制在0. 02%以 內(nèi)，遠(yuǎn)比中國、日本各牌號鑄鋼中0.04%的硫、磷 含量控制嚴(yán)格，確保了材料的塑性和韌性性能，尤 其是與鋼構(gòu)件之間的可焊性能，因而廣泛應(yīng)用于 國內(nèi)外工程中。

2.鑄件壁厚

鑄件壁較厚時，其表面與芯部冷卻速度差別較 大，導(dǎo)致芯部結(jié)晶組織與力學(xué)性能明顯差別于表面 部分。因而,較厚鑄件的組織性能比較薄鑄件要 差，其強(qiáng)度、伸長率、沖擊功等力學(xué)指標(biāo)亦會隨壁厚的增加而降低。試驗結(jié)果表明,30 mm基爾試塊與 </>500~</>600 mm試棒芯部相比，后者抗拉強(qiáng)度下 降約10%，屈服強(qiáng)度下降約25% ,伸長率、面縮率 和沖擊功下降約40%。因此，設(shè)計時不宜選用過 大的壁厚,否則應(yīng)考慮相應(yīng)力學(xué)指標(biāo)的降低。目 前，中國和日本的鑄鋼材料標(biāo)準(zhǔn)均未列出壁厚分組 及相應(yīng)的指標(biāo)值，但中國標(biāo)準(zhǔn)在附錄條款中說明所 規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)可用于壁厚小于WO mm的 鑄件，并且屈服強(qiáng)度值還可用于t >100 mm鑄件的 設(shè)計;德國1992年DIN17182規(guī)定了不同壁厚的不 同強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)，但2005年修訂后的DIN EN10293則取消了壁厚分組，同時對G17Mn5QT, G20Mn5N只規(guī)定了壁厚50 mm與30 mm以下時的 力學(xué)性能指標(biāo),G20Mn5QT規(guī)定了壁厚100 mm以 下時的力學(xué)性能指標(biāo)。參照德國標(biāo)準(zhǔn)和工程經(jīng)驗, 建議鑄鋼件最大壁厚取為150 mm,此時其屈服強(qiáng) 度及強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)予折減。

3.調(diào)質(zhì)處理

鑄鋼件的鑄態(tài)組織取決于化學(xué)成分和凝固結(jié) 晶過程，一般存在較嚴(yán)重的枝晶偏析、組織極不均 勻以及晶粒粗大等問題，需要通過熱處理消除或 減輕其有害影響，改善鑄鋼件的力學(xué)性能。此外, 由于鑄鋼件結(jié)構(gòu)和壁厚的差異，同一鑄件的各部 位具有不同的組織狀態(tài)，并產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng) 力。因此，鑄鋼件尤其是合金鑄鋼件，一般均應(yīng)以 熱處理狀態(tài)供貨。當(dāng)鑄件尺寸較大、壁厚較厚時, 宜以正火狀態(tài)交貨;尺寸較小并對性能要求較高 時,宜以調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨。目前國內(nèi)鑄造廠商缺少 超大型淬火池，對特大型鑄件調(diào)質(zhì)后的變形也無 法控制，按國內(nèi)近年來的生產(chǎn)經(jīng)驗，壁厚較厚的 G20Mn5鑄件釆用正火工藝處理后亦可保證較高 的應(yīng)用性能。