装配式钢结构连接材料详解

1.螺栓连接材料

（1）普通螺栓连接。

装配式钢结构普通螺栓连接就是将螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接形式。从连接工作机理看，荷载是通过螺栓杆受剪、连接板孔壁承压来传递的，接头受力后会产生较大的滑移变形，因此一般受力较大的结构或承受动力荷载的结构，应采用精制螺栓，以减少接头变形量。由于精制螺栓加工费用较高、施工难度大，工程上极少采用，已逐渐为高强度螺栓所取代。

普通螺栓连接时由螺栓、螺母和垫圈三部分组成的，现分述如下。

普通螺栓可分为六角头螺栓、双头螺栓和地脚螺栓等。

a.六角头螺栓。按照制造质量和产品登记，六角头螺栓可分为A、B、C 三个等级，其中，A、B 级为精制螺栓，C 级为粗制螺栓。A、B 级一般用35 号钢或45 号钢做成，级别为5.6级或8.8 级。A、B 级螺栓加工尺寸精确、受剪性能好、变形很小，但制作和安装复杂、价格昂贵，目前在钢结构中应用较少。C 级为六角头螺栓，也称粗制螺栓，一般由Q235 镇静钢制成，性能等级为4.6 级和4.8 级。C 级螺栓的常用规格从M5 至M64 共有几十种，常用于安装连接及可拆卸的结构中，有时也可以用于不重要的连接或安装时的临时固定等。

普通螺栓的通用规格为M8、M10、M12、M16、M20、M24、M30、M36、M42、M48、M56 和M64 等。

b.双头螺栓。双头螺栓一般称为螺栓，多用于连接厚板和不便使用六角头螺栓连接的地方，如混凝土屋架、屋面梁悬挂单轨梁吊挂件等。

c.地脚螺栓。地脚螺栓分一般地脚螺栓、直角地脚螺栓、锤头螺栓和锚固地脚螺栓4 种。

一般地脚螺栓和直角地脚螺栓是在浇筑混凝土基础时预埋在基础中用以固定钢柱的。

锤头螺栓是基础螺栓的一种特殊形式，是在混凝土基础浇筑时将特制模箱（锚固板）预埋在基础内用以固定钢柱的。

锚栓是用于钢构件与混凝土构件之间的连接件，如钢柱柱脚与混凝土基础之间的连接、钢梁与混凝土墙体之间的连接等。锚栓分为化学试剂型和机械型两类。化学试剂型是指锚栓通过化学试剂（如结构胶等）与其所植入的构件材料黏结传力，而机械型则不需要。

（2）高强度螺栓连接。

高强度螺栓是钢结构工程中发展起来的一种新型连接形式，现已发展成为钢结构连接的主要手段之一，在高层建筑钢结构中已成为主要的连接件。高强度螺栓是用优质碳素钢或低合金钢材料制成的一种特殊螺栓，由于螺栓的强度高，故称高强度螺栓。高强度螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和承压高、受力性能好、安全可靠等优点。

① 高强度螺栓分类。

高强度螺栓采用经过热处理的高强度钢材做成，施工时需要对螺栓杆施加较大的预拉力。

a.高强度螺栓从性能等级上可分为8.8 级和10.9 级（也记作8.8S、10.9S）。

b.高强度螺栓根据其受力特征可分为摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓两类。摩擦型高强度螺栓是靠连接板叠间的摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力被克服作为连接承载力的极限状态，具有连接紧密、受力良好、耐疲劳的特点，适宜承受动力荷载，但连接面需要做摩擦面处理，如喷砂、喷砂后涂无机富锌漆等。承压型高强度螺栓，是当剪力大于摩擦阻力后，以螺杆被剪断或连接板被挤坏作为承载力极限状态，其计算方法基本上同普通螺栓，它们的承载力极限值大于摩擦型高强度螺栓。

c.高强度螺栓根据螺栓构造及施工方法不同，可分为大六角头高强度螺栓、扭剪型高强度螺栓两类，如图2-10、图2-11 所示。

图2-10　大六角头高强度螺栓

图2-11　扭剪型高强度螺栓

大六角头高强度螺栓的头部尺寸比普通六角头螺栓要大，可适应施工预拉力的工具及操作要求，同时也可增大与连接板间的承压或摩擦面积。大六角头高强度螺栓施加预拉力的工具有电动、风动扳手及人工特制扳手。

