浅述轻钢结构中的螺栓连接
四川省工业设备安装公司第六分公司 江 挺
摘要：近年来随着建筑钢结构技术的迅速发展和机械化程度的日益提高，轻型钢结构厂房和钢结构工程得到了广泛的应用。特别是大跨度轻钢结构，随着钢结构设计、施工技术的日渐成熟，更是得到了快速发展。与此同时，建筑钢材、连接技术及加工、安装技术也进一步达到了系列配套的要求。与通常的钢筋混凝土结构相比，轻钢结构具有投资成本相对较低、施工周期短、抗震性好、便于改造等特点。在钢结构中，连接占有很重要的地位。而连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式。在房屋结构中铆接已经很少采用，常用焊接和螺栓连接。本文结合重庆隆鑫、劲隆钢结构工程，山东日照T4转接楼钢结构制作安装工程，重庆瑞驰汽车实业有限公司钢结构工程等工程的施工经验，着重阐述了钢结构中螺栓连接的工艺方法及其特点和应用，敬请指导、探讨。
关键词：轻钢结构 螺栓连接 方法 特点 应用
钢结构的基本构件由钢板、型钢等连接而成，如梁、柱、桁架等，运到工地后通过安装连接成整体结构。因此在钢结构中，连接占有很重要的地位。在传力过程中，连接部位应有足够的强度、刚度和延性。被连接件间应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复杂而且费工，因此选择合理的连接方案是便于钢结构设计和施工的重要环节。螺栓连接需要先在构件上开孔，然后通过拧紧螺栓产生紧固力将被连接板件连成一体。 螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 一、工程概况：
重庆隆鑫集团有限公司劲隆科技工业园位于重庆市高新区九龙工业园区，钢结构厂房包括外购、外协件仓库、总装厂房和成品库房，总长216米，宽124米，装配车间建筑面积20738.08平方米，外协件仓库建筑面积12876.5米。外协件仓库为两层钢结构厂房，一层为两跨，跨度为15米，采用单层钢架结构，二层为单跨，跨度为20米，采用门式钢架结构。楼盖系统采用钢承板现浇钢筋混泥土组合楼盖、组合梁结构。柱距为6米。总装厂房和成品库房为五跨22+18*4单层厂房，采用多跨门式钢架轻型结构。总装厂房柱距为6米，成品库中柱柱距为12米。
二、普通螺栓连接：
普通螺栓的优点是装卸便利，不需特殊设备。普通螺栓又分为C级螺栓（又称粗制螺栓）
和A、B级螺栓（又称精制螺栓）两种。C级螺栓制作精度差，栓径和孔径之间的缝隙相差1～1.5mm，便于制作和安装，但螺杆与钢板孔壁接触不够紧密，当传递剪力时，连接变形较大，故C级螺栓宜用于承受拉力的连接，或用于次要结构和可卸结构的受剪连接以及安装时的临时固定，它有4.6级和4.8级两种；A、B级螺栓栓径和孔径之间的缝隙相差只有0.3～0.5mm，受力性能较粗制螺栓好，但加工费用高且按照费时费工，目前建筑结构中很少使用，它有5.6级和8.8级两种。A、B级螺栓间的区别只是尺寸不同，其中A级为螺杆直径d≤24mm且螺栓杆长度l≤150mm的螺栓，B级为螺杆直径d＞24mm且螺栓杆长度l＞150mm的螺栓。 三、高强螺栓连接：
在轻型钢结构厂房安装中，一般在钢柱与钢梁和钢梁与钢梁等重要部位连接均采用高强螺栓连接。根据螺栓的形状，高强度螺栓有大六角头和扭剪型两种类型。高强螺栓传递剪力的机理与普通螺栓不同，它是靠被连接板间的强大摩擦阻力传递剪力，这种螺栓用高强度的钢材制作，安装时通过特制的扳手，以较大的扭矩拧紧螺帽，使螺栓杆产生很大的预应力，由于螺帽的挤压力把被连接的部件夹紧，依靠接触面间的摩擦力来阻止部件的相对滑移，达到传递外力的目的，因而变形小。其优点是施工简单，受力好，耐疲劳且可以撤换以及在动力荷载作用下不致松动。轻型钢结构厂房安装中普遍使用，是一种很有发展前途的连接方式。从受力特征不同，高强螺栓连接可分为摩擦型和承压型两种。
