钢结构基础知识之钢结构紧固件.docx

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钢结构基础知识之钢结构紧固件

第七章钢结构紧固件

前面的章节已经讲过了，钢结构构件总类繁多，这些构件相互连接、相互作用形成一个整体结构。

这其中使用最多的紧固件就是各种螺栓了，螺栓紧固不仅施工简便，而且对构件的削弱较小，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，韧性和塑性好。

因此，螺栓是钢结构中最重要的紧固件之一。

当然，在平常的钢结构工程中，我们还会经常会使用到诸如“自攻钉”、“铆钉”等一些连接件，这些都是属于钢结构紧固件的范畴。

钢结构紧固件分类如下：

第一节螺栓紧固件

一、螺栓种类

螺栓按照性能等级分为普通螺栓和高强螺栓两类。

普通螺栓等级分为：

3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8共6个等级。

高强螺栓等级分为：

8.8、9.8、10.9、12.9共4个等级。

1、普通螺栓

普通螺栓按照制作精度可分为：

A、B、C三个等级，A、B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。

对于钢结构用连接螺栓，除特别注明外，一般为普通粗制C级螺栓。

①A、B级螺栓的栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺寸精确，其材料性能等级为8.8级，制作安装复杂，价格较高，很少采用。

②C级螺栓用未加工的圆钢制成，尺寸不够精确，其材料性能等级为4.6级或4.8级。

2、高强螺栓

①高强螺栓按受力状态分为：

摩擦型和承压型两类。

摩擦型和承压型高强螺栓的区别：

摩擦型高强螺栓以板层间出现滑动作为承载能力极限状态；承压型高强螺栓以板层间出现滑动作为正常使用极限状态，而以连接破坏作为承载能力极限状态。

②高强螺栓按施工工艺分为：

大六角高强螺栓和扭剪型高强螺栓两类。

大六角头高强度螺栓：

大六角头高强度螺栓的头部尺寸比普通六角头螺栓要大，可适应施加预拉力的工具及操作要求，同时也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：

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，并以拧断为准表示已达到规定的预拉力值。

3、螺栓等级所表示的含义：

螺栓性能等级标号由两部分数字组成，分别表示螺栓的公称抗拉强度和材质的屈强比。

等级越高，强度越大，价格也越高。

根据螺栓的作用选择不同的等级，比如普通连接用的，和受力的应该选择不同的螺栓，这样才能经济实用。

材质就是制造螺栓的材料，材料不一样，力学性能不一样。

例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是：

①螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；

②螺栓材质的屈强比值为0.6；

③螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级

性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：

①螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；

②螺栓材质的屈强比值为0.9；

③螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级

螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。

强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9GPa

8.8公称抗拉强度800N/mm2公称屈服强度640N/mm2

一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的，

X*100=此螺栓的抗拉强度，

X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度

（因为按标识规定：

屈服强度/抗拉强度=Y/10）

4、普通螺栓与高强螺栓的区别：

一般情况下，高强度螺栓可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大，两者的区别是材料强度的不同。

（1）原材料：

普通螺栓常用Q235钢制造。

高强度螺栓采用高强度材料制造，高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作，常用45#钢、40硼钢、20锰钛硼钢等。

（2）强度等级：

普通螺栓强度等级要低，一般为4.4级、4.8级、5.6级；高强螺栓常用8.8和10.9两个强度等级，其中10.9级居多。

二、螺栓的规格型号

（一）螺栓规格分别为：

M10、M12、M14、M16、M18、M20、M22、M24、M27、M30、M36、M42、M48、M52等。

（二）螺栓的型号分别为：

1.M10规格长度分别为：

30、35、40、50、60、70、80、90、100。

2.M12规格长度分别为：

30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150.

3.M14规格长度分别为：

30、40、50、60、70、80、90、100、110、120.

4.M16规格长度分别为：

35、40、45、50、55、60、70、75、80、90、100、110、120、130、140、150、180、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、320、340、350、360、380、400、420.

