螺栓在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

陳秀磊

(華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲礦基本建設(shè)科，山西呂梁 033315)

螺栓在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著舉足輕重的作用。螺栓的種類很多，大致可以分為錨栓即地腳螺栓，普通螺栓和高強(qiáng)螺栓。通過對(duì)各種螺栓的詳細(xì)描述，使設(shè)計(jì)及施工人員在遇到各種螺栓時(shí)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，避免不必要的錯(cuò)誤發(fā)生。

1 錨栓(地腳螺栓)

地腳螺栓通常用在鋼柱的柱腳，設(shè)備基礎(chǔ)的支座;地腳螺栓的種類很多，大致分為棘錨栓(構(gòu)造錨栓)、彎鉤錨栓，直鉤錨栓，帶螺栓連接錨板錨栓，帶焊接錨板錨栓，帶加勁板錨栓，通長(zhǎng)套管錨栓，雙頭螺紋錨栓，T形頭錨栓，槽鋼錨架T形頭錨栓，各種錨栓的選用可參見HG/T 21545-2006的總說明。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中設(shè)備基礎(chǔ)所用的地腳螺栓一般按照工藝專業(yè)所提的條件進(jìn)行埋設(shè)，但應(yīng)滿足一些構(gòu)造措施，一次性埋入素混凝土基礎(chǔ)的螺栓中心至基礎(chǔ)邊緣的距離不宜小于4d，且不小于150 mm。若不能滿足需要在基礎(chǔ)邊緣配置加強(qiáng)鋼筋，受力地腳螺栓的埋深不宜小于20d。我們應(yīng)在圖紙中按工藝所提條件注明地腳螺栓的材質(zhì)，常見的有Q235A，Q345，Q345R，16Mn等。剛接柱腳所用的地腳螺栓只承受拉力，剪力靠抗剪鍵來承擔(dān)，地腳螺栓的抗拉強(qiáng)度與地腳螺栓的材質(zhì)有關(guān)，當(dāng)?shù)啬_螺栓按材質(zhì)采用Q235時(shí)，其抗拉強(qiáng)度為140 N/mm2，采用Q345時(shí)，其抗拉強(qiáng)度為180 N/mm2，螺栓的抗拉強(qiáng)度可通過查表，或進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，計(jì)算公式為:

對(duì)于有水平推力的獨(dú)立管架，水平推力不大時(shí)，可根據(jù)地腳螺栓的個(gè)數(shù)、間距，以及抗拉承載力進(jìn)行簡(jiǎn)單的抗彎計(jì)算，通常情況下地腳螺栓材質(zhì)可選用Q235-B，具體選材跟環(huán)境溫度及強(qiáng)度有關(guān)。地腳螺栓的材質(zhì)還應(yīng)與連接構(gòu)件的材質(zhì)相匹配，比如用于連接材質(zhì)為Q235的吊車梁的地腳螺栓的材質(zhì)也用Q235，材質(zhì)為Q345的吊車梁的地腳螺栓的材質(zhì)也用Q345。我們?cè)谠O(shè)計(jì)圖紙中應(yīng)寫明地腳螺栓的材質(zhì)。

2 普通螺栓

普通螺栓大致上可以分為A，B，C三級(jí)。A級(jí)和B級(jí)均為精制螺栓，加工精度相對(duì)比較高，C級(jí)為粗制螺栓。其螺栓表面粗糙，所以抗拉強(qiáng)度較低，并且由于螺栓桿和螺栓孔之間存在著較大的間隙，當(dāng)螺栓受到剪力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的剪切滑移，所以連接變形的較大，但是因?yàn)槠浒惭b方便，而且能夠有效的傳遞拉力，所以一般可以用于沿螺桿受拉的連接當(dāng)中，或者是一些相對(duì)次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或者是安裝時(shí)的臨時(shí)就位固定等。這種螺栓在我們工程中主要用來做安裝螺栓，A級(jí)，B級(jí)為精制螺栓，其受拉受剪性能比較好，但是由于制作和安裝相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格也相對(duì)偏高，在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用當(dāng)中比較少見。所以在工程中常用到的普通螺栓就是用來做安裝螺栓的C級(jí)螺栓，不考慮其受力作用，在圖紙中除了標(biāo)明螺栓的直徑還應(yīng)標(biāo)明螺栓的種類。

