建筑工程中常用螺栓分類及其硬度檢測

丁百湛,李治君,雍洪寶（1.淮安市建筑科學(xué)研究院有限公司, 江蘇 淮安 223002；2.淮安市建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司,江蘇 淮安 223002）

建筑工程在施工中，會(huì)使用多種螺栓。特別是在鋼結(jié)構(gòu)工程中，會(huì)較多的用到高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓連接；而在工地使用的塔式起重機(jī)或施工腳手架中可能還會(huì)用到螺栓連接。工地送檢人員有時(shí)分不清其類別和性能要求，我們通過實(shí)地調(diào)查、查閱書籍和研讀標(biāo)準(zhǔn)，力圖對(duì)工地中常用的螺栓進(jìn)行一個(gè)分類；分清螺栓硬度檢測部位和檢測方法也需關(guān)注。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程常用的螺栓

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工地，使用高強(qiáng)螺栓的地方主要集中在塔式起重機(jī)以及施工腳手架連接中。

1.1 塔式起重機(jī)使用的螺栓

在 GB/T 13752-2017《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.2.2條規(guī)定，塔式起重機(jī)用螺栓分為普通螺紋連接用螺栓[1]和高強(qiáng)度螺栓。普通螺栓應(yīng)符合 GB/T 3098.1 -2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱標(biāo)準(zhǔn)》的要求；高強(qiáng)度螺栓應(yīng)符合GB/T 1231-2006《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺栓》或 GB/T 3632-2008《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副標(biāo)準(zhǔn)》的要求，對(duì)于未包含在 GB/T 1231-2006 和 GB/T 3632-2008內(nèi)的，應(yīng)符合GB/T 3098.1-2010 的要求。在 GB/T 5031-2019《塔式起重機(jī)》的 5.3.22 條螺栓連接中要求：主要受力結(jié)構(gòu)件用的螺栓連接應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓，高強(qiáng)度螺栓連接應(yīng)符合GB/T 3098.1-2010 和 GB/T 3098.2-2000《緊固件機(jī)械性能螺母粗牙螺紋》的規(guī)定，并應(yīng)有性能等級(jí)符合標(biāo)識(shí)及合格證書[2]。

通過以上關(guān)于塔式起重機(jī)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以知道，塔式起重機(jī)螺栓連接既用到普通螺栓又用到高強(qiáng)度螺栓。而高強(qiáng)度螺栓可以是符合 GB/T 1231-2006 的大六角頭高強(qiáng)度螺栓、符合 GB/T 3632-2008 的扭剪型高強(qiáng)度螺栓，也可以是符合GB/T 3098.1-2010 的高強(qiáng)度螺栓。其性能等級(jí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。

1.2 懸挑腳手架用螺栓

在一些建筑工地，施工腳手架有時(shí)需要懸挑，懸挑的工字鋼需要通過高強(qiáng)度螺栓與現(xiàn)澆混凝土梁連接固定，其使用的螺栓也是要符合 GB/T 3098.1-2010 的高強(qiáng)度螺栓。其性能等級(jí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。

1.3 地腳螺栓

根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn) GB/T 799-2020《地腳螺栓》，其性能等級(jí)由舊標(biāo)準(zhǔn)的 3.6 級(jí)改為 4.6 級(jí)。其指標(biāo)應(yīng)符合 GB/T 3098.1-2010 的相應(yīng)要求，屬于 C 級(jí)普通螺栓。

2 鋼結(jié)構(gòu)工程中使用的高強(qiáng)度螺栓

鋼結(jié)構(gòu)工程中使用的螺栓主要有高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓分為高強(qiáng)度大六角頭螺栓和扭剪型高強(qiáng)度螺栓。

2.1 高強(qiáng)度大六角頭螺栓分類

在 GB/T 1231-2006 中，高強(qiáng)度螺栓性能等級(jí)分為10.9S 和 8.8S 兩級(jí)[3]，其芯部硬度為 312HV30～367HV30或33 H R C ～39 H R C 和249 H V 30 ～296 H V 30 或24HRC～31HRC。螺母分為 10H、8H 兩級(jí)，墊圈性能等級(jí)分為 35HRC～45HRC，墊圈硬度為 329HV30～436HV30（35HRC～45HRC）。

