高强度螺栓在钢结构屋顶的应用技术

雷新海 张学伟 郝瑞丽 刘国显

(1.郑州水务建筑工程股份有限公司，河南 郑州 450004; 2.郑州市水利建筑工程处，河南 郑州 450004)



高强度螺栓在钢结构屋顶的应用技术

雷新海1张学伟1郝瑞丽2刘国显2

(1.郑州水务建筑工程股份有限公司，河南 郑州 450004; 2.郑州市水利建筑工程处，河南 郑州 450004)

以河南省南水北调受水区配套工程为例，介绍了高强度螺栓的构造，从螺栓头、螺杆件两方面，阐述了其制作工艺，并探讨了具体的连接措施，归纳了其安装优点，指出高强度螺栓因其具有的优点在现代钢结构建筑的主结构系统中被广泛应用。

高强度螺栓，螺母，球形网壳，盲孔

0 引言

河南省南水北调受水区配套工程22号口门密垌泵站为沉井式泵站，沉井直径30 m，屋顶设计为钢结构屋顶，本工程为球壳网架，跨度大、高度高、水平推力大、高空作业量大，高空拼装施工是工程进展的关键技术，能够保质、安全完成该项工序施工是工程顺利进行的一大难点(安装后效果图见图1)。高强度螺栓连接是本工程的一大亮点。而在球壳网架施工过程中，需要用到大量的螺栓连接，球壳网架的连接件往往四通八达，有多个方向的连接形式，这时传统的螺栓和螺母由于和连接件之间的接触部位为平面结构，容易产生受力不均匀的现象，导致螺栓和螺母损坏，缩短螺栓和螺母的使用寿命[1]。

1 高强度螺栓的构造

高强度螺栓，配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件。由螺栓头和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件(见图2～图5)。螺母上设置有螺栓孔，螺栓头的上半部为六角柱体、下半部为半球体，螺母为球形螺母，螺母上设置有两个与螺栓孔平行的盲孔。螺栓头的上半部六角柱体的高度为下半部半球体半径的2/3。螺栓孔的轴线过螺母的球心。盲孔关于螺栓孔的轴线对称设置。盲孔的直径为螺栓孔直径的1/4，盲孔的深度为盲孔直径的2倍。高强度螺栓和螺母形状是相契合的球面状，增加了螺栓、螺母和构件之间的接触面积，使螺栓、螺母和构件之间的受力更加均匀，避免了应力集中现象，延长螺栓、螺母的使用寿命，增强结构的稳定性[2]。另外，在螺母的下部设置两个盲孔，在拧紧螺栓时，用特制的工具插入到盲孔中，防止螺母转动[3,4]。

2 高强度螺栓的制作工艺

2.1 螺栓头的制作工艺

螺栓头采用钢材的硬度要达到设计规范的要求，并在有资质的实验室抽检合格后方能使用。首先用检测合格后的钢材制成球坯。然后毛坯经使其硬度达到设计规范要求,切毛坯要无过烧,表面求无裂纹和麻点等缺陷，椭圆度达到设计规范的要求。

加工后的螺栓头要用专业的检测工具如角度板、角度棒等检测，检测合格后方能投入使用。

2.2 螺杆件的制作工艺

河南省南水北调受水区郑州供水配套工程22号线泵站沉井屋顶施工中所用的Q235-A焊接钢管采用正规厂家生产的定型产品。并具有材料质量证明书、出厂合格证。材料进厂后我项目部按规范要求进行抽检，抽检结果符合GB 8162—88标准。本工程六角套筒和锥头均为Q235-A普通圆钢，用150 kg空气锤经模锻成坯。六角套筒的精加工在CS6240车床上进行加工。两端面的平行度偏差不大于0.05 mm。锥头的精加工在CS6240车床上进行加工，用三爪卡盘夹住加工端面和内孔。两端面的平行度偏差不大于0.3 mm。紧定螺钉采用优质高强钢，螺纹公差和尺寸偏差达到施工规范的要求。杆件下料在管子割断坡口机进行，对每件杆件的定位要精确无误，并连续试生产3根～5根无误后才能正式下料生产。杆件的开坡口和下料一次成型。杆件对接坡口布置，如图6所示[5,6]。

3 高强度螺栓连接的技术措施

螺栓杆体的外部设置有外螺纹，螺母的螺栓孔内设置有和外螺纹相契合的内螺纹。使用时，将螺栓杆体穿过待连接构件，待连接构件和螺栓、螺母接触部位设置为和螺栓、螺母形状相一致的球面结构；然后，将螺母没有盲孔的一端对准螺栓杆体的下端，拧到螺栓杆体上；最后，用相应的工具插入到螺母的盲孔中卡住螺母，防止螺母转动，之后用扳手对准螺栓头部的六角柱体进一步拧紧螺栓。

施工过程中应根据各种构件承受的荷载总和确定每个节点穿入的冲钉数量和安装螺栓的数量。且安装螺栓不小于2个冲钉穿入数量宜少于安装螺栓数量的30%;不小于安装孔总数的1/3；高强度螺栓要能顺利穿入螺栓头，否则要对螺栓孔进行修整，对螺栓孔修整的工具有锉刀或铰刀等。

高强度螺栓在各种构件后要进行精度测量，安装精度达到规范要求后才能进行下道施工工艺拧紧。施拧采用专用的电动扳手，施拧一般有初拧和终拧两道工序，但是如果是大型节点时，应在中间增加一道工序：复拧。初拧和复拧后应对螺栓进行颜色的标记；终拧应以拧掉螺栓尾部梅花头为准[7,8]。

4 高强度螺栓安装的优点

高强度螺栓连接是带有内外螺丝与螺栓球配接用与紧固连接两个带有通孔的零件。结构强度能达到10.9s级，这种连接方式称螺栓连接。如把螺栓成螺栓球上旋下，又能够使这两个整机离开，故螺栓连接是归于可以组装连接。结构简单、连接可靠、施工快捷、装拆方便。

高强度螺栓连接是一种新型的钢结构连接形式，具有承受荷载能力较强，施工工序非常简单，而且可以中间拆换，在动力荷载作用下不致松动等优点，在现代钢结构建筑的主结构系统中被广泛应用。

注：本文所研究的内容为河南省南水北调受水区郑州供水配套工程22号线泵站施工，该技术已经成功申报实用新型专利：一种新型螺栓和螺母[P].中国.ZL201620886432.1。

[1] xiangger01203.高强度螺栓与普通螺栓的区别[OL].工程科技,2013.

[2] 刘国显，裴大明，孙利峰，等.一种新型螺栓和螺母[P].中国.ZL201620886432.1,2017.

[3] 肖亚明．建筑钢结构设计[M].合肥：合肥工业大学出版社，2006.

[4] 中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[5] 湖北省建筑工程总公司.钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规范[Z].1999.

[6] 钢结构施工组织方案[Z].2015.

[7] 北京中能联创风电技术有限公司.螺栓现场施工管理[Z].2011.

[8] 建筑工程施工质量验收统一标准[M].北京：中国建筑工业出版社，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，工程师

TU391

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