螺栓在钢结构设计中的注意事项

陈秀磊

(华晋焦煤有限责任公司沙曲矿基本建设科，山西吕梁 033315)

螺栓在钢结构设计中有着举足轻重的作用。螺栓的种类很多，大致可以分为锚栓即地脚螺栓，普通螺栓和高强螺栓。通过对各种螺栓的详细描述，使设计及施工人员在遇到各种螺栓时有了进一步的认识，避免不必要的错误发生。

1 锚栓(地脚螺栓)

地脚螺栓通常用在钢柱的柱脚，设备基础的支座;地脚螺栓的种类很多，大致分为棘锚栓(构造锚栓)、弯钩锚栓，直钩锚栓，带螺栓连接锚板锚栓，带焊接锚板锚栓，带加劲板锚栓，通长套管锚栓，双头螺纹锚栓，T形头锚栓，槽钢锚架T形头锚栓，各种锚栓的选用可参见HG/T 21545-2006的总说明。我们在设计中设备基础所用的地脚螺栓一般按照工艺专业所提的条件进行埋设，但应满足一些构造措施，一次性埋入素混凝土基础的螺栓中心至基础边缘的距离不宜小于4d，且不小于150 mm。若不能满足需要在基础边缘配置加强钢筋，受力地脚螺栓的埋深不宜小于20d。我们应在图纸中按工艺所提条件注明地脚螺栓的材质，常见的有Q235A，Q345，Q345R，16Mn等。刚接柱脚所用的地脚螺栓只承受拉力，剪力靠抗剪键来承担，地脚螺栓的抗拉强度与地脚螺栓的材质有关，当地脚螺栓按材质采用Q235时，其抗拉强度为140 N/mm2，采用Q345时，其抗拉强度为180 N/mm2，螺栓的抗拉强度可通过查表，或进行简单计算，计算公式为:

对于有水平推力的独立管架，水平推力不大时，可根据地脚螺栓的个数、间距，以及抗拉承载力进行简单的抗弯计算，通常情况下地脚螺栓材质可选用Q235-B，具体选材跟环境温度及强度有关。地脚螺栓的材质还应与连接构件的材质相匹配，比如用于连接材质为Q235的吊车梁的地脚螺栓的材质也用Q235，材质为Q345的吊车梁的地脚螺栓的材质也用Q345。我们在设计图纸中应写明地脚螺栓的材质。

2 普通螺栓

普通螺栓大致上可以分为A，B，C三级。A级和B级均为精制螺栓，加工精度相对比较高，C级为粗制螺栓。其螺栓表面粗糙，所以抗拉强度较低，并且由于螺栓杆和螺栓孔之间存在着较大的间隙，当螺栓受到剪力作用时，会产生比较大的剪切滑移，所以连接变形的较大，但是因为其安装方便，而且能够有效的传递拉力，所以一般可以用于沿螺杆受拉的连接当中，或者是一些相对次要结构的抗剪连接或者是安装时的临时就位固定等。这种螺栓在我们工程中主要用来做安装螺栓，A级，B级为精制螺栓，其受拉受剪性能比较好，但是由于制作和安装相对复杂，价格也相对偏高，在钢结构的应用当中比较少见。所以在工程中常用到的普通螺栓就是用来做安装螺栓的C级螺栓，不考虑其受力作用，在图纸中除了标明螺栓的直径还应标明螺栓的种类。

螺栓留孔大小与螺栓的公称直径有关，当螺栓直径不大于16 mm时，螺栓孔径大于螺栓直径1 mm，当螺栓直径大于16 mm时，螺栓孔径大于螺栓直径1．5 mm。

3 高强螺栓

高强度螺栓按现行国家标准，大六角头高强螺栓的规格为M12～M30，其性能等级分为8．8级和10．9级，剪扭型高强螺栓规格为M16～M24，其性能等级只有10．9级(钢结构规范条文说明3．3．8．3)。高强螺栓的连接方式主要有两种类型:一种是只是通过摩擦接触面上的摩擦阻力来传力，它以所受到的剪力不超过摩擦力作为设计值来进行计算，称这种连接方法为摩擦型连接方法;第二种是受剪时允许接触面发生一定的相对滑移，以达到破坏时的极限承载力作为设计值来进行计算，称这种连接方法为承压型连接方法。摩擦型连接方法的剪切变形相对较小，处于弹性工作阶段，施工相对简单，可以拆卸并重新安装，耐疲劳性能比较好，所以比较适合用于承受动力荷载的结构类型。承压型连接方法由于其承载力大大高于摩擦型，连接比较紧促，然而剪切变形较大，所以不能直接用于承受动力荷载的结构当中，所以在工业设计中高强螺栓的连接主要采用摩擦型连接。采用摩擦型连接方式连接的抗剪构件中，每个高强螺栓所承受的承载力设计值应按下列公式进行计算:

其中，nf为传力摩擦面数目;μ为摩擦面抗滑移系数;p为高强螺栓的预拉力。

在螺栓杆轴方向受拉时的连接中，其中每个高强螺栓的承载力设计值取Nbv=0．8p。

当高强度螺栓摩擦型连接同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时，其承载力计算公式为:

摩擦型连接螺栓的抗剪承载力设计值与摩擦面的抗滑移系数μ及高强螺栓的预拉力p成正比，摩擦抗滑移系数与构件的钢号以及连接处构件接触面的处理方法有关。喷砂及喷砂后生赤锈抗滑移系数大，但有可能接触面被腐蚀，喷砂后涂无机富锌漆防腐蚀性能好但抗滑移系数小，螺栓承载力低，常用到的表面处理方法是喷砂，或喷砂后生赤锈。抗滑移系数与连接件的钢号有关，当连接件的钢号不是同一种时，按低钢号考虑。高强螺栓的螺孔应该采用钻孔的成孔方式。摩擦型螺栓连 接的高强螺栓孔径应比其公称直径 d大1．5 mm～2．0 mm，承压型螺栓连接的高强螺栓孔径应比其公称直径d大1．0 mm～1．5 mm。所以在进行结构设计时，在图纸中应该写明高强螺栓的性能等级、螺栓的连接形式、构件表面的处理方法以及抗滑移系数等的具体内容。

4 结语

在钢结构制图中螺栓的表示方法详见GB/T 50105-2001建筑结构制图标准。该标准无地脚螺栓的表示方法，通常用粗十字号表示。

[1] GB 50017-2003，结构设计规范[S］．

[2] GB 50011-2001，建筑抗震设计规范[S］．

[3] 《钢结构设计手册》编委会．钢结构设计手册[M］．第3版．北京:中国建筑工业出版社，2001．