ZG270-500H鑄鋼件 ZG340-550H鑄鋼節點

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品牌	盈豐鑄鋼
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更新	2022-09-06 14:27

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詳細說明

鑄鋼節點枝狀空間鋼結構的研究與應用

深圳文化中心黃金樹為鑄鋼節點枝狀空間鋼結構，介紹了巨型復雜鑄件的設計與鑄造工藝,樹枝結構安裝工藝及測控手段，復雜條件下異種鋼材的焊接。

鋼結構;空間結構;鑄鋼;節點;設計;鑄造;安裝;焊接變形

深圳市文化中心由音樂廳、圖書館和室外大平臺組成，長312m,寬89.7m,高40m,總建筑面積8.98萬 m\圖書館和音樂廳入口處均設有對稱分布的樹型結構的大前廳,樹型結構表面裝飾成黃金色，故稱黃金樹。黃金樹按照樹的生長機理設計，從下至上由主干、粗枝、中枝和端枝組成，多根鋼管桿件以不同的角度匯交于一點,為鑄鋼節點枝狀空間鋼結構(見圖1)。黃金樹建筑高度達40m,2棵樹投影面積約3400m2 0匯交節

點共計67個，形狀各異，節點伸出的枝管數量為3~ 10個。鋼結構工程量約1200t,主桿件共計216根。復雜鑄鋼節點達

10個分枝、重達7.71U

鑄鋼節點

本工程的深化設計按國外做法由施工單位完成，設計單位只進行審查。由于結構新穎獨特,尤其是鑄鋼節點造型復雜、體積龐大，給節點的計算和受力分析帶來困難。

鑄鋼節點具有不同性、多枝性、分枝多向性、體積龐大、重量大等特點。從模型選擇與制作、骨架打孔定位、插桿，到鑄件精度控制，都是鑄鋼鑄造的新課題。

枝狀空間結構為不規則結構，規模龐大，確保黃金樹整體安裝到位且控制其精度,是一大難題0

黃金樹的安裝測控是一個復雜、龐大的體系。安裝過程中的累計誤差控制難,相關節點的協調和修正難。

枝狀空間結構焊接約束較多，焊接變形控制較難，鑄鋼件體形復雜、現場焊接空間狹窄，而且鑄件與鋼管對接為不同材質、不同壁厚的高空全位置焊接。

鑄鋼節點案例

黃金樹結構與鑄鋼節點造型的深化設計、節點鑄造、結構安裝、測控與焊接等方面的綜合技術在國內尚無先例可循，具有較大難度。

2.1巨型復雜鑄件的設計及驗算

通過對節點的大量計算和分析，創造性地釆用半空心半實心的節點形式(見圖 2),解決了鑄鋼節點的構造和受力難題。

材質通過化學成分、力學性能比較,選用中國牌號ZG275485H代換原牌號(日本)SCW480焊接結構用鑄鋼件。

模型建立節點設計既要保證建筑安全，又要滿足鑄造工藝可行，安裝方便。選取一些代表性的節點建立計算模型進行分析G

節點計算運用ANSYS軟件計算節點的彈塑性應力分布及極限承載力，考核其節點的破壞機理。

節點分析與選擇實心節點極限承載力為設計承載力的45倍左右，鑄造相對容易，但造成材料的浪費，加大了節點的自重，同時難以解決一些焊接技術問題，對整個黃金樹結構受力將產生不利的作用；空心節點模型壁厚取28mm時，極限承載力為設計承載力的5.71倍，材料省，自重輕，但給鑄造帶來相當大的困難；半實心節點節點管徑450mm或 350mm,壁厚40mm。極限承載力為設計承載力的15倍左右，可以減輕節點自重，能解決節點焊接難度，同時鑄造工藝可行;根據各類型節點受力狀況及鑄造、安裝、焊接難度進行綜合考慮，選擇安全、經濟、合理可行的半空心半實心節點。

