钢结构常识螺栓连接

螺栓连接最早用于金属结构安装。20世纪30年代末，螺栓连接逐渐被铆钉连接所取代，仅作为构件组装中的临时固定措施。20世纪50年代出现了高强度螺栓连接方法。高强度螺栓由中碳钢或中碳合金钢制成，强度比普通螺栓高2～3倍。高强度螺栓连接具有施工方便、安全可靠等优点。20世纪60年代以后，它开始应用于一些冶金工厂的钢结构制造和安装。

1.螺栓的分类

螺栓有很多名称，如螺钉、螺栓、标准件、紧固件等。螺栓是紧固件的通用说法。

广义上，螺栓包括普通螺栓、高强度螺栓、地脚锚栓、膨胀螺栓、化学锚栓等，狭义上分为普通螺栓连接和高强度螺栓。

1.1 普通螺栓连接 主要分为粗螺栓连接和精螺栓连接。

按形式可分为六角头螺栓、双头螺栓、沉头螺栓等；

上图为沉头螺栓

按生产精度可分为A、B、C三级，A、B精制螺栓等级，C钢结构采用粗螺栓，除特殊说明外，一般为普通粗螺栓C级螺栓。

1.1.1 粗螺栓由碳结构钢制成，使螺栓顺利穿透.入螺孔的孔径应与螺栓的公称直径相比d大1.0～2.0mm。螺栓孔距排列要便于扳手拧紧螺帽。当粗制螺栓用于柱、梁、屋架的构件连接时，应采用加托板的连接构造。此时螺栓处于受拉状态，其剪力由托板承受(如下图)。

粗螺栓所用材料强度等级低，限制了其在结构连接中的应用范围，但仍广泛应用于剪力较小的工作平台二次梁、墙皮梁、屋面梁、支撑、铰接支撑等连接中。

上图为普通螺栓

粗螺栓还广泛应用于厂房钢结构的预组装、铆接构件铆接前的预紧固、高强度螺栓连接前的组装和安装节点焊接前的临时紧固。粗螺栓作为永久固定螺栓时，应拧紧并采取防松措施。

上图为柱脚螺栓双螺母防松措施

1.1.2 精制螺栓?连接时，其孔径应与螺杆直径相同，螺栓穿入螺孔时应用锤击打入，制孔质量和螺杆的加工精度要有严格要求。精制螺栓连接用于一些经常拆装和无法铆接的结构连接。精制螺栓一般用于机械产品，建筑钢结构中极少使用。

1.高强度螺栓连接

用高强度钢制造的，或者需要施以较大预紧力的螺栓，皆可称为高强度螺栓。高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力，而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。

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上图是高强度螺栓的工作原理

高强度螺栓主要分为摩擦型和压力型。

根据施工工艺，高强螺栓分为扭剪高强螺栓和大六角高强螺栓。

上图为高强度螺栓和大六角形高强度螺栓

1.2.1 摩擦型高强度螺栓连接，通过螺栓紧固压力在钢板接触表面产生的摩擦力传递外力。在构件表面喷砂后，可获得较大的摩擦系数，减少连接螺栓的数量。摩擦型高强度螺栓的孔径应大于螺栓的公称直径d大1.5～2.0mm。

1.2.2 压力型高强度螺栓连接是将部件之间的摩擦力和螺栓中心轴的剪切力与部件的压力传递应力，其孔径应与螺栓的公称直径相比d大1.O～1.5mm。采用数控钻床钻孔和钻模钻孔。

简而言之，摩擦型高强度螺栓和压力型高强度螺栓实际上是相同的螺栓，设计是否考虑滑动。摩擦高强度螺栓不得滑动，螺栓不承受剪切力，一旦滑动，设计为损坏状态，技术成熟；压力高强度螺栓可滑动，螺栓也承受剪切力，最终损坏相当于普通螺栓损坏（螺栓或钢板损坏）。

1.2.高强度螺栓连接副可由一个高强度螺栓、一个螺母和两个垫圈组成。

上图为大六角高强度螺栓和扭剪高强度螺栓垫片配置

施工过程中，结构应临时用粗螺栓固定。结构安装找正后，粗螺栓应从螺栓组中部逐一更换为高强度螺栓，并进行初始拧紧。初始拧紧后，应再次拧紧和最终拧紧。

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上图为大六角头高强度螺栓连接副，长度不同

安装大六角头高强度螺栓连接副时，螺栓两侧应加垫圈(图3)a)。初始扭矩值为最终扭矩值50％，最终扭矩值的计算公式为：Tc=K*Pc*d。式中Tc最终扭矩值，N·m；K扭矩系数；Pc施工预拉力，kN；d高强度螺栓螺纹直径，mm。扭矩扳手用于拧紧，每次使用前应校正扭矩。