2.2 扭剪型高強(qiáng)度螺栓分類

在 G B/T 3632-2008 中，扭剪型高強(qiáng)度螺栓性能等級(jí)只有 10.9 S 一級(jí)，其芯部硬度為維氏硬度312HV30～367HV30 或洛氏硬度 33HRC～39HRC。與G B/T 1231-2006 中高強(qiáng)度大六角頭螺栓的 10.9 S級(jí)要求一致。其螺母性能等級(jí)為10 H，墊圈硬度為329 H V 30 ～436 H V 30（35 H R C ～45 H R C），也與GB/T 1231-2006中的相應(yīng)要求一致。

2.3既有高強(qiáng)度螺栓又包含普通螺栓的標(biāo)準(zhǔn)

在 GB/T 3098.1-2010 中，螺栓的性能等級(jí)分為 4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.8、12.9、12.9。與鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓代號(hào)的區(qū)別為數(shù)字后沒有“S”。從劃分中可以看出，GB/T 3098.1-2010 不僅有≥8.8 級(jí)的高強(qiáng)度螺栓，也有低于 8.8級(jí)的普通螺栓。在 GB/T 3098.1-2010 中的表 3 中，8.8級(jí)、10.9級(jí)螺栓，可以測定維氏硬度 HV、F≥98N，布氏硬度 HBW、F=30D2，洛氏硬度 HRC 和表面硬度 HV0.3?？梢?GB/T 3098.1-2010 中螺栓硬度與 GB/T 1231-2006 和 GB/T 3632-2008 中硬度要求所有不同，而使用性能等級(jí)相同。

3 鋼結(jié)構(gòu)連接用普通螺栓

正在征求意見的 GB 50755-202 X 征求意見稿的表 5.4.1中列出了普通螺栓涉及的標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 5780-2016 《六角頭螺栓 C 級(jí)》、GB/T 5781-2016《六角頭螺栓 全螺紋 C級(jí)》、GB/T 5782-2016《六角頭螺栓》、GB/T 5783-2016《六角頭螺栓 全螺紋》以及 GB/T 3098.1-2010。GB/T 5780-2016、GB/T 5781-2016 中適用的六角頭螺栓性能等級(jí)均為 4.6 級(jí)和 4.8 級(jí)。產(chǎn)品等級(jí)均為 C 級(jí)（要求最低），區(qū)別是一個(gè)適用于全螺紋，另一個(gè)是有無螺紋的光桿部分的。GB/T 5782-2016、GB/T 5783-2016 其產(chǎn)品等級(jí)均為 A級(jí)或 B 級(jí)，性能等級(jí)為 5.6、8.8、9.8、10.9 級(jí)（鋼材）、A2-70、A4-70、A2-50、A4-50級(jí)（不銹鋼）、CU2、CU3和 AL4 級(jí)（有色金屬），也分別為全螺紋和非全螺紋螺桿的六角頭螺栓。這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通用技術(shù)條件均為 GB/T 16938-2008《緊固件 螺栓、螺釘、螺柱和螺母 通用技術(shù)條件》。進(jìn)一步學(xué)習(xí) GB/T 16938-2008，在表 1 中列出了碳鋼、合金鋼、不銹鋼、有色金屬等分別適用的技術(shù)條件，基本涵蓋在 GB/T 3098.1-2010～GB/T 3098.16-2014《緊固件機(jī)械性能 不銹鋼緊定螺釘》中。例如有色金屬適用于 GB/T 3098.10-1993《緊固件機(jī)械性能 有色金屬制造的螺栓、螺釘、螺柱和螺母》，不銹鋼適用于 GB/T 3098.6-2014《緊固件機(jī)械性能 不銹鋼螺栓、螺釘和螺柱》、GB/T 3098.15-2014《緊固件機(jī)械性能 不銹鋼螺母》、GB/T 3098.16-2014的要求，而碳鋼、合金鋼適用于 GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.2-2000、GB/T3098.3-2016《緊固件機(jī)械性能 緊定螺釘》、GB/T3098.7-2000《緊固件機(jī)械性能 自擠螺釘》、GB/T3098.9-2020《緊固件機(jī)械性能 有效力矩型鋼鎖緊螺母》、GB/T3098.13-1996《緊固件機(jī)械性能 螺栓與螺釘?shù)呐ぞ卦囼?yàn)和破壞扭矩公稱直接 1～10 mm》等標(biāo)準(zhǔn)。

