铸钢节点设计的基本原则和材质选择

铸钢材质选择 工程中铸钢节点与杆件采用焊接连接，所以，在选择铸钢材质时，不但要求材料的力学性能，即材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性以及屈强比等必须满足设计要求外，还需具有良好的焊接性能，必须将C、S、P含量控制在合适的范围之内，即含碳量宜控制在0．12％～0．2％，S、P含量控制在0．045％以内，碳当量控制在0．44％以内，以便焊接时与钢管材质Q345一B相适应。铸造材料按照钢的化学成分可分为铸造碳钢和铸造低合金钢。
由于铸造碳钢的淬透性和力学性能较差以及对大截面构件无法通过热处理进行强化，因此铸造材料主要采用低合金钢，其主要材料为锰(Mn)、硅(Si)、铬(cr)等，这些元素不仅提高了材料的强度，而且大大提高了铸钢塑性、韧性和可焊性。根据《建材机械用碳钢和低合金钢铸件技术条件》(JC 401．2—91)的规定，ZG40Cr和ZG35GrMo两种牌号钢材的屈服强度和抗拉强度基本满足本工程焊接连接用铸钢件的力学性能，但其化学成分中碳含量超出控制范围太多，且其延伸率也较低。另外，在《焊接结构用碳素钢铸件》(GB／T 7659—87)中给出的铸钢件标准，也存在含碳量偏高、强度偏低的问题。所以在上述两本规范中所列出的铸钢牌号并不适应于工程所有的铸钢节点。现在国际上采用的铸钢材料标准有国际标准ISO 3755、日本标准JISG5102、美国标准ASTMA 216、德国标准DIN 17182。其中，德国标准(欧盟标准)中的铸钢件化学成分含量和机械性能指标要求最严格。所以本工程的铸钢节点采用符合德国标准DIN 17182的GS-20Mn5V经调质处理可焊接高韧性的铸钢材料。
铸钢节点的设计基本原则
铸钢节点设计时，在满足铸造工艺要求的同时，必须充分考虑钢结构在安装施工过程中与节点相关的每一环节，并根据项目技术要求确定铸造节点的设计原则。
其基本原则以及注意细节如下：
a．铸钢节点必须具有可焊性；节点中各肢杆、筒身等各自中一15。"线宜相交于空间坐标原点，避免产生偏心扭矩。
b．为了保证钢液均匀平稳地进入内腔、确保钢水凝固速度，铸钢节点的壁厚不宜过薄。对于空心铸钢管来说，其壁厚为与之相连钢管壁厚的1．5倍～3倍。
C．为避免出现尖角，铸钢节点的各铸件之间的内外壁应圆滑过渡，即设计倒角。根据倒角半径的允许范围，在不影响结构功能的条件下，可适当加大倒角半径。其中内腔倒角半径为20~30mm，外腔倒角半径为40～50 mm。
d．在内力加大部位设置不影响浇筑的短加劲肋。
e．由于铸钢节点要与钢管进行焊接，而且铸钢节点中的铸钢管壁厚比相应钢管要大，若将钢管与铸钢件直接焊接，势必在此处产生较大的焊接应力，因此在设计节点时，应考虑节点与钢管的焊接接口形式。铸钢节点与钢管的焊接为对接焊，在铸钢节点与钢管的焊接处通常要做焊接槽口，即在焊口部位处，铸钢管壁厚度应平滑过渡到与钢管相当的壁厚，槽口尺寸根据铸钢管壁厚和与之相连的钢管壁厚确定。图3为工程中铸钢节点常用的焊接接口形式。