5.M18规格长度分别为：

40、50、60、70、75、80、90、100、110、120、150、160、170、180、190、200、210、240、250、260、280、300、380。

6.M20规格长度分别为：

40、50、60、65、70、75、80、85、90、100、110、120、130、140、150、160、190、200、220、240、260、280、300、310、320、330、340、350、360、380、400、410、420、450、480.

7.M22规格长度分别为：

50、60、65、70、80、85、90、100、120、150、160、190、200、280、360、380、400、410、420。

8.M24规格长度分别为：

50、60、70、75、80、90、100、110、320、340、360、380、400、420、480.

9.M27规格长度分别为：

50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150。

10.M30规格长度分别为：

60、70、75、80、90、100、110、120、380、390、400、410.

三、如何确定使用螺栓的长度

螺栓选用的简易计算方式：

L=L1+ΔL

式中L=螺栓公称长度

L1=连接板层的总厚度

ΔL=附加长度

按下表计算：

直径

M12

M16

M20

M22

M24

M27

M30

ΔL

25

30

35

40

45

50

55

例：

某钢结构工程的屋面钢梁采用2-3节进行组装拼接，设计钢梁连接板厚度为20mm，钻孔尺寸为M22，应选用何种规格螺栓？

【解答】：

根据上述公式，即求出L的长度

已知：

L1=20×2=40（mm），即连接板的总厚度。

钻孔尺寸为M24，需用M20螺栓。

又根据上面附加长度表，M20螺栓ΔL=35

故：

L=40+35=75（mm）

根据计算结果，该钢梁连接螺栓应选用M20螺栓，且螺栓长度应为75mm。

第二节铆接紧固件

铆接——即“铆钉连接”。

用铆钉把两个或两个以上的零构件连接为一个整体的连接方法称为铆接。

铆接按类型分为：

热铆和冷铆两种。

1、热铆

热铆通过提高温度将两种金属的连接部位变性乃至融化在一起。

就是将铆钉加热到一定温度后进行的铆接。

由于加热后铆钉的塑性提高、硬度降低，钉头成型容易，所以热铆时所需的外力比冷铆要小的多；另外，在铆钉冷却过程中，钉杆长度方向的收缩会增加板料间的正压力，当板料受力后可产生更大的摩擦阻力，提高了铆接强度。

热铆常用在铆钉材质塑性较差、铆钉直径较大或铆力不足的情况下。

热铆接操作步骤：

①紧固被铆接件：

铆接前，首先把各层板件的钉孔对齐，用适当规格的螺栓拧紧；

②加热铆钉：

加热铆钉时，可用电炉或焦炭炉，炉位应尽量靠近操作场地；

③穿钉与顶钉：

取出加热好的铆钉后，传递一定要注意安全，传接操作要做到准和稳；

④铆接：

热铆时，为保证铆接质量，压缩空气的压力应不低于0.5Mpa，铆接时，还应注意各铆钉的先后顺序，宜先进行关键、对称位置的铆接，以使板件受力均匀。

2、冷铆

冷铆是指铆钉在常温状态下进行的铆接，一般使用钢制铆钉。

常用的有半圆头、平头、半空心铆钉、实心铆钉、沉头铆钉、抽芯铆钉、空心铆钉，这些通常是利用自身形变连接被铆接件。

（一般小于8毫米的用冷铆，大于的用热铆。

）铆钉是在铆接中，利用自身形变或过盈连接被铆接件的零件。

铆钉种类很多，而且不拘形式。

拉铆钉，国标标为抽芯铆钉，又称哈克拉铆钉或哈克（HUCK）螺栓，是利用胡克定律原理，用拉铆钉专用设备将2个结合件夹紧后，将套入的环状套环（或称不带螺纹的螺帽）的金属挤压并充满到带有多条环状沟槽的栓柱的凹槽内，使套环与栓柱严密结合的一种紧固方式。