4 螺栓硬度檢測要求

根據(jù) GB/T 3098.1-2010 中 9.9.1 條，對(duì)不能實(shí)施拉力試驗(yàn)的緊固件，測定緊固件的硬度，對(duì)能實(shí)施拉力試驗(yàn)的緊固件，測定緊固件的最高硬度。測定位置有兩種，一是在螺紋橫截面測定硬度，即在 1/2 半徑與軸心線間的區(qū)域內(nèi)測定硬度，位置在距螺紋末端 1 d 處取一橫截面。另一種是在表面測定硬度，去除表面鍍層或涂層，并對(duì)試件適當(dāng)處理后，在頭部平面、末端或無螺紋桿部測定硬度，常規(guī)檢查可使用本方法。其他標(biāo)準(zhǔn)的硬度測試位置列于表 1。

表1 常用標(biāo)準(zhǔn)硬度測試部位規(guī)定

因而，依據(jù) GB/T 3098.1-2010 進(jìn)行的高強(qiáng)度螺栓硬度試驗(yàn)分為芯部硬度和表面硬度兩種，芯部硬度可以采用維氏硬度或洛氏硬度。而表面硬度采用維氏硬度 HV0.3，而不是芯部硬度的 HV30。10.9 級(jí)為 32 HRC～39HRC，GB/T 16939-2016 中 9.8S、10.9S 則為 32HRC～37HRC。

5 螺栓硬度檢測需要注意的問題

5.1 不能僅以螺栓長度來判斷高強(qiáng)度螺栓種類

大六角螺栓的螺栓長度在 GB/T 1228-2006《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓》中有相應(yīng)的規(guī)定，但也有加長桿的螺栓，其長度取決于所連接構(gòu)件的尺寸。根據(jù) GB 50755-2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》中 7.4.2 條，高強(qiáng)度螺栓長度應(yīng)根據(jù)計(jì)算出的螺栓長度l按修約間隔 5 mm 進(jìn)行修約后選用[6]。螺栓計(jì)算長度 l=l′＋△l，式中 l′ 為連接板層總厚度，△l 為附加長度，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的表 7.4.2 選用，如 M 20 的高強(qiáng)度大六角頭螺栓，其 △l=35.5mm，扭剪型高強(qiáng)度螺栓為 31.5 mm，附加長度略有不同（因?yàn)榕ぜ粜偷挠靡粋€(gè)墊圈，大六角頭的需要兩個(gè)墊圈。）螺栓的種類應(yīng)根據(jù)施工圖來判定。

5.2 高強(qiáng)度螺栓是采用摩擦型連接還是承壓型連接應(yīng)根據(jù)圖紙確定

通常人們認(rèn)為大六角頭螺栓多用于摩擦型連接，扭剪型螺栓用于承壓型連接。這種認(rèn)識(shí)是有偏差的。其實(shí)兩者都可能用于摩擦型或承壓型連接。這主要取決于設(shè)計(jì)圖紙，在施工圖的設(shè)計(jì)說明中，會(huì)有連接材料選用表，在表中注明連接材料的名稱和執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，還可能提到“圖中螺栓未特別注明者，均為摩擦型高強(qiáng)度螺栓?！崩缒彻こ讨懈邚?qiáng)度螺栓選用 10.9S 扭剪型高強(qiáng)度螺栓，這時(shí)就要做連接副的緊固軸力試驗(yàn)和連接件的抗滑移系數(shù)試驗(yàn)。

5.3 高強(qiáng)度螺栓硬度測量部位

高強(qiáng)度螺栓通常要測芯部硬度，測表面硬度執(zhí)行的是GB/T 3098.1-2010，用的是維氏硬度計(jì)，測之前需要去除表面鍍層或涂層，標(biāo)尺采用 HV 0.3。

6 結(jié) 語

建筑工地使用的螺栓有高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓，通常使用 GB/T 3098.1-2010～GB/T3098.16-2014 系列標(biāo)準(zhǔn)，其中鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓則可能使用大六角頭螺栓和扭剪型螺栓，其性能等級(jí)會(huì)有“S”字樣，表面是鋼結(jié)構(gòu)用。涉及的標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008和 GB/T 16939-2016。而 GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008、GB/T 16939-2016涉及的高強(qiáng)度螺栓均應(yīng)測量芯部硬度，表面硬度適用于 GB/T 3098.1-2010，測試時(shí)采用維氏硬度 HV 0.3。