在國(guó)外，鑄鋼節(jié)點(diǎn)已得到非常普遍的應(yīng)用。 如日本名古屋體育館的單層球面網(wǎng)殼，釆用了帶 加勁肋的圓柱狀鑄鋼節(jié)點(diǎn)；德國(guó)斯圖加特機(jī)場(chǎng)航 站樓的主體結(jié)構(gòu)為樹(shù)狀仿生結(jié)構(gòu)，其“主干”與 “支干”的連接部位全部采用了鑄鋼相貫節(jié)點(diǎn)皿。 從1999年深圳文化中心“黃金樹(shù)”鋼結(jié)構(gòu)工程開(kāi) 始，鑄鋼節(jié)點(diǎn)逐漸被我國(guó)工程界認(rèn)識(shí)和了解，并 從此引發(fā)了工程應(yīng)用的熱潮。近幾年國(guó)內(nèi)所建設(shè) 的體育場(chǎng)、展覽館等城市標(biāo)志性建筑，如天津奧 林匹克體育中心、哈爾濱國(guó)際會(huì)展中、 上海新國(guó)際博覽中心、廣州國(guó)際會(huì)展中心等都用 到了鑄鋼節(jié)點(diǎn)。然而，與工程應(yīng)用相比，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性 能研究還不夠深入，至今國(guó)內(nèi)尚無(wú)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)范以供設(shè)計(jì)人員參考。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)

鑄鋼節(jié)點(diǎn)相對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)而言，有獨(dú)特的性 能，其主要特點(diǎn)為：

鑄鋼節(jié)點(diǎn)在工廠內(nèi)整體澆鑄，相對(duì)于焊接 球節(jié)點(diǎn)與焊接鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，可免去相貫線切割 及重疊焊縫焊接引起的應(yīng)力集中。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)具有良好的適應(yīng)性，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)自 由度大。

在局部高應(yīng)力區(qū)形成圓角和圓滑過(guò)渡的截 面，既避免了應(yīng)力集中，又具有美觀的流線型外 形。鑄鋼節(jié)點(diǎn)也有其不足之處，比如自重大、成 本高，造型變化多樣，不利于批量化生產(chǎn)等。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)鑄鋼件應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)的時(shí)間并不長(zhǎng)， 因此鑄鋼節(jié)點(diǎn)的理論、實(shí)驗(yàn)以及施工技術(shù)研究非常有限，尚缺乏相關(guān)規(guī)范指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。目 前的理論研究主要針對(duì)具體工程中應(yīng)用到的節(jié)點(diǎn)， 使用通用的大型有限元軟件進(jìn)行彈性或塑性的應(yīng) 力、應(yīng)變以及破壞機(jī)理的研究；而實(shí)驗(yàn)研究則是 針對(duì)一些具體工程中使用到的節(jié)點(diǎn)的足尺實(shí)驗(yàn)， 檢驗(yàn)節(jié)點(diǎn)在該工程中的一些危險(xiǎn)工況下的工作狀 況，并通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)上各部位的應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量 來(lái)驗(yàn)證理論研究的正確性，從而為工程中鑄鋼節(jié) 點(diǎn)的使用提供充分的理論與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。目前，鑄 鋼節(jié)點(diǎn)承載力的研究主要局限于鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)。

3.1鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)的軸向承載力

利用平面單元對(duì)鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 有限元分析，認(rèn)為當(dāng)節(jié)點(diǎn)受軸向拉力作用時(shí)，鑄 鋼管與球外側(cè)倒角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，此處點(diǎn)的應(yīng) 力首先達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，進(jìn)入塑性，隨著荷 載的逐漸增加，球體上的塑性區(qū)不斷向外側(cè)倒角 處的球壁內(nèi)側(cè)及球面四周擴(kuò)散，直至出現(xiàn)顯著的 局部塑性變形，倒角附近的球面被向上拉起，倒 角處的球壁逐漸變薄，在倒角與球體相切的球壁 截面上出現(xiàn)明顯的頸縮現(xiàn)象，最終節(jié)點(diǎn)在該處被拉斷。

鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)即使是在構(gòu)造措施得到保證的情 況下，受軸向壓力作用下的破壞情況仍與受軸向 拉力作用下的情況不同，不能合二為一。他利用 平面單元對(duì)受軸向壓力的鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了 有限元分析，加載過(guò)程中，首先在應(yīng)力最為集中 的外側(cè)圓角處出現(xiàn)小范圍的屈服，形成塑性區(qū)。 此后，隨著壓力的增大，外側(cè)圓角處的塑性區(qū)域 進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)在球體內(nèi)壁和鋼管內(nèi)壁也相繼 發(fā)生屈服現(xiàn)象，形成塑性區(qū)。最終在球體的上部 和下部形成了兩條連續(xù)的塑性區(qū)域，鋼管與球體 交接處的外側(cè)圓角附近形成了明顯的凹陷，變形 梯度不斷增大，最終形成了節(jié)點(diǎn)相貫線附近的壓 曲破壞，

鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)壁厚較厚，同時(shí)又存在內(nèi)外 側(cè)的圓角，所以剛度較以往使用的焊接空心球節(jié) 點(diǎn)剛度有較大提高，其實(shí)際受力狀態(tài)更多的表現(xiàn) 為受軸向力與彎矩共同作用。

張向榮閭對(duì)軸力和彎矩共同作用下的鑄鋼空 心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元分析。在軸向壓力與彎矩 共同作用時(shí)，鑄鋼空心球節(jié)點(diǎn)受較大壓力一側(cè)鑄 鋼管與球外側(cè)倒角區(qū)域是節(jié)點(diǎn)的薄弱部位，隨著 荷載的增加，倒角附近的球面岀現(xiàn)顯著的塑性變 形，倒角處的球壁逐漸變薄，在倒角與球體相切 的球壁截面上岀現(xiàn)明顯的塑性流動(dòng)現(xiàn)象，最終節(jié) 點(diǎn)在該處被壓壞。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)在我國(guó)雖然得到了飛速的發(fā)展，但 仍屬于起步階段，與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比還存在著 明顯差距，而且對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的研究也有很多問(wèn)題 有待進(jìn)一步解決。鑄鋼節(jié)點(diǎn)壁厚，而與之相連的 鋼管壁薄，于是連接處會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中， 成為受力薄弱環(huán)節(jié)，這是今后值得研究的一個(gè)方 面。另外對(duì)于空間型鑄鋼節(jié)點(diǎn)，其應(yīng)用廣泛， 但影響參數(shù)眾多，研究難度大，是今后值得重點(diǎn) 關(guān)注、研究的又一個(gè)方向。

目前，我國(guó)尚未發(fā)行鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)范， 設(shè)計(jì)人員只能借助有限元分析軟件和實(shí)體試驗(yàn)來(lái) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，不利于鑄鋼節(jié)點(diǎn)的推廣。鑄鋼節(jié)點(diǎn)形 式多樣，往往是小批量或單件生產(chǎn)，成本高。如 果能實(shí)現(xiàn)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行大批量生產(chǎn)， 可降低鑄鋼節(jié)點(diǎn)造價(jià)，有利推廣。另外，我國(guó)目 前的鑄造工藝水平也是制約鑄鋼節(jié)點(diǎn)發(fā)展的一個(gè) 瓶頸。受鑄造水平所限，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的壁很厚，自 重大，既增加了造價(jià)，也不利于受力。因此在保 證質(zhì)量的前提下降低自重，也將是鑄鋼節(jié)點(diǎn)的研 究方向之一。