3、铆接方式

铆接按方式可分为三类：

活动铆接、固定铆接、密封铆接。

①活动铆接：

结合件可以相互转动，不是刚性连接。

如剪刀、钳子等。

②固定铆接：

结合件不能相互活动，属于刚性连接。

如：

角尺、设备上的铭牌等。

③密封铆接：

结合件铆缝严密，不漏气体或液体。

如压缩空气灌、压力管路、锅炉等构件的铆接。

4、铆接的形式

铆接的基本形式有搭接、对接和角接三种。

①搭接是把被铆接板件的边缘对搭在一起，用铆钉进行铆接的结构形式。

②对接是把两个被铆接板件置于同一平台上，利用盖板盖住接口，再用铆钉进行连接的结构形式。

对接又分为单盖板式和双盖板式两种。

③角接是把两个互相垂直或成一定角度的被铆接板件用铆钉进行连接的结构形式。

在连接的转角处，一般用角钢作为搭接件，根据其数量又分为一侧角钢和双侧角钢两种。

5、铆钉的规格型号

现在市场上常见的抽芯铆钉型号/规格包括：

2.4、3.2、4、4.8、5、6.4六个系列，抽芯铆钉长度为22mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm等。

2.4、3.2、4、4.8、5、6.4指的是钉体公称直径。

第三节钉紧固件

钢结构中常用的钉紧固件包括：

自攻钉、射钉及焊钉等。

一、自攻钉

自攻钉也叫自攻螺钉。

为钢制经表面镀锌钝化的快装紧固件，自攻螺钉多用于薄的金属板（钢板、压型板等）之间的连接。

自攻钉按其应用性能可分为：

普通自攻螺钉、自切自攻螺钉、自挤自攻螺钉和自钻自攻螺钉（自钻螺钉）。

按头部不同可以分为：

圆头、平头（即沉头）、顶柱头、圆顶宽边头、大圆头（即大扁头）、六角承穴头、六角承穴华司头和六角头等。

按槽型分有：

一字槽头型（也叫开槽），十字槽头型，十一字复合槽头型，米字槽头型这四种。

自攻钉种类非常之多，但在钢结构工程中最常用的自攻钉就是“钻尾螺丝”了。

钻尾自攻自钻螺丝，又称“钻尾螺丝”“钻尾螺钉”“自钻螺丝”，北方人称为“燕尾螺丝”。

该类螺丝可根据用途、材料、形状分为不同的种类。

根据材质可分为：

钢材1022A，不锈铁410，不锈钢304。

这种螺丝带有钻尾尖,尖部像麻花钻头而得名,在装配时螺钉能自行钻出中心孔子,然后借助于临近的螺纹部分在载体上孔内自攻挤削出与之配合的螺纹,故称为自钻自攻螺丝。

钻尾自攻钉规格型号如下：

其直径系列分别为：

1.5，1.9，2.2，2.9，3.3，3.5，3.9，4.2，4.8，5.5，6.3，8，9.5。

丝杆长度分别为：

10mm~150mm。

2、射钉

射钉是利用射钉枪将钉打入混凝土或钢板等基体，起紧固连接作用。

射钉的形状与普通直钉形状相似，材质一般用60#钢，经热处理，成品的芯部硬度为HRC52-57。

能射穿Q2350.8mm-1.2mm钢板。

射钉属于枪钉的一种类型，它属于直钉类。

随着气动工具的日益普及，人们使用的钉子也有了相应的改变。

以前最常见的铁钉、钢钉等普通钉子，现在有了更多选择，根据不同的用途，配套不同的气枪所使用。

枪钉按外观可分为：

直钉、卷钉、码钉、蚊钉、波浪钉、钢排钉、干壁钉等。

按型号分有：

J型钉、F型钉、K型钉、T型钉、ST型钉、N型钉等。