1、摩擦型连接：外力仅依靠部件接触面间的摩擦力来传递。孔径比螺栓公称大1.5～25mm。其特点是连接紧密，变形小，传力可靠，疲劳性能好，主要用于直接承受动力荷载的结构、构件的连接。轻型钢结构厂房安装中普遍使用摩擦型连接。
2、承压型连接：起初由摩擦传力，后期同普通螺栓连接一样，依靠杆和螺孔之间的抗剪和承压来传力。孔径比螺栓公称直径大1～1.5mm。其连接承载力一般比摩擦型连接高，可以节约钢材。但在摩擦力被克服后变形较大，故仅适用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构、构件的连接。
除上述常用的连接外，在薄壁钢结构中还经常采用射钉、自攻钉和焊钉等连接方式。屋面板、墙面板一般采用自攻钉连接，做建筑浇筑用的楼层板与梁连接方式一般采用焊钉，有专门的施工工具。 四、螺栓的合理排列：
每一杆件在节点以及拼接接头的一端，永久性的螺栓数不宜少于2个，对组合构件的缀条，其端部连接可采用1个螺栓。
螺栓（包括普通螺栓和高强度螺栓）的排列通常采用并列和错列两种基本形式(见下图)。
并列布置紧凑，整齐简单，接头尺寸小，盖板尺寸亦较小，但螺孔对钢材截面的削弱较大。错列布置较松散，整齐简单，接头尺寸较大，盖板尺寸亦较大，但可减少螺孔对钢材截面的削弱。无论采用并列还是错列，若螺栓的中距（螺栓中心间距）、端距（顺内力方向螺栓中心至边缘距离）和边距（垂直内力方向螺栓中心至边缘距离）过大或过小，都会对连接的受力、构造和施工方面带来问题。根据施工规范和实际施工经验，螺栓的距离应符合下表的要求。
名称 位置和方向 外排（垂直内力方向或顺内力方向） 垂直内力方向 中心间距 中间排 顺内力方向 构件受拉力 沿对角线方向 中心至构件边缘距离 垂直内力轧制边、自动气方向 割或锯割边 其他螺栓 高强度螺栓 顺内力方向 剪切边或手工气割边 4d0或8t 构件受压力 最大容许距离 （取两者的较小值） 8d0或12t 16d0或24t 12d0或18t 16d0或24t 2d02 1.5d02 1.5d02 1.2d02 3d0 最小容许距离 注：1、d0为螺栓的孔径，t为外层较薄板件的厚度；
2、钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢）相连的螺栓的最大间距，可按中间排的数值采用。
五、大六角头高强度螺栓的紧固方法：
大六角头高强度螺栓的紧固方法分扭矩法和转角法两种，前者是轻钢结构厂房安装工程施工中常采用的方法。
（一）扭矩法
扭矩法是采用可显示扭矩值的扭矩扳手拧紧螺母。操作一般应分初拧和终拧两步进行。对于大型节点则应分初拧、复拧和终拧三步进行。初拧扭矩应为施工扭矩的50%左右，复拧扭矩等于初拧扭矩。初拧或复拧后的高强度螺栓应用颜色在螺母上涂上标记，然后按施工扭矩值进行终拧。终拧完毕后再用另一种颜色在螺母上涂上标记。
施工扭矩T应按下式确定：
T=kd（P+△P） 式中 d-----螺栓公称直径； P-----螺栓的预拉力；
△P---补偿紧固后螺栓松弛造成的预拉力损失值，一般为预拉力的10%； k-----扭矩系数。
在采用扭矩法时，施工前还应结合工程实际情况对扭矩系数进行测定，以确定施工扭矩，保证质量。
（二）转角法
转角法不须使用专用扳手，它只控制螺母的转角，即控制螺母的应变来获得规定的预拉力。
六、施工中高强螺栓连接摩擦面的处理方法：
