建筑工程中常用螺栓分类及其硬度检测

丁百湛,李治君,雍洪宝（1.淮安市建筑科学研究院有限公司, 江苏 淮安 223002；2.淮安市建筑工程质量检测中心有限公司,江苏 淮安 223002）

建筑工程在施工中，会使用多种螺栓。特别是在钢结构工程中，会较多的用到高强度螺栓和普通螺栓连接；而在工地使用的塔式起重机或施工脚手架中可能还会用到螺栓连接。工地送检人员有时分不清其类别和性能要求，我们通过实地调查、查阅书籍和研读标准，力图对工地中常用的螺栓进行一个分类；分清螺栓硬度检测部位和检测方法也需关注。

1 钢筋混凝土结构工程常用的螺栓

在钢筋混凝土结构工地，使用高强螺栓的地方主要集中在塔式起重机以及施工脚手架连接中。

1.1 塔式起重机使用的螺栓

在 GB/T 13752-2017《塔式起重机设计规范》5.2.2.2条规定，塔式起重机用螺栓分为普通螺纹连接用螺栓[1]和高强度螺栓。普通螺栓应符合 GB/T 3098.1 -2010《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱标准》的要求；高强度螺栓应符合GB/T 1231-2006《钢结构用高强螺栓》或 GB/T 3632-2008《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副标准》的要求，对于未包含在 GB/T 1231-2006 和 GB/T 3632-2008内的，应符合GB/T 3098.1-2010 的要求。在 GB/T 5031-2019《塔式起重机》的 5.3.22 条螺栓连接中要求：主要受力结构件用的螺栓连接应采用高强度螺栓，高强度螺栓连接应符合GB/T 3098.1-2010 和 GB/T 3098.2-2000《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》的规定，并应有性能等级符合标识及合格证书[2]。

通过以上关于塔式起重机的两个标准可以知道，塔式起重机螺栓连接既用到普通螺栓又用到高强度螺栓。而高强度螺栓可以是符合 GB/T 1231-2006 的大六角头高强度螺栓、符合 GB/T 3632-2008 的扭剪型高强度螺栓，也可以是符合GB/T 3098.1-2010 的高强度螺栓。其性能等级应根据设计要求确定。

1.2 悬挑脚手架用螺栓

在一些建筑工地，施工脚手架有时需要悬挑，悬挑的工字钢需要通过高强度螺栓与现浇混凝土梁连接固定，其使用的螺栓也是要符合 GB/T 3098.1-2010 的高强度螺栓。其性能等级应根据设计要求确定。

1.3 地脚螺栓

根据新标准 GB/T 799-2020《地脚螺栓》，其性能等级由旧标准的 3.6 级改为 4.6 级。其指标应符合 GB/T 3098.1-2010 的相应要求，属于 C 级普通螺栓。

2 钢结构工程中使用的高强度螺栓

钢结构工程中使用的螺栓主要有高强度螺栓和普通螺栓。高强度螺栓分为高强度大六角头螺栓和扭剪型高强度螺栓。

2.1 高强度大六角头螺栓分类

在 GB/T 1231-2006 中，高强度螺栓性能等级分为10.9S 和 8.8S 两级[3]，其芯部硬度为 312HV30～367HV30或33 H R C ～39 H R C 和249 H V 30 ～296 H V 30 或24HRC～31HRC。螺母分为 10H、8H 两级，垫圈性能等级分为 35HRC～45HRC，垫圈硬度为 329HV30～436HV30（35HRC～45HRC）。

2.2 扭剪型高强度螺栓分类

在 G B/T 3632-2008 中，扭剪型高强度螺栓性能等级只有 10.9 S 一级，其芯部硬度为维氏硬度312HV30～367HV30 或洛氏硬度 33HRC～39HRC。与G B/T 1231-2006 中高强度大六角头螺栓的 10.9 S级要求一致。其螺母性能等级为10 H，垫圈硬度为329 H V 30 ～436 H V 30（35 H R C ～45 H R C），也与GB/T 1231-2006中的相应要求一致。

2.3既有高强度螺栓又包含普通螺栓的标准

在 GB/T 3098.1-2010 中，螺栓的性能等级分为 4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.8、12.9、12.9。与钢结构用高强度螺栓代号的区别为数字后没有“S”。从划分中可以看出，GB/T 3098.1-2010 不仅有≥8.8 级的高强度螺栓，也有低于 8.8级的普通螺栓。在 GB/T 3098.1-2010 中的表 3 中，8.8级、10.9级螺栓，可以测定维氏硬度 HV、F≥98N，布氏硬度 HBW、F=30D2，洛氏硬度 HRC 和表面硬度 HV0.3。可见 GB/T 3098.1-2010 中螺栓硬度与 GB/T 1231-2006 和 GB/T 3632-2008 中硬度要求所有不同，而使用性能等级相同。

