高強度螺栓在鋼結構屋頂的應用技術

雷新海 張學偉 郝瑞麗 劉國顯

(1.鄭州水務建筑工程股份有限公司，河南 鄭州 450004; 2.鄭州市水利建筑工程處，河南 鄭州 450004)

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高強度螺栓在鋼結構屋頂的應用技術

雷新海1張學偉1郝瑞麗2劉國顯2

(1.鄭州水務建筑工程股份有限公司，河南 鄭州 450004; 2.鄭州市水利建筑工程處，河南 鄭州 450004)

以河南省南水北調受水區配套工程為例，介紹了高強度螺栓的構造，從螺栓頭、螺桿件兩方面，闡述了其制作工藝，并探討了具體的連接措施，歸納了其安裝優點，指出高強度螺栓因其具有的優點在現代鋼結構建筑的主結構系統中被廣泛應用。

高強度螺栓，螺母，球形網殼，盲孔

0 引言

河南省南水北調受水區配套工程22號口門密垌泵站為沉井式泵站，沉井直徑30 m，屋頂設計為鋼結構屋頂，本工程為球殼網架，跨度大、高度高、水平推力大、高空作業量大，高空拼裝施工是工程進展的關鍵技術，能夠保質、安全完成該項工序施工是工程順利進行的一大難點(安裝后效果圖見圖1)。高強度螺栓連接是本工程的一大亮點。而在球殼網架施工過程中，需要用到大量的螺栓連接，球殼網架的連接件往往四通八達，有多個方向的連接形式，這時傳統的螺栓和螺母由于和連接件之間的接觸部位為平面結構，容易產生受力不均勻的現象，導致螺栓和螺母損壞，縮短螺栓和螺母的使用壽命[1]。

1 高強度螺栓的構造

高強度螺栓，配用螺母的圓柱形帶螺紋的緊固件。由螺栓頭和螺桿(帶有外螺紋的圓柱體)兩部分組成的一類緊固件，需與螺母配合，用于緊固連接兩個帶有通孔的零件(見圖2～圖5)。螺母上設置有螺栓孔，螺栓頭的上半部為六角柱體、下半部為半球體，螺母為球形螺母，螺母上設置有兩個與螺栓孔平行的盲孔。螺栓頭的上半部六角柱體的高度為下半部半球體半徑的2/3。螺栓孔的軸線過螺母的球心。盲孔關于螺栓孔的軸線對稱設置。盲孔的直徑為螺栓孔直徑的1/4，盲孔的深度為盲孔直徑的2倍。高強度螺栓和螺母形狀是相契合的球面狀，增加了螺栓、螺母和構件之間的接觸面積，使螺栓、螺母和構件之間的受力更加均勻，避免了應力集中現象，延長螺栓、螺母的使用壽命，增強結構的穩定性[2]。另外，在螺母的下部設置兩個盲孔，在擰緊螺栓時，用特制的工具插入到盲孔中，防止螺母轉動[3,4]。

2 高強度螺栓的制作工藝

2.1 螺栓頭的制作工藝

螺栓頭采用鋼材的硬度要達到設計規范的要求，并在有資質的實驗室抽檢合格后方能使用。首先用檢測合格后的鋼材制成球坯。然后毛坯經使其硬度達到設計規范要求,切毛坯要無過燒,表面求無裂紋和麻點等缺陷，橢圓度達到設計規范的要求。

加工后的螺栓頭要用專業的檢測工具如角度板、角度棒等檢測，檢測合格后方能投入使用。

2.2 螺桿件的制作工藝

河南省南水北調受水區鄭州供水配套工程22號線泵站沉井屋頂施工中所用的Q235-A焊接鋼管采用正規廠家生產的定型產品。并具有材料質量證明書、出廠合格證。材料進廠后我項目部按規范要求進行抽檢，抽檢結果符合GB 8162—88標準。本工程六角套筒和錐頭均為Q235-A普通圓鋼，用150 kg空氣錘經模鍛成坯。六角套筒的精加工在CS6240車床上進行加工。兩端面的平行度偏差不大于0.05 mm。錐頭的精加工在CS6240車床上進行加工，用三爪卡盤夾住加工端面和內孔。兩端面的平行度偏差不大于0.3 mm。緊定螺釘采用優質高強鋼，螺紋公差和尺寸偏差達到施工規范的要求。桿件下料在管子割斷坡口機進行，對每件桿件的定位要精確無誤，并連續試生產3根～5根無誤后才能正式下料生產。桿件的開坡口和下料一次成型。桿件對接坡口布置，如圖6所示[5,6]。

