門(mén)式剛架計(jì)算原理和設(shè)計(jì)實(shí)例之七

1、第七章 連接和密封材料鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)是施工工期較短， 這意 味著能節(jié)約大筆施工費(fèi)用， 縮短工期，提前投入生產(chǎn)， 早日收回投資。 鋼結(jié)構(gòu)施工之所以快是因?yàn)榻^大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是在工廠(chǎng)預(yù)制， 再在 施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)高強(qiáng)螺栓、 鍍鋅螺栓或自攻螺絲等連接件拼裝而成。 隨 著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對(duì)工廠(chǎng)的預(yù)制水平和施工速度都提出了更高的要 求。相應(yīng)地，連接件技術(shù)也不能滯后于鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，這就對(duì)連接件 提出了新的要求。本章主要介紹螺栓、錨栓、自攻螺絲等連接件以及 鋼結(jié)構(gòu)中常用的密封材料。第一節(jié) 螺栓螺栓連接是輕鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)連接的主要方式。 與現(xiàn)場(chǎng)焊接的連接方 式比較，螺栓連接具有施工速度快，不受施工

2、條件、施工天氣的限制 等優(yōu)點(diǎn)， 且容易保證施工質(zhì)量。 但螺栓連接也會(huì)增加工廠(chǎng)制作和安裝 的成本。螺栓的表示方法是采用螺栓桿強(qiáng)度級(jí)別 , 其性能等級(jí)中的小數(shù)點(diǎn) 前的數(shù)字表示熱處理后的抗拉強(qiáng)度 , 小數(shù)點(diǎn)及其以后數(shù)字表示其屈強(qiáng) 比。例如，材料性能等級(jí)為 8.8 級(jí)的螺栓，其抗拉強(qiáng)度不小于 800N/mm 2 ，屈強(qiáng)比為 0.8 。螺栓分為普通螺栓和高強(qiáng)螺栓兩種一、普通螺栓普通螺栓一般采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼的 Q235-A 級(jí)鋼制作。常用的螺栓直徑有 12mm 14mm 16mm 18mm 20mm普 通螺栓分為A級(jí)螺栓和B級(jí)、C級(jí)螺栓。按材料性能等級(jí)可分為 4.6 級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和

3、8.8級(jí)。C級(jí)螺栓表面不經(jīng)特別加工，螺栓孔的直徑一般比螺栓桿直徑 大1.5 2.0mm由于螺栓桿與孔之間存在較大的空隙，當(dāng)傳遞剪力 時(shí)，連接變形較大，故工作性能較差，只宜用于不直接承受動(dòng)力荷載 的次要連接，或安裝時(shí)的臨時(shí)固定和可拆卸結(jié)構(gòu)的連接等。A級(jí)、B級(jí)螺栓螺桿直徑與螺栓孔直徑相同， 對(duì)成孔質(zhì)量要求較 高，因此一般鋼結(jié)構(gòu)中很少采用，主要用于機(jī)械設(shè)備。二、高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓一般采用45號(hào)鋼、40Cr、40B或20MnTiB等鋼制作， 并須滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。當(dāng)前使用的高強(qiáng)螺栓等級(jí)和材料 見(jiàn)下表（表7-1 ）。表7-1高強(qiáng)螺栓的等級(jí)和材料選用表螺栓種類(lèi)螺栓等級(jí)螺栓材料螺母墊圈適用規(guī)格，mm

4、扭剪10.9s20Mn TiB35號(hào)鋼45號(hào)鋼d=16,20,(22).型10HHRC3545i24大六角頭型10.9s35VB45號(hào)鋼35號(hào)鋼15MnVTi10H45號(hào)鋼35號(hào)鋼d=12,16,20,(22),24,(27),3020Mn TiBd 2440BHRC3545)d 248.8s45號(hào)鋼35號(hào)鋼8H45號(hào)鋼35號(hào)鋼HRC3545d 2235號(hào)鋼d 16高強(qiáng)螺栓有扭剪型和大六角頭型兩種，這兩種螺栓的性能都是可 靠的，在設(shè)計(jì)中可以通用，但其抗剪受力特性卻有所不同。根據(jù)受力 特性，高強(qiáng)螺栓也可分為摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓。摩擦型高強(qiáng)螺栓通過(guò)連接板間的摩擦力來(lái)傳遞剪力，按板層間 出

