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1、第七章 连接和密封材料 钢结构相对于钢筋混凝土结构的最大优势是施工工期较短， 这意味着能节约大笔施工费用，缩短工期，提前投入生产，早日收回投资。钢结构施工之所以快是因为绝大部分结构构件都是在工厂预制，再在施工现场通过高强螺栓、镀锌螺栓或自攻螺丝等连接件拼装而成。随着钢结构的发展，对工厂的预制水平和施工速度都提出了更高的要求。相应地，连接件技术也不能滞后于钢结构的发展，这就对连接件提出了新的要求。本章主要介绍螺栓、锚栓、自攻螺丝等连接件以及钢结构中常用的密封材料。 第一节 螺栓 螺栓连接是轻钢结构现场连接的主要方式。 与现场焊接的连接方式比较， 螺栓连接具有施工速度快，不受施工条件、施工天气的限
2、制等优点，且容易保证施工质量。但螺栓连接也会增加工厂制作和安装的成本。 螺栓的表示方法是采用螺栓杆强度级别,其性能等级中的小数点前的数字表示热处理后的抗拉强度,小数点及其以后数字表示其屈强比。例如，材料性能等级为 8.8 级的螺栓，其抗拉强度不小于，屈强比为 0.8。 2N/mm800螺栓分为普通螺栓和高强螺栓两种。 一、普通螺栓 普通螺栓一般采用符合现行国家标准碳素结构钢的 Q235-A 级钢制作。常用的螺栓直径有 12mm、14mm、16mm、18mm、20mm。普通螺栓分为 A 级螺栓和 B 级、C 级螺栓。按材料性能等级可分为 4.6 级、4.8 级、5.6 级和 8.8 级。 C 级
3、螺栓表面不经特别加工，螺栓孔的直径一般比螺栓杆直径大 1.52.0mm。由于螺栓杆与孔之间存在较大的空隙，当传递剪力时，连接变形较大，故工作性能较差，只宜用于不直接承受动力荷载的次要连接，或安装时的临时固定和可拆卸结构的连接等。 A 级、B 级螺栓螺杆直径与螺栓孔直径相同，对成孔质量要求较高，因此一般钢结构中很少采用，主要用于机械设备。 259二、高强螺栓 高强螺栓一般采用 45 号钢、40Cr、40B 或 20MnTiB 等钢制作，并须满足现行国家标准的相关规定。当前使用的高强螺栓等级和材料见下表（表 7-1） 。 表 7-1 高强螺栓的等级和材料选用表 高强螺栓的等级和材料选用表 螺栓种类
4、 螺栓等级 螺栓材料 螺 母 垫 圈 适用规格，mm 扭剪型 10.9s 20MnTiB 35 号钢 10H 45 号钢 HRC3545 d=16,20,(22), 24 35VB d=12,16,20,(22),24,(27),30 20MnTiB d24 10.9s 40B 45 号钢 35 号钢 15MnVTi 10H 45 号钢 35 号钢 HRC3545 d24 45 号钢 d22 大六角头型 8.8s 35 号钢 35 号钢 8H 45 号钢 35 号钢 HRC3545 d16 高强螺栓有扭剪型和大六角头型两种，这两种螺栓的性能都是可靠的，在设计中可以通用，但其抗剪受力特性却有所不
5、同。根据受力特性，高强螺栓也可分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。 摩擦型高强螺栓通过连接板间的摩擦力来传递剪力，按板层间出现滑动作为其承载能力的极限状态。 摩擦型高强螺栓适用于重要的结构和承受动力荷载的结构， 以及可能出现反向内力构件的连接，其孔径比螺栓的公称直径大 1.52.0mm。 承压型高强螺栓不以连接板间出现滑动作为正常使用的极限状态， 而以连接的破坏 （螺栓或板件的破坏） 作为其承载能力的极限状态。 承压型高强螺栓的计算方法和构造要求与普通螺栓相同， 可用于允许产生少量滑移的承受静荷载结构或间接承受动力荷载的构件。 当允许在某一方向产生较大滑移时，可以采用长圆孔；当为圆孔时，其孔径
6、比螺栓的公称直径大1.01.5mm。 以上两种高强螺栓，除了在设计计算的考虑和孔径方面有所不同外，其它在材料、预拉力（见表 7-2） 、接触面的处理以及施工要求等方面均无差异。高强螺栓按材料性能等级可分为 8.8 级和 10.9 级两种， 其中 10.9 级具有更高的受力性能， 在钢结构连接中最为常用。高强度螺栓不宜重复使用，特别是 10.9 级的螺栓不得重复使用。 260表 7-2 高强度螺栓的设计预拉力 P, kN 螺栓公称直径，mm 螺栓的 性能等级 M16 M20 M22 M24 M27 M30 8.8 10.9 70 100 110 155 135 190 155 225 205 2
7、90 250 355 高强螺栓所采用的钢材，在热处理后的机械性能见表 7-3。 表 7-3 高强螺栓的性能、等级与所采用的钢号 抗拉 强度 b N/mm2屈服 强度 0.2 N/mm2伸长率5 (%)断面收缩率 (%)冲击韧性值 k J/cm2(kgfm/cm2) 螺栓种类 性能 等级 所采用 的钢号 不小于 硬度 8.8 45 号钢 35 号钢 830 1030 660 12 45 78(8) HRC2431 大六角头高强螺栓 10.9 20MnTiB B40 35VB 1040 1240 940 10 42 59(6) HRC3339 三、螺栓构造 螺栓在构件上的布置和排列，应满足受力、构