上图为电动六角头扭矩扳手

1.2.4扭剪高强度螺栓、高强度螺栓、螺母和垫圈形成扭剪高强度螺栓连接副。

上图为高强度扭剪螺栓

上图显示了一个扭曲的电动扳手

上图是高强度螺栓安装原理

进行扭剪型高强度螺栓连接副安装时，应仅在螺母一侧加一个垫圈(图3b)。初始扭矩值计算公式如下：Tc=0.065*Pc*d。式中Tc初始扭矩值，N·m；Pc施工预拉力，kN；d高强度螺栓螺纹直径，mm。最后，用专用扳手拧断尾部梅花头。质量检验的重点应放在施工过程的监督检验上。

1.3 地脚锚栓

地脚锚栓又称地脚螺栓、地脚螺钉、地脚螺钉等，用于钢结构柱脚与混凝土基础连接的构件。一般采用Q235、Q345圆钢制作。

上图为不同类型的地脚锚栓(直径大于24mm应采用锚板的形式)

安装时，钢框架固定地脚锚栓组，与绑扎钢笼一起安装，然后浇筑混凝土。螺栓头应露出混凝土表面的一定长度。混凝土达到一定强度后，安装钢柱脚，最后在柱底进行二次灌浆。

上图为钢框固定地脚锚栓组

上图为地脚锚栓示意图

上图为二次灌浆前钢结构柱脚的图片（用橡胶套包装，以保护锚栓顶部不受螺纹）

1.4 化学锚栓

化学锚栓是一种由化学剂和金属杆组成的新型紧固材料。用于在已建成的混凝土结构上安装其他结构的连接器。可用于各种钢结构、幕墙、大理石干挂施工、设备安装、公路、桥梁护栏安装、建筑加固改造等场合的后埋件安装。

上图是化学锚栓的螺钉和药剂

化学锚栓是继膨胀锚栓之后出现的一种新型锚栓。它是一种复合材料，通过特殊的化学粘合剂固定在混凝土基材钻孔中，以实现固定部件的锚固。由于化学锚栓具有较大的抗拉承载能力，可以替代埋地锚杆，常用于忘记在施工现场安装钢结构预埋件，但混凝土已浇筑，用化学锚栓预埋件补救。

上图为不同直径的化学锚栓承载力(不同厂家的产品略有差异)

化学锚栓的施工步骤如下：

（1）.根据工程设计要求，在基材（如混凝土）的相应位置钻孔，由专业技术人员或现场试验确定孔径、孔深和螺栓直径。

（2）.用冲击钻或水钻钻孔。

（3）.钻孔中的灰尘用专用气缸、刷子或压缩空气机清洗，建议重复至少3次，孔内无灰尘和明水。

（4）.确保螺栓表面干净、干燥、无油。

（5）.确认玻璃管锚固包无外观损坏、药物凝固等异常现象，将圆头朝外放入锚固孔，推至孔底。

（6）.使用电钻和专用安装夹具，将螺强力旋转插入孔底，不得冲击。

（7）.当旋转到孔底或螺栓上的标记位置时，立即停止旋转，拆下安装夹具，凝胶后避免干扰，直至完全固化。加班旋转导致胶流失，影响锚固力。(旋转时间不得超过30秒，速度不得低于300转/分，不得超过750转/分，螺栓推进速度约为2cm/秒，不允许冲击。

1.5 膨胀螺栓

膨胀螺栓的作用与化学锚栓相同，用于应力较小的锚固件。

上图中不同规格的膨胀螺栓

膨胀螺栓不得用于混凝土结构的裂缝和容易产生裂缝的部分。同时，主要承重结构、重要管道和高速运行、冲击载荷和振动的膨胀螺栓应根据计算的设计抗拉力和抗剪力选择较大的规格型号。

螺栓的材料和规格

钢结构中常用的螺栓规格包括M12、M16、M20、M24、M30，M为螺栓符号，数字为公称直径。

上图显示了高强度扭剪螺栓的尺寸表

螺栓按性能等级分分.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.90个等级，其中8个.8级以上螺栓为低碳合金钢或中碳钢，经过热处理（淬火、回火），通常称为高强度螺栓.8级以下(不含8级).8级)一般称为普通螺栓。

螺栓性能等级标签由两部分组成，分别表示螺栓的公称抗拉强度和材料的屈强比。如性能等级为4.6级螺栓的含义是:第一部分数字(4.6中的4是螺栓材料的公称抗拉强度（N/mm2)1/100；第二部分数字(4.6中的6是螺栓材料屈强比的10倍；两部分数字的乘积(4×6=24是螺栓材料公称屈服点（N/mm2）的1/10。

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