5、現(xiàn)滑動(dòng)作為其承載能力的極限狀態(tài)。摩擦型高強(qiáng)螺栓適用于重要的 結(jié)構(gòu)和承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，以及可能出現(xiàn)反向內(nèi)力構(gòu)件的連接， 其 孔徑比螺栓的公稱(chēng)直徑大 1.5 2.0mm承壓型高強(qiáng)螺栓不以連接板間出現(xiàn)滑動(dòng)作為正常使用的極限狀 態(tài)，而以連接的破壞（螺栓或板件的破壞）作為其承載能力的極限狀 態(tài)。承壓型高強(qiáng)螺栓的計(jì)算方法和構(gòu)造要求與普通螺栓相同，可用于允許產(chǎn)生少量滑移的承受靜荷載結(jié)構(gòu)或間接承受動(dòng)力荷載的構(gòu)件。當(dāng)允許在某一方向產(chǎn)生較大滑移時(shí)，可以采用長(zhǎng)圓孔；當(dāng)為圓孔時(shí)，其 孔徑比螺栓的公稱(chēng)直徑大 1.0 1.5mm以上兩種高強(qiáng)螺栓，除了在設(shè)計(jì)計(jì)算的考慮和孔徑方面有所不同外，其它在材料、預(yù)拉力（見(jiàn)表7-2

6、）、接觸面的處理以及施工要求等方面均無(wú)差異。高強(qiáng)螺栓按材料性能等級(jí)可分為8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種，其中10.9級(jí)具有更高的受力性能，在鋼結(jié)構(gòu)連接中最為常 用。高強(qiáng)度螺栓不宜重復(fù)使用，特別是10.9級(jí)的螺栓不得重復(fù)使用。表7-2高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力P, kN螺栓的性能等級(jí)螺栓公稱(chēng)直徑，mmM16M20M22M24M27M308.87011013515520525010.9100155190225290355高強(qiáng)螺栓所采用的鋼材，在熱處理后的機(jī)械性能見(jiàn)表7-3。表7-3高強(qiáng)螺栓的性能、等級(jí)與所采用的鋼螺 栓 種 類(lèi)性能等級(jí)所采用的鋼號(hào)抗拉強(qiáng)度(T bN/mrn屈服 強(qiáng)度T 0.2N/mrn伸長(zhǎng)

7、率8 5（%）斷 面 收 縮 率 （%）沖擊韌性 值a k J/cm2 (kgf m/ cmi)硬度不小于大 六 角 頭 高 強(qiáng) 螺 栓8.845號(hào)鋼35號(hào)鋼8301030660124578(8)HRC24-3110.920Mn TiBB4035VB10401240940104259(6)HRC33-39三、螺栓構(gòu)造螺栓在構(gòu)件上的布置和排列，應(yīng)滿(mǎn)足受力、構(gòu)造和施工要求，其 中心距和端距應(yīng)滿(mǎn)足表7-4中要求。高強(qiáng)螺栓的排列、布置、間距等要求，均與普通螺栓相同，但在 具體布置時(shí)，應(yīng)考慮使用擰緊工具進(jìn)行施工的可能性且有以下特別規(guī)疋:(1) 當(dāng)環(huán)境溫度高于150C時(shí)，應(yīng)采用隔熱防護(hù)措施；(2) 當(dāng)不同

8、板厚連接需設(shè)置填板時(shí)，填板表面應(yīng)作與母材相同 的表面處理；型鋼構(gòu)件的拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，其連 接件宜采用鋼板；(3) 高強(qiáng)螺栓孔應(yīng)采用鉆孔，不得采用沖孔；(4) 在高強(qiáng)螺栓連接范圍內(nèi)，構(gòu)件接觸面的處理方法及所要求 的抗滑移系數(shù)值，應(yīng)在施工圖中說(shuō)明。表7-4螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小容許距離名稱(chēng)位置和方向最大容許 距離(取 兩者的較小者)最小容許距離中心間距外排(垂直內(nèi)力方向或順內(nèi)力方向)8do 或 12t3do中間排垂直內(nèi)力方向16do 或24t順內(nèi)力方向壓力12do 或18t拉力16do 或24t沿對(duì)角線(xiàn)方向中心至構(gòu) 件邊緣 距離順內(nèi)力方向4do 或 8t2do垂直內(nèi)力方向剪切邊或手工氣割邊

9、1.5d。軋制邊自 動(dòng)精密氣割或鋸 割邊高強(qiáng)度螺栓其他螺栓或鉚釘1.2d。第二節(jié)錨栓錨栓用于上部鋼結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)的連接，承受柱彎矩在柱腳底板與基礎(chǔ)間產(chǎn)生的拉力，剪力由柱底板與基礎(chǔ)面之間的摩擦力抵抗，若摩擦力不足以抵抗剪力，則需在柱底板上焊接抗剪鍵以增大抗剪能 力。錨栓一頭埋入混凝土中，埋入的長(zhǎng)度要以混凝土對(duì)其的握裹力不 小于其自身強(qiáng)度為原則，所以對(duì)于不同的混凝土標(biāo)號(hào)和錨栓強(qiáng)度， 所 需最小埋入長(zhǎng)度也不一樣。為了增加握裹力，對(duì)于39以下錨栓，需將其下端彎成L型，彎鉤的長(zhǎng)度為4D;對(duì)于39以上錨栓，因其 直徑過(guò)大不便于折彎，則在其下端焊接錨固板。 錨栓的錨固及構(gòu)造詳見(jiàn)表 7-5 與表 7-6 。表