8、造和施工要求，其中心距和端距应满足表74 中要求。 高强螺栓的排列、布置、间距等要求，均与普通螺栓相同，但在具体布置时，应考虑使用拧紧工具进行施工的可能性且有以下特别规定： （1） 当环境温度高于 150C 时，应采用隔热防护措施； （2） 当不同板厚连接需设置填板时， 填板表面应作与母材相同的表面处理； 型钢构件的拼接采用高强螺栓连接时，其连接件宜采用钢板； （3） 高强螺栓孔应采用钻孔，不得采用冲孔； （4） 在高强螺栓连接范围内， 构件接触面的处理方法及所要求的抗滑移系数值， 应在施工图中说明。 261表 7-4 螺栓或铆钉的最大、最小容许距离 名称 位置和方向 最大容许距离（取两者的较
9、小者） 最小容许距离 外排（垂直内力方向或顺内力方向） 8d0或 12t 垂直内力方向 16d0或 24t 压力 12d0或 18t 中间排 顺内力方向 拉力 16d0或 24t 中心间距 沿对角线方向 3d0顺内力方向 2d0剪切边或手工气割边 高强度螺栓 1.5d0中心至构件边缘 距离 垂直内力方向 轧制边自动精密气割或锯割边 其他螺栓或铆钉4d0或 8t 1.2d0第二节 锚栓 锚栓用于上部钢结构与下部基础的连接，承受柱弯矩在柱脚底板与基础间产生的拉力，剪力由柱底板与基础面之间的摩擦力抵抗， 若摩擦力不足以抵抗剪力， 则需在柱底板上焊接抗剪键以增大抗剪能力。 锚栓一头埋入混凝土中，埋入的
10、长度要以混凝土对其的握裹力不小于其自身强度为原则， 所以对于不同的混凝土标号和锚栓强度， 所需最小埋入长度也不一样。 为了增加握裹力，对于39 以下锚栓，需将其下端弯成 L 型，弯钩的长度为 4D；对于39 以上锚栓，因其直径过大不便于折弯，则在其下端焊接锚固板。 锚栓的锚固及构造详见表 7-5 与表 7-6。 262表 7-5-1 Q235 钢 锚 栓 选 用 表 连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 型 型 型 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 锚栓直径 d (mm) 锚栓截面有效面积A0(cm)
11、a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 C (mm) t (mm) 每个螺栓 的受拉承 载力设计 值 t aN (KN) 20 22 24 27 30 33 36 39 42 45 2.448 3.034 3.525 4.594 5.606 6.936 8.167 9.758 11.21 13.06 45 45 50 50 55 55 60 65 70 75 75 75 80 80 85 90 95 100 105 110 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 90 95 100 105 110 120
12、125 130 135 140 500 550 600 675 750 825 900 1000 400 440 480 540 600 660 720 780 1050 1125 840 900 630 675 505 540 140 140 20 20 34.3 42.5 49.4 64.3 78.5 97.1 114.3 136.6 156.9 182.8 263表 7-5-2 Q235 钢 锚 栓 选 用 表 连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 型 型 型 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 锚
13、栓直径 d (mm) 锚栓截面有效面积A0(cm) a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 C (mm) t (mm) 每个螺栓 的受拉承 载力设计 值 t aN (KN) 48 52 56 60 64 68 72 76 80 14.73 17.58 20.30 23.62 26.76 30.55 34.60 38.89 43.44 80 85 90 95 100 105 110 115 120 120 125 130 135 145 150 155 160 165 110 120 130 140 150 160 170 180
14、190 150 160 170 180 195 205 215 225 235 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 960 1040 1120 1200 1280 1360 1440 1520 1600 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 575 625 670 720 770 815 865 910 960 200 200 200 240 240 280 280 320 350 20 20 20 25 25 30 30 30 40 206.2 246.1 284.2 330.7 374.6 427.7 484.4 544.5 608.2 264表 7-5-3