①直钉（F型）：

与普通铁钉相近。

具体型号描述为F加上长度，例如F30是指长度为30mm的直钉。

②钢排钉（F-ST型）：

与常见的钢钉相似。

具体型号描述为ST加上长度，例如ST30指的是长度为30mm的钢排钉。

③蚊钉：

与普通铁钉相近，但更为细小，并且没有钉头。

④码钉：

（J型）：

与钉书钉相似，型号一般带有J字头表示。

常用枪钉的规格型号：

3、焊钉

焊钉也称为“栓钉”，属于一种高强度刚度连接的紧固件，用于各种钢结构工程中，在不同连接件中起刚性组合连接作用。

焊钉的主要用途是：

由于部分高层建筑的承重结构都使用劲性柱，即在型钢外层包裹混凝土。

为了加强型钢柱与混凝土的连接强度，提高劲性柱的整体受力性能。

因此，在型钢柱（如H型钢、十字柱、圆管柱）上焊接栓钉，使之接触面与混凝土紧密结合。

在钢结构工程中，栓钉还用于楼承板与钢梁间的连接固定。

在钢结构施工中，栓钉采用焊接的形式固定在母材上。

栓钉的焊接流程：

是将金属螺柱焊到工件平面上去的方法叫做螺柱焊。

在建筑工程中称栓钉焊。

它属于熔态压力焊的范畴。

栓钉焊又有两种：

普通栓钉焊和穿透栓钉焊；普通栓钉焊亦称非穿透栓钉焊。

穿透栓钉焊用于组合楼板和组合梁，焊接时，将压型钢板焊透，使栓钉、压型钢板和钢构件三者接在一起。

压型钢板厚0.6、0.8、1.0、1.2、1.6mm，镀锌。

施工中，压型钢板起到底模的作用。

螺柱焊机有两种：

电弧螺柱焊机和储能螺柱焊机。

储能焊机适用于直径较小（Φ8mm及以下）的螺柱焊接；栓钉直径较大（Φ8mm以上Φ28mm及以下）均采用电弧螺柱焊机。

1、栓钉的规格及表示形式

栓钉规格有：

Φ8、Φ10、Φ13、Φ16、Φ19、Φ22、Φ25、Φ28等8种，最常用的规格为：

Φ13、Φ16、Φ19、Φ22等四种。

d—栓钉直径、dk—栓钉头直径、d1—焊接部直径

h—焊接部高度、k一栓钉头高度、r—倒角半径

2、栓钉施工

栓钉施焊前，应依照工程施工设计图纸上规定的间距和行距以及位置要求放出栓钉施工位置线。

栓钉施焊时，应使用专用栓钉焊机，配备栓钉焊枪。

栓钉焊接施工时，将栓钉机同相应的焊枪电源接通，把瓷环座圈放在已放好线的栓钉位置上，用焊枪将栓钉对准瓷环座圈顶紧，打开焊枪电源，栓钉引弧点拉弧产生高温融化栓钉头部和母材形成高温融化的焊接焊池，经短时间（0.8～1.2s）后栓钉焊接在母材上，然后清除瓷环和检查四周焊缝。

3、栓钉焊接质量检查

外观检查：

检查栓钉是否垂直和焊缝是否均匀，看焊肉是否饱满均匀，有无偏焊，如焊层全熔化且均匀判为合格。

弯曲检查：

以锤击检查为主，检查外观有缺陷的栓钉，在缺陷部位的相反方向锤击弯曲15°，焊缝处无开裂、焊肉无异常现象可判为合格；如焊缝出现裂缝，视为报废，不合格则需要在原位稍偏处补焊一个栓钉补充，打弯的栓钉不必再扶正。

栓钉广泛适用于工业厂房建筑、公路、铁路、桥梁、塔架、汽车、能源、交通设施建筑、机场、车站、电站、管道支架、起重机械及其它各类钢结构等工程。

所有工程上使用的栓钉均应该符合《圆柱头焊钉》GB10433的规定，其抗拉强度≥400KPa，屈服强度≥320Kpa。

并应具备栓钉厂家出具的质量检验报告等质量证明材料，方能用于建筑施工中。