10、 7-5-1Q235 鋼 錨 栓 選 用表錨栓錨栓連接尺寸錨 固長(zhǎng)度 及 細(xì) 部尺 寸每個(gè)直徑截面I型II型皿型螺栓單螺母雙螺母錨固長(zhǎng)度1 (mm)錨板尺寸的受abab當(dāng)基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等Ct拉承(mm)(mm)(mm)(mm)級(jí)為(mm)(mm)d有效面積AoC15C20C15C20C15C20載力設(shè)計(jì)值(mm)Na(cm)(KN)202.4484575609050040034.3223.0344575659555044042.5243.52550807010060048049.4274.59450807510567554064.3305.60655858011075060078.5336.

11、93655908512082566097.1368.167609590125900720114.3399.75865100951301000780136.64211.2170105100135105084063050514020156.94513.0675110105140112590067554014020182.8表 7-5-2Q235 鋼錨栓選用表錨栓錨栓連接尺寸錨 固長(zhǎng)度 及細(xì)部尺 寸每個(gè)直徑截面螺栓I型II型皿型的受d(mm)有效面積Ao(cm)單螺母雙螺母錨固長(zhǎng)度1 (mm)錨板尺寸拉承載力設(shè)計(jì) 值N；(KN)a(mm)b(mm)a(mm)b(mm)當(dāng)基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C(mm

12、)t(mm)C15C20C15C20C15C204814.7380120110150120096072057520020206.25217.58851251201601300104078062520020246.15620.30901301301701400112084067020020284.26023.62951351401801500120090072024025330.76426.761001451501951600128096077024025374.66830.5510515016020517001360102081528030427.77234.60110155170215180

13、01440108086528030484.47638.8911516018022519001520114091032030544.58043.4412016519023520001600120096035040608.2表7-5-3Q235鋼 錨 栓 選 用表錨栓錨栓連接尺寸錨 固 長(zhǎng)度及細(xì) 部尺寸每個(gè)直徑截面螺栓I型II型皿型的受單螺母雙螺母錨固長(zhǎng)度1 (mm)錨板尺寸拉承abab當(dāng)基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等Ct有效(mm)(mm)(mm)(mm)級(jí)為(mm)(mm)載力d(mm)面積A(cm)C15C20C15C20C15C20設(shè)計(jì)值N；(KN)8549.481301802002502125170

14、01275102035040692.79055.91140190210260225018001350108040040782.79562.73150200220270237519001425114045045878.210069.95160210230280250020001500120050045979.3表7-6-1Q345 鋼 錨 栓 選 用 表錨栓直徑錨栓截面連接尺寸錨 固 長(zhǎng)度及細(xì) 部尺寸每個(gè)螺栓的受拉承I型II型皿型單螺母雙螺母錨固長(zhǎng)度1 (mm)錨板尺寸d有效面積Aoa(mm)b(mm)a(mm)b(mm)當(dāng)基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C(mm)t(mm)載力設(shè)計(jì)值C15C20C15C

15、20C15C20(mm)N：(cm)(KN)202.4484575609060050044.1223.0344575659566055054.6243.52550807010072060063.5274.59450807510581067582.7305.606558580110900750100.9336.936559085120990625124.8368.1676095901251080900147.0399.758651009513011701000175.64211.21701051001351260105075563014020201.84513.06751101051401350

16、112581067514020235.1表7-6-2Q345鋼 錨 栓 選 用表錨栓錨栓連接尺寸錨 固 長(zhǎng)度及細(xì) 部尺寸每個(gè)直徑截面I型II型皿型螺栓的受單螺母雙螺母錨固長(zhǎng)度1 (mm)錨板尺寸拉承abab當(dāng)基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等Ct有效(mm)(mm)(mm)(mm)級(jí)為(mm)(mm)載力d面積AC15C20C15C20C15C20設(shè)計(jì)值(mm)N；(cm)(KN)4814.73801201101501440120086572020020265.15217.58851251201601560130093578020020316.45620.309013013017016801400101084

17、020020365.46023.629513514018018001500108090024025425.26426.7610014515019519201600115096024025481.76830.55105150160205204017001225102028030549.97234.60110155170215216018001300108028030622.87638.89115160180225228019001370114032030700.08043.44120165190235240020001440120035040781.9表7-6-3Q345鋼 錨 栓 選 用 表錨