3 高強度螺栓連接的技術措施

螺栓桿體的外部設置有外螺紋，螺母的螺栓孔內設置有和外螺紋相契合的內螺紋。使用時，將螺栓桿體穿過待連接構件，待連接構件和螺栓、螺母接觸部位設置為和螺栓、螺母形狀相一致的球面結構；然后，將螺母沒有盲孔的一端對準螺栓桿體的下端，擰到螺栓桿體上；最后，用相應的工具插入到螺母的盲孔中卡住螺母，防止螺母轉動，之后用扳手對準螺栓頭部的六角柱體進一步擰緊螺栓。

施工過程中應根據各種構件承受的荷載總和確定每個節點穿入的沖釘數量和安裝螺栓的數量。且安裝螺栓不小于2個沖釘穿入數量宜少于安裝螺栓數量的30%;不小于安裝孔總數的1/3；高強度螺栓要能順利穿入螺栓頭，否則要對螺栓孔進行修整，對螺栓孔修整的工具有銼刀或鉸刀等。

高強度螺栓在各種構件后要進行精度測量，安裝精度達到規范要求后才能進行下道施工工藝擰緊。施擰采用專用的電動扳手，施擰一般有初擰和終擰兩道工序，但是如果是大型節點時，應在中間增加一道工序：復擰。初擰和復擰后應對螺栓進行顏色的標記；終擰應以擰掉螺栓尾部梅花頭為準[7,8]。

4 高強度螺栓安裝的優點

高強度螺栓連接是帶有內外螺絲與螺栓球配接用與緊固連接兩個帶有通孔的零件。結構強度能達到10.9s級，這種連接方式稱螺栓連接。如把螺栓成螺栓球上旋下，又能夠使這兩個整機離開，故螺栓連接是歸于可以組裝連接。結構簡單、連接可靠、施工快捷、裝拆方便。

高強度螺栓連接是一種新型的鋼結構連接形式，具有承受荷載能力較強，施工工序非常簡單，而且可以中間拆換，在動力荷載作用下不致松動等優點，在現代鋼結構建筑的主結構系統中被廣泛應用。

注：本文所研究的內容為河南省南水北調受水區鄭州供水配套工程22號線泵站施工，該技術已經成功申報實用新型專利：一種新型螺栓和螺母[P].中國.ZL201620886432.1。

[1] xiangger01203.高強度螺栓與普通螺栓的區別[OL].工程科技,2013.

[2] 劉國顯，裴大明，孫利峰，等.一種新型螺栓和螺母[P].中國.ZL201620886432.1,2017.

[3] 肖亞明．建筑鋼結構設計[M].合肥：合肥工業大學出版社，2006.

[4] 中華人民共和國建設部.鋼結構工程施工質量驗收規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[5] 湖北省建筑工程總公司.鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規范[Z].1999.

[6] 鋼結構施工組織方案[Z].2015.

[7] 北京中能聯創風電技術有限公司.螺栓現場施工管理[Z].2011.

[8] 建筑工程施工質量驗收統一標準[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

The application of high strength bolt in steel structure roof technology

Lei Xinhai1Zhang Xuewei1Hao Ruili2Liu Guoxian2

(1.Zhengzhou Water Construction Engineering Co., Ltd, Zhengzhou 450004, China；2.Zhengzhou Water Conservancy Construction Engineering Department， Zhengzhou 450004, China)

Taking the auxiliary project of the water reception area in South-to-North Water Transfer in Henan Province as the example, the paper introduces the structure of the high strength bolt, illustrates its manufacturing craft from the bolt head and bolt member, explores its connection measures, sums up its installation advantages, and points out the high strength bolt can be widely used in the main structure of the modern steel structure with its own advantages.

high strength bolt, nut, spherical reticulate shell, blind hole

1009-6825(2017)16-0107-02

2017-03-17

雷新海(1965- )，男，工程師

TU391

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