2.2鑄件的鑄造工藝

針對鑄件體積大、重量大、分枝多及半空心等特點，經查詢資料和市場調研，傳統的木模、蠟模、金屬模等工藝均不能解決制模問題，這就要求在模型選擇與制作、鑄造工藝、成品的精度控制等方面采用新工藝。

模型選擇消失模鑄造工藝廣泛運用于汽車制造業，模具的材料可以隨鋼水自然揮發消失,但用于如此復雜的建筑還是第一次。經過改進，采用消失模鑄造工藝。

模型制作將圖紙數據轉換成機床能夠識別的數據格式，然后制作模型骨架，在骨架中心處的圓球上打孔定位,然后將經特殊處理的桿件插入孔內，既保證桿件空間位置的準確性,又控制了每根桿件的長度。經修整后，形成模型骨架。

鑄造工藝主要控制內容:采用透氣性好、強度高、干燥快的醇基涂料;布設澆鑄系統;向砂箱內通COz氣體，使砂型硬化，然后注入鋼水進行澆鑄;熱處理改善鋼性能;后處理控制鑄件外觀。

精度控制在鑄造過程中，采用三坐標儀測量控制鑄鋼件空間位置精度。為確保鑄鋼件鑄造工藝更加合理，使節點幾何形狀、外觀達到建筑設計要求，在正式生產前，選取典型的429號節點，按照1 ： 1的比例進行模具制造試驗及澆鑄試驗。

2.3樹枝結構安裝工藝

鑄鋼節點-深圳機場

枝狀空間結構打破了傳統的橫平豎直的結構形式,對現場安裝提出了較高的技術要求I枝狀空間結構為不規則結構，節點鑄件形狀各異、外形復雜、體積龐大。針對其形式和特點，制定了由下向上、由內及夕卜、由主枝到次枝的空間定位安裝工藝:

根據黃金樹結構及安裝工藝，建立計算模型，進行各安裝工況和胎架拆除過程中樹枝結構整體內力分析,為結構安裝提供計算依據。

黃金樹1:10現場安裝模擬，核實安裝工藝。

高空組裝采取由下向上、由中間向四周、由主到次依次安裝，將每個節點安裝與精校到位。實際安裝按照主干、第1層主桿件、組合空間三角形構件、組合三棱錐體構件、傘形屋面桿件的順序進行。

在鑄鋼節點下方搭設節點安裝與校正專用固定架與支撐架，吊裝節點至支撐架上，調校節點至設計位置。

選擇合理的焊接工藝，制定焊接順序,減少焊接約束，有效控制焊接變形。

對結構內力進行監控。在安裝過程、焊接前后、胎架拆除前后進行黃金樹整體結構的應力-應變測試,確保結構施工過程的安全。

2.4龐大的樹枝結構測控技術

采取有效的測控技術進行樹枝結構全程測控，并采用預先控制，坐標引出，跟蹤測量，嚴格控制安裝順序、工藝流程等技術措施。

采用計算機編程，在制作廠將節點中心坐標轉化為實物表面三維坐標，每個鑄件選取3個以上測量標志點。樹枝結構全程測控釆取全站儀極坐標測量法，分4個步驟重點控制:著重測控單個節點精度;利用結構上鑄件與桿件形成的第1層面的封閉的三角形，在單個節點精確安裝的基礎上，精確調校三角形的空間位置;在三角形框架基礎上，得到相對穩定的組合三棱錐體，精確調校三棱錐體的各個構件及錐體的空間位置;精確控制黃金樹的整體外形尺寸° 2.5異種鋼材焊接技術

通過優化和改進焊接工藝,控制整體焊接變形、控制節點各分枝焊接變形、控制單個接頭焊接變形，從而解決了不同材質、不同壁厚鋼管對接焊的難題,保證了焊接質量和節點傳力的安全。

鑄件與鋼管對接為不同材質、不同壁厚的全方位高空焊接，且在樹枝枝杈附近焊接空間極其狹窄。在節點的設計及驗算中，為保證焊接質量,要預先考慮足夠的焊接空間。正式焊接前，進行1：1的多參數模擬焊接與試驗檢測，以確定佳的焊接參數及工藝措施

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