18、栓錨栓連接尺寸錨 固長(zhǎng)度 及 細(xì) 部尺 寸每個(gè)直徑截面I型II型皿型螺栓的受單螺母雙螺母錨固長(zhǎng)度1 (mm)錨板尺寸拉承d(mm)有效面積Ao(cm)a(mm)b(mm)a(mm)b(mm)當(dāng)基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C(mm)t(mm)載力設(shè)計(jì)值N：(KN)C15C20C15C20C15C208549.48130180200250255021251530127535040890.69055.9114019021026027002250162013504004010069562.73150200220270285023751710142545045112910069.951602102302803

19、000250018001500500451259表7-7固定方式螺絲規(guī)格自鉆能力固定總厚度(mm(mr)12-14 X 5012-14 X 5512-14 X 686.56.56.512.525-3631-4039-5321-45第三節(jié)自攻螺絲自攻螺絲是一種帶有鉆頭的螺絲， 通過(guò)專(zhuān)用的電動(dòng)工具施工，鉆 孔、攻絲、固定、鎖緊一次完成。自攻螺絲主要用于一些較薄板件的 連接與固定，如彩鋼板與彩鋼板的連接，彩鋼板與檁條、墻梁的連接 等，其穿透能力一般不超過(guò) 6mm，最大不超過(guò)12mm自攻螺絲常常 暴露在室外，自身有很強(qiáng)的耐腐蝕能力；其橡膠密圭寸圈能保證螺絲處 不滲水且具有良好的耐腐蝕性。自攻螺絲通常用

20、螺釘直徑級(jí)數(shù)、每英寸長(zhǎng)度螺紋數(shù)量及螺桿長(zhǎng)度 三個(gè)參數(shù)來(lái)描述。螺釘直徑級(jí)數(shù)有10級(jí)和12級(jí)兩種，其對(duì)應(yīng)螺釘直 徑分別為4.87mm和 5.43mm每英寸長(zhǎng)度螺紋數(shù)量有 14、16、24三 種級(jí)別，每英寸長(zhǎng)度螺紋數(shù)量越多，其自鉆能力越強(qiáng)。自攻螺絲的連接形式一般有以下幾種(見(jiàn)表 7-7):自攻螺絲連接方式12-24 X 6512-14 X 206.5V 612-14 X 306.5V 1612-24 X 3212.5V 1212-14 X 206.5V 612-14 X 306.5V 1612-24 X 3212.5V 1210-16 X 164.5V 5第四節(jié)密封帶條和密封膏在輕型鋼結(jié)構(gòu)中，屋面材

21、料一般采用具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、防 水等性能的建筑材料，如：壓型鋼板、太空板、石棉水泥瓦和瓦楞鐵 等。盡管波形高的壓型鋼板具有良好的排水性能，但在板材接縫、天 溝、山墻、天窗側(cè)壁及一些出屋面的洞口等處仍是屋面漏水的主要部 位。防止屋面漏水的措施除了保證壓型鋼板之間有足夠的搭接長(zhǎng)度外，尚需采用彩鋼配件和防水密封膠等材料。 本節(jié)將介紹幾種常用的 防水密封膠帶、條和密封膏。一、建筑密封材料的分類(lèi) 建筑密封材料按形態(tài)的不同可分為非定型密封材料和定型密封 材料兩大類(lèi)。非定型密封材料常溫下呈膏體狀態(tài)， 又稱(chēng)密封膏， 是建筑結(jié)構(gòu)中 常用的密封材料。 按密封膏的形態(tài)可分為溶劑型、 乳液型和多組份反 應(yīng)型。按組

22、成材料又可分為改性瀝青密封膏和合成高分子密封膏。定型密封材料是指具有特定形狀的制品， 可按密封工程不同部位 的不同要求制成密封條、密封帶和密封墊片等。二、常用的密封膠1、有機(jī)硅建筑密封膏 有機(jī)硅建筑密封膏是以有機(jī)硅橡膠為基料配制成的一類(lèi)高彈性 高檔密封膏。有機(jī)硅密封膏分為雙組分和單組分兩種。單組分有機(jī)硅建筑密封膏是將有機(jī)硅氧烷和硫化劑、 填料及其它 添加劑混合均勻后制成單包裝產(chǎn)品裝于密閉的容器中備用。 施工時(shí)不 需混合， 可隨時(shí)與廣泛的氣溫范圍內(nèi)用一般的打膠槍施工， 將密封膏 體嵌填于作業(yè)縫中，簡(jiǎn)單易用。單組分密封膏應(yīng)用較多。雙組分有機(jī)硅建筑密封膏的主劑與單組分的相同， 但硫化劑及其 機(jī)理不同，二者是分開(kāi)包裝的。施工時(shí)，兩組