高强螺栓连接摩擦面的处理方法有喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤漆、钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面等几种。
1、未经处理或仅用钢丝刷清除浮锈（钢丝刷不能处理掉氧化铁皮）的钢材，即使是干净的轧制表面，其抗滑移系数都较低，所以一般只能用于对承载能力要求低的连接。
2、制造厂采用喷（石英）砂或喷（抛）丸（铁丸），它可使钢材表面露出金属光泽。此时，若是工厂连接，可立即组装，它能保持较高的抗滑移系数。然而，大多数的摩擦面都是位于工地的安装连接处，故一般都要经过一段时间的露天堆放、运输和安装过程。若构件制造后离安装时间较远，摩擦面可涂无机富锌漆或采取临时的保护措施，这样作除可防止生锈，同时也可避免误刷油漆或污损。涂无机富锌漆是不带锈组装，可在工地存放较长时间，抗滑移系数仍可保持一定数值，但其工艺较复杂，成本也较高。
3、施工现场的高强螺栓摩擦面的处理方法还有砂轮打磨，它适用于环境和施工条件受到
限制时的局部摩擦面的处理，其抗滑移系数一般较高，能满足要求，但须根据试验确定。砂轮打磨的范围不应小于螺栓孔径的4倍，且打磨方向宜与构件受力方向垂直。
4、一般应以喷砂（后生赤锈）为最佳处理方法，它不仅μ值高，且较经济。对于重要结构，可考虑喷砂后喷铝。 七、高强螺栓安装工艺： 1、高强螺栓安装的要点
（1）对钢柱、钢梁的安装精度进行确认无误后，方可进入高强螺栓安装阶段。 （2）施工前，高强度大六角螺栓连接副应按出厂批号复验扭矩系数和连接板的摩擦系数实验。对厂方提供的高强螺栓的数量、质量、规格等进行核查，对不符合要求的提出调换。
（3）钢梁连接螺栓采用扭剪型高强度螺栓，螺栓强度等级为10.9级，钢结构安装定位螺栓采用粗制螺栓，螺栓孔为二类孔。高强螺栓、螺母和垫圈采用《GB3077-88》和《GB699-88》规定的钢材制作；粗制螺栓、螺母和垫圈采用《GB700-88》规定的Q235钢制作。高强螺栓、螺母和垫圈其规格和尺寸应符合《GB1228——1231-84》中的规定。
（4）检查螺栓孔的质量，发现质量问题及加工毛刺等应予以修正。
（5）检查和处理安装磨擦面，清除磨擦面上的铁屑，浮锈等污物。磨擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷等现象。为使构件紧密结合，高强螺栓结合面上严禁有电焊、气割、毛刺等不洁物。
（6）高强螺栓分初拧和终拧，一般要求初拧在1小时后，至48小时内完成终拧。 （7）高强螺栓连接副终拧后，螺栓丝扣外露应为2～3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。
（8）施工时未在终拧中拧掉梅花头的螺栓数量不应大于该节点螺栓数的5%。 （9）高强螺栓终拧前应严禁雨淋，其结合面上不得有油漆。
（10）雨、雪天不得进行高强螺栓安装，磨擦面上及螺栓上不得有水及其它污物，并要注意气候变化对高强螺栓的影响。 2、关于高强螺栓施工的安全措施
在国家有关规定及现场有关安全措施的原则指导下，在高强螺栓施工中，特别强调：施工人员必须戴安全帽、系安全带，不得直接垂直上下作业，作业时，要注意下方是否有人；高强螺栓和施工工具等不得失落，以免伤人，使用电动扳手时，不得生拉硬拽，注意保护工具和高强螺栓。
八、影响高强螺栓施工质量的因素及处理办法：
1、施工前，施工单位未按规范的要求对高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验和复验。
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