3 钢结构连接用普通螺栓

正在征求意见的 GB 50755-202 X 征求意见稿的表 5.4.1中列出了普通螺栓涉及的标准有 GB/T 5780-2016 《六角头螺栓 C 级》、GB/T 5781-2016《六角头螺栓 全螺纹 C级》、GB/T 5782-2016《六角头螺栓》、GB/T 5783-2016《六角头螺栓 全螺纹》以及 GB/T 3098.1-2010。GB/T 5780-2016、GB/T 5781-2016 中适用的六角头螺栓性能等级均为 4.6 级和 4.8 级。产品等级均为 C 级（要求最低），区别是一个适用于全螺纹，另一个是有无螺纹的光杆部分的。GB/T 5782-2016、GB/T 5783-2016 其产品等级均为 A级或 B 级，性能等级为 5.6、8.8、9.8、10.9 级（钢材）、A2-70、A4-70、A2-50、A4-50级（不锈钢）、CU2、CU3和 AL4 级（有色金属），也分别为全螺纹和非全螺纹螺杆的六角头螺栓。这四个标准的通用技术条件均为 GB/T 16938-2008《紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母 通用技术条件》。进一步学习 GB/T 16938-2008，在表 1 中列出了碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等分别适用的技术条件，基本涵盖在 GB/T 3098.1-2010～GB/T 3098.16-2014《紧固件机械性能 不锈钢紧定螺钉》中。例如有色金属适用于 GB/T 3098.10-1993《紧固件机械性能 有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母》，不锈钢适用于 GB/T 3098.6-2014《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T 3098.15-2014《紧固件机械性能 不锈钢螺母》、GB/T 3098.16-2014的要求，而碳钢、合金钢适用于 GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.2-2000、GB/T3098.3-2016《紧固件机械性能 紧定螺钉》、GB/T3098.7-2000《紧固件机械性能 自挤螺钉》、GB/T3098.9-2020《紧固件机械性能 有效力矩型钢锁紧螺母》、GB/T3098.13-1996《紧固件机械性能 螺栓与螺钉的扭矩试验和破坏扭矩公称直接 1～10 mm》等标准。

4 螺栓硬度检测要求

根据 GB/T 3098.1-2010 中 9.9.1 条，对不能实施拉力试验的紧固件，测定紧固件的硬度，对能实施拉力试验的紧固件，测定紧固件的最高硬度。测定位置有两种，一是在螺纹横截面测定硬度，即在 1/2 半径与轴心线间的区域内测定硬度，位置在距螺纹末端 1 d 处取一横截面。另一种是在表面测定硬度，去除表面镀层或涂层，并对试件适当处理后，在头部平面、末端或无螺纹杆部测定硬度，常规检查可使用本方法。其他标准的硬度测试位置列于表 1。

表1 常用标准硬度测试部位规定

因而，依据 GB/T 3098.1-2010 进行的高强度螺栓硬度试验分为芯部硬度和表面硬度两种，芯部硬度可以采用维氏硬度或洛氏硬度。而表面硬度采用维氏硬度 HV0.3，而不是芯部硬度的 HV30。10.9 级为 32 HRC～39HRC，GB/T 16939-2016 中 9.8S、10.9S 则为 32HRC～37HRC。

5 螺栓硬度检测需要注意的问题

5.1 不能仅以螺栓长度来判断高强度螺栓种类

大六角螺栓的螺栓长度在 GB/T 1228-2006《钢结构用高强度大六角头螺栓》中有相应的规定，但也有加长杆的螺栓，其长度取决于所连接构件的尺寸。根据 GB 50755-2012《钢结构工程施工规范》中 7.4.2 条，高强度螺栓长度应根据计算出的螺栓长度l按修约间隔 5 mm 进行修约后选用[6]。螺栓计算长度 l=l′＋△l，式中 l′ 为连接板层总厚度，△l 为附加长度，根据该标准的表 7.4.2 选用，如 M 20 的高强度大六角头螺栓，其 △l=35.5mm，扭剪型高强度螺栓为 31.5 mm，附加长度略有不同（因为扭剪型的用一个垫圈，大六角头的需要两个垫圈。）螺栓的种类应根据施工图来判定。

5.2 高强度螺栓是采用摩擦型连接还是承压型连接应根据图纸确定

通常人们认为大六角头螺栓多用于摩擦型连接，扭剪型螺栓用于承压型连接。这种认识是有偏差的。其实两者都可能用于摩擦型或承压型连接。这主要取决于设计图纸，在施工图的设计说明中，会有连接材料选用表，在表中注明连接材料的名称和执行的产品标准，还可能提到“图中螺栓未特别注明者，均为摩擦型高强度螺栓。”例如某工程中高强度螺栓选用 10.9S 扭剪型高强度螺栓，这时就要做连接副的紧固轴力试验和连接件的抗滑移系数试验。

5.3 高强度螺栓硬度测量部位

高强度螺栓通常要测芯部硬度，测表面硬度执行的是GB/T 3098.1-2010，用的是维氏硬度计，测之前需要去除表面镀层或涂层，标尺采用 HV 0.3。

6 结 语

建筑工地使用的螺栓有高强度螺栓和普通螺栓，通常使用 GB/T 3098.1-2010～GB/T3098.16-2014 系列标准，其中钢结构用高强度螺栓则可能使用大六角头螺栓和扭剪型螺栓，其性能等级会有“S”字样，表面是钢结构用。涉及的标准有 GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008和 GB/T 16939-2016。而 GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008、GB/T 16939-2016涉及的高强度螺栓均应测量芯部硬度，表面硬度适用于 GB/T 3098.1-2010，测试时采用维氏硬度 HV 0.3。