吴桥盈丰钢结构铸钢件制造有限公司

随着空间结构的不断发展，结构节点的连接方式和力学性能都日趋复杂。在国外特别是日本和德国等发达，铸钢节点由于其良好的塑性、韧性、和可焊性等优点午到了普遍的应用。铸钢节点在我国钢结构中是一种新兴的节点形式，随着铸造工艺的提高，铸钢节点在我国得到了日益广泛的应用，在一些大型工程中大量使用，如上海新国际博览中心、哈尔滨国际会展中心、广州国际会议展览中心、南京奥体中心体育馆等。

   常见的铸钢节点按其外形主要可分为三种：铸钢球节点、铸钢相贯节点和铸钢支座节点。本方结合武汉体育馆弦支穹顶钢屋盖工程，介绍另一种类型的铸钢节点---铸钢索夹节点，并对该类型的铸钢节点进行了设计、有限元计算与分析的探讨，以期给类似工程设计提供参考。

1、 工程概况

     心二期工程体育馆（如图1所示）为2007年第六届全国城市运动会主要赛场之一，其下部主体为钢筋混凝土结构，上部屋盖采用钢结构，建成后能容纳1.2万至1.3万名观众看比赛。

图1   武汉体育中心二期工程体育馆

      采用了新型弦支穹顶结构，由上部的刚性空间网壳结构和去掉上层索的张拉整体结构组成的杂交结构体系，即屋盖上部采用双层网壳结构，其外形为椭圆抛物面，水平投影为一椭圆，长轴方向总长165m，短轴方向总长145m，投影面积约18800m².网壳上弦曲面由下弦曲面向上平移3m，网格由三向交叉桁架单元组成，采用焊接球节点连接；屋盖下部采用张拉整体索杆体系，共设置三环拉索，每环拉索由径向索、两根环向索组成，索系通过撑杆与上部网壳连接。上部网壳结构和下部张拉整体索杆体系形成一个整体共同作用，对拉索施加预应力后，将大大减小了结构对支座的水平推力，网壳的竖向变形及杆件内力也得到降低，从而改善了结构的受力性能^【5—6】

      在该弦支穹顶钢屋盖的撑杆下端为索夹节点，每环索系的径向索、环向索和撑杆交汇于此，承受空间各杆件传来的拉力、压力，索夹节点受力较大、受力情况较为复杂。整个弦支穹顶网屋盖三环索系一共设置56根撑杆，也既有56个索夹节点。

1、 铸钢索夹节点设计

      铸钢节点的设计在满足节点安全设计的基础上，还必须充分考虑铸造工艺的要求，由于“建筑用铸钢节点技术规程“仍在编制中，关于铸钢节点的设计、铸造目前在我国主要参照德国标准《焊接结构用铸钢》DIN17182中的有关规定^[7—8]。本工程铸钢索夹节点材质选用GS—20Mn5N铸钢，其机械性能见表1。

本工程撑杆下端节点作为环向索的索夹，同时还承担撑杆的作用力，径向索又锚固在此，受力情况和构造较为复杂，因此设计成铸钢节点。在进行构造设计时，考虑以下几个方面：

（1） 两根环向索从节点水平穿过；

（2） 撑杆竖直穿过节点中心；

（3） 空间方向两根径向拉索的销接耳板，在安装好径向索后，拉索又耳与铸钢索夹节点、环向索不能相碰；

（4） 保证穿过铸钢索夹节点的环向索作用力、撑杆作用力和径向索作用力交汇到一点；

（5） 方便拉索预应力张拉，节点预留拉索张拉孔道，张拉完成后张拉孔道拧紧螺栓固定铸钢索夹节点；

铸钢索夹节点与撑杆通过万向螺帽相连，两根环向索穿过铸钢节点，而径向索则通过销拴跟耳板连接到铸钢节点上。施工时通过顶升撑杆进行预应力张拉，张拉完成后再用螺母把撑杆和铸钢索夹节点相对固定。生产铸造时，拉索耳板与铸钢节点主体连接处做成倒角，耳板之间加劲板连接，做成鸭脚抓形式，铸钢索夹节点如图2所示。