螺栓留孔大小與螺栓的公稱直徑有關(guān)，當(dāng)螺栓直徑不大于16 mm時(shí)，螺栓孔徑大于螺栓直徑1 mm，當(dāng)螺栓直徑大于16 mm時(shí)，螺栓孔徑大于螺栓直徑1．5 mm。

3 高強(qiáng)螺栓

高強(qiáng)度螺栓按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，大六角頭高強(qiáng)螺栓的規(guī)格為M12～M30，其性能等級(jí)分為8．8級(jí)和10．9級(jí)，剪扭型高強(qiáng)螺栓規(guī)格為M16～M24，其性能等級(jí)只有10．9級(jí)(鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范條文說明3．3．8．3)。高強(qiáng)螺栓的連接方式主要有兩種類型:一種是只是通過摩擦接觸面上的摩擦阻力來傳力，它以所受到的剪力不超過摩擦力作為設(shè)計(jì)值來進(jìn)行計(jì)算，稱這種連接方法為摩擦型連接方法;第二種是受剪時(shí)允許接觸面發(fā)生一定的相對(duì)滑移，以達(dá)到破壞時(shí)的極限承載力作為設(shè)計(jì)值來進(jìn)行計(jì)算，稱這種連接方法為承壓型連接方法。摩擦型連接方法的剪切變形相對(duì)較小，處于彈性工作階段，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，可以拆卸并重新安裝，耐疲勞性能比較好，所以比較適合用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)類型。承壓型連接方法由于其承載力大大高于摩擦型，連接比較緊促，然而剪切變形較大，所以不能直接用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，所以在工業(yè)設(shè)計(jì)中高強(qiáng)螺栓的連接主要采用摩擦型連接。采用摩擦型連接方式連接的抗剪構(gòu)件中，每個(gè)高強(qiáng)螺栓所承受的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算:

其中，nf為傳力摩擦面數(shù)目;μ為摩擦面抗滑移系數(shù);p為高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力。

在螺栓桿軸方向受拉時(shí)的連接中，其中每個(gè)高強(qiáng)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值取Nbv=0．8p。

當(dāng)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接同時(shí)承受摩擦面間的剪力和螺栓桿軸方向的外拉力時(shí)，其承載力計(jì)算公式為:

摩擦型連接螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值與摩擦面的抗滑移系數(shù)μ及高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力p成正比，摩擦抗滑移系數(shù)與構(gòu)件的鋼號(hào)以及連接處構(gòu)件接觸面的處理方法有關(guān)。噴砂及噴砂后生赤銹抗滑移系數(shù)大，但有可能接觸面被腐蝕，噴砂后涂無機(jī)富鋅漆防腐蝕性能好但抗滑移系數(shù)小，螺栓承載力低，常用到的表面處理方法是噴砂，或噴砂后生赤銹。抗滑移系數(shù)與連接件的鋼號(hào)有關(guān)，當(dāng)連接件的鋼號(hào)不是同一種時(shí)，按低鋼號(hào)考慮。高強(qiáng)螺栓的螺孔應(yīng)該采用鉆孔的成孔方式。摩擦型螺栓連 接的高強(qiáng)螺栓孔徑應(yīng)比其公稱直徑 d大1．5 mm～2．0 mm，承壓型螺栓連接的高強(qiáng)螺栓孔徑應(yīng)比其公稱直徑d大1．0 mm～1．5 mm。所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在圖紙中應(yīng)該寫明高強(qiáng)螺栓的性能等級(jí)、螺栓的連接形式、構(gòu)件表面的處理方法以及抗滑移系數(shù)等的具體內(nèi)容。

4 結(jié)語

在鋼結(jié)構(gòu)制圖中螺栓的表示方法詳見GB/T 50105-2001建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)無地腳螺栓的表示方法，通常用粗十字號(hào)表示。

[1] GB 50017-2003，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］．

[2] GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S］．

[3] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］．第3版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．