佟申申2、尹强2、吴员发2、温秉衡1、王兰蓉2
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摘要：满足现代建筑设计大胆、灵动的造型，钢结构工程的应用越来越广泛，钢结构多杆件处的节点施工就成为了控制钢结构施工质量的重中之重。为解决多杆件交汇造成的焊接应力集中、减少焊接量节约工期，节点美观，在图纸会审中施工单位可以提出采用铸钢节点代替多杆件交汇的相贯节点或焊接球节点。本文以某建筑造型屋面铸钢节点的施工为例，分析铸钢节点的施工流程、施工工艺、质量检查要求。本文参考的工程施工采用的“地面拼装，高空原位对接”的方法
【关键词】：铸钢件；施工流程；施工工艺；质量检查
1、铸钢节点施工原理：
将常规的多杆件焊接节点优化成铸钢件节点，避免多杆件交汇处的应力集中，无焊接应力，钢结构施工成型质量好。铸钢节点是钢水在高温状态下一次浇注成型，空间设计自由度大。减少了现场的焊接量，降低了工期。
2、铸钢件施工工艺：
1)施工工艺流程：图纸会审阶段根据设计院计算结果将应力较大、难以焊接的节点提出修改为铸钢节点。并提供铸钢节点有限元分析结果，铸钢节点满足受力要求。
2)有限元分析流程：
a.根据节点设计尺寸，建立节点空间三维模型作为计算模型。
b.节点连接处应力状况较为复杂，局部难免存在应力集中现象，导致弹性应力过大。为尽量符合实际，采用弹塑性有限元分析。
c.分析荷载。根据设计院提供计算模型中所得的各杆件的内力，经对比分析分别取杆件轴力最大的工况组合，杆件剪力最大的工况组合，杆件弯矩最大的工况组合的内力分别验算。
d.分析时选取支座处杆件的端面施加固定约束，其余端面根据整体结构分析所得节点力施加荷载。此处偏保守的使用了各杆件的杆端内力，并根据杆端实际长度调整了加载面外移后的杆端弯矩。
e.材料屈服准则为Von Mises准则。
f.单元类型和网格划分：按照最小单元尺寸15mm智能划分实体单元。
g.计算得出计算结果符合要求，即可优化为铸钢件节点进行施工。
3)地面拼装
场地找平，设置简易拼装平台，平台采用H型钢、槽钢、角钢设置，根据起重设备性能确定单元尺寸，平台根据单元尺寸设置，为便于焊接拼装平台底部H型钢高度>500mm。根据铸钢节点重量，选用支撑规格。拼装时首先在模型中标注空间坐标，根据坐标放出铸钢件的位置，固定铸钢件，连接铸钢节点间杆件，依次完成本单元的其他拼装，复核分段的外形尺寸，焊接，焊接完成48h后焊缝检测。
4)高空原位对接
在安装单元原位下方设置临时支撑，支撑主要采用H型钢、圆管，规格尺寸根据最大分段重量计算确认。
原位吊装地面拼装焊接完成的单元，临时固定牢固后松钩，完成第二片单元后，填补中间杆件，按照这个顺序完成其他部位的安装。一个独立空间结构安装完成后再进行焊接。
5)吊装过程中，单元与构件之间只做临时连接；
6)结构校正完毕后，焊接由中间部位向两侧焊接；
7)焊接过程中不拆除任何支撑；
8)钢结构全部焊接完毕后，根据计算结果分析支撑拆除顺序，按顺序拆除支撑。
3、铸钢件焊接工艺：
(1)铸钢节点焊接宜选用低热输入焊接方法（含手工电弧焊、非熔化极气体保护焊接、等离子弧焊等）。
(2)铸钢节点的焊接应在不至于引起冷裂纹的情况下进行，必要时辅以预热措施，预热温度应根据焊接工艺评定报告确定。
(3)焊接前应清除铸钢节点焊接坡口待处理表面的水、氧化皮、锈、油污等杂物，并露出金属光泽。
(4)铸钢件节点的焊补
1)焊补后质量应达到设计使用要求。焊补用焊条、焊丝应符合焊补工艺的规定。铸钢节点同一部位的修补次数不宜多于两次。
2)铸钢节点的缺陷焊补应符合下列要求：
a.形状复杂、壁厚较大、在热应力下易导致变形或开裂的铸钢节点，采用火焰切割或碳弧气刨等方法清除缩松、裂纹等缺陷时，应将铸钢件整体加热至150～250℃后，方可进行补焊；
b.缺陷为裂纹时，碳弧气刨前应在裂纹两端钻止裂孔，然后去除裂缝开坡口；
c.坡口形状应根据铸件缺陷的形状、大小、深浅等具体情况决定。
d.焊补后，焊补部位应100%外观检查，并按规定作无损检测。
e.焊件表面堆焊的焊道相互搭接时，每道焊道的搭接宽度不应小于1/3的焊道宽度。
f.焊补时，为减少焊接应力，可采用锤击法，但不得锤击第一层和最后一层的焊缝。
g.对于不预热的铸钢节点或采用多层焊的铸钢节点，可采取分区焊补或跳焊的措施。
h.对加工后发现的缺陷进行焊补时应在加工表面覆盖石棉或棉布，用于焊后保温。
i.当大小缺陷同时存在时，可交替补焊，或由大到小依次补焊。
j.返修部位应连续焊妥，如中断焊接时，应采取保温措施，防止产生裂纹。对重要焊缝，再次焊接前，宜先进行磁粉或其他无损探伤，确认无裂纹后方可进行焊补。
4、铸钢件质量检查
(1)铸钢件应成批验收，铸钢件形体类型相似、壁厚和重量相近、在同一炉次浇注、相同热处理条件的为一批。验收时的取样件（含复验时的试件）应在浇铸构件的同时一并浇铸出，并与铸钢件同时进行热处理。
(2)铸钢件应按熔炼炉次进行化学成份分析，同时应按批次进行力学试验。
(3)铸钢件应对表面质量、内在质量和尺寸进行检查
(4)铸钢件为多管空间斜交，造型复杂，构件到达现场后，需对同一外形的铸钢件抽样复核外形尺寸；对于不同类型的应逐件复核。
1)三维坐标法复核外形尺寸：利用全站仪对铸钢件进行相对坐标测量，将各管口的相对坐标生成数据，通过计算机输入实测数据、建立铸钢件实际的外形尺寸三维图；与设计图纸进行比对，检查比对结果是否符合前述“铸钢件外形尺寸允许偏差”要求。
2)象限点距离测定法：本工程中各向圆管相交，事先通过计算机确定圆管象限点之间的距离并记录在图纸中；然后根据图示象限点在铸钢件实体上用钢尺测量各管对应象限点之间的实际距离。通过图纸设计距离和实测距离比对，判断铸钢件的实际外形尺寸偏差是否符合要求。
参考文献：
[1]《钢结构施工质量验收标准》（GB50205-2020）；
[2]《钢结构施工规范》（GB50755-2012）；
[3]《铸钢节点应用技术规程》（CECS235：2008）
[4]《一般工程用铸造碳钢件》（GB/T11352-2009）
[5]《铸钢结构技术规程》（JGJ/T 395-2017）