扭剪型高强度螺栓的尾部连着一个梅花头，梅花头与螺栓尾部之间有一沟槽。当用特制扳手拧螺母时，以梅花头作为反拧支点，终拧时梅花头沿沟槽被拧断，并以拧断为标准表示已达到规定的预拉力值。

② 高强度螺栓的性能。

高强度螺栓和与之配套的螺母和垫圈合称连接副，须经热处理（淬火和回火）后方可使用。高强度大六角头螺栓连接副包括一个螺栓、一个螺母和两个垫圈。扭剪型高强度螺栓连接副包括一个螺栓、一个螺母和一个垫圈。(www.xing528.com)

a.高强度螺栓的规格共有M12、M16、M18、M20、M22、M24、M27、M30 几种。螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定。高强度螺栓（六角头螺栓、扭剪型螺栓等）、半圆头铆钉等孔的直径应比螺栓杆和钉杆公称直径大1.0～3.0 mm。螺栓孔应具有H14（H15）的精度。

b.高强度螺栓按性能等级可分为8.8、10.9、12.9 级等。8.8 级仅用于大六角头高强度螺栓，10.9 级用于扭剪型高强度螺栓和大六角头高强度螺栓。制造厂应对原材料（按加工高强度螺栓的同样工艺进行热处理）进行抽样试验，其力学性能应符合相关规定。

c.采用高强度螺栓连接副，应分别符合《钢结构用高强度大六角头螺栓》（GB/T 1228—2006）、《钢结构用高强度大六角螺母》（GB/T 1229—2006）、《钢结构用高强度垫圈》（GB/T 1230—2006）、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》（GB/T 1231—2006）或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》（GB/T 3632—2008）的规定。

d.高强度螺栓连接副必须经过以下试验，符合规范要求后方可出厂：材料、炉号、制作批号、化学成分与机械性能证明或试验数据；螺栓的负荷试验；螺母的保证荷载试验；螺母及垫圈的硬度试验；连接副的扭矩系数试验（注明试验温度）；大六角头连接副的扭矩系统数平均值和标准偏差；扭剪型连接副的紧固轴力平均值和标准偏差。

e.高强度螺栓的储运应符合：

存放应防潮、防雨、防粉尘，并按类型和规格分类存放；使用时应轻拿轻放，防止撞击、损坏包装和损伤螺纹；发放和回收应做记录，使用剩余的紧固件应当回收保管。

长期保管超过6 个月或保管不善而造成螺栓生锈及沾染脏物等可能改变螺栓的扭矩系数或性能的高强度螺栓，应视情况进行清洗、除锈和润滑等处理，并对螺栓进行扭矩系数或预拉力检验，合格后方可使用。

高强度螺栓连接摩擦面应平整、干燥，表面不得有氧化皮、毛刺、焊疤、油漆和油污等。

2.自攻钉

（1）连接件：成熟的节点、标准化的连接件，确保现场安装的便捷性，连接件同样采用高强高锌的镀锌板材加工，保证结构件的耐蚀性。连接件形式包括：蝶型连接件、屋架角钢、三向角钢、抗拔加强件、楼层梁托等，具体如图2-12 所示。

图2-12　连接件形式

（2）紧固件：钢结构的主要连接件。高强度紧固件已经被广泛应用在工业与民用建筑、桥梁、厂房等钢结构工程中，具有受力性能好、连接刚度高、抗震性能好、施工简便快捷等优点。施加到紧固件上的紧固轴力，使连接板之间相互夹紧并产生板之间的摩擦力来传递外部荷载，在连接点上紧固件不受剪力，接头应力传递圆滑，因此连接刚度高。

作为紧固件的自攻钉主要划分为：六角头自攻钉、十字盘头自攻钉、十字沉头刮削钻尾钉、化学锚栓、地脚螺栓和膨胀螺栓等，如图2-13 至图2-18 所示。

图2-13　六角头自攻钉

图2-14　十字盘头自攻钉

图2-15　十字沉头刮削钻尾钉

图2-16　化学螺栓

图2-17　地脚螺栓

图2-18　膨胀螺栓