1、第七章 连接和密封材料 钢结构相对于钢筋混凝土结构的最大优势是施工工期较短， 这意 味着能节约大笔施工费用， 缩短工期， 提前投入生产， 早日收回投资。 钢结构施工之所以快是因为绝大部分结构构件都是在工厂预制， 再在 施工现场通过高强螺栓、镀锌螺栓或自攻螺丝等连接件拼装而成。随 着钢结构的发展，对工厂的预制水平和施工速度都提出了更高的要 求。相应地，连接件技术也不能滞后于钢结构的发展，这就对连接件 提出了新的要求。本章主要介绍螺栓、锚栓、自攻螺丝等连接件以及 钢结构中常用的密封材料。 第一节 螺栓 螺栓连接是轻钢结构现场连接的主要方式。 与现场焊接的连接方 式比较，螺栓连接具有施工速度快，不受
2、施工条件、施工天气的限制 等优点，且容易保证施工质量。但螺栓连接也会增加工厂制作和安装 的成本。 螺栓的表示方法是采用螺栓杆强度级别,其性能等级中的小数点 前的数字表示热处理后的抗拉强度,小数点及其以后数字表示其屈强 比。例如，材料性能等级为 8.8 级的螺栓，其抗拉强度不小于 2 N/mm800，屈强比为 0.8。 螺栓分为普通螺栓和高强螺栓两种。 一、普通螺栓 普通螺栓一般采用符合现行国家标准碳素结构钢的 Q235-A 级钢制作。常用的螺栓直径有 12mm、14mm、16mm、18mm、20mm。普 通螺栓分为 A 级螺栓和 B 级、C 级螺栓。按材料性能等级可分为 4.6 级、4.8 级
3、、5.6 级和 8.8 级。 C 级螺栓表面不经特别加工，螺栓孔的直径一般比螺栓杆直径 大 1.52.0mm。由于螺栓杆与孔之间存在较大的空隙，当传递剪力 时，连接变形较大，故工作性能较差，只宜用于不直接承受动力荷载 的次要连接，或安装时的临时固定和可拆卸结构的连接等。 A 级、B 级螺栓螺杆直径与螺栓孔直径相同，对成孔质量要求较 高，因此一般钢结构中很少采用，主要用于机械设备。 二、高强螺栓 高强螺栓一般采用 45 号钢、40Cr、40B 或 20MnTiB 等钢制作， 并须满足现行国家标准的相关规定。 当前使用的高强螺栓等级和材料 见下表（表 7-1） 。 表7-1 高强螺栓的等级和材料选
4、用高强螺栓的等级和材料选用 表表 螺栓 种类 螺栓等 级 螺栓材 料 螺 母 垫 圈 适用规格，mm 扭剪10.9s 20MnTiB 35 号钢 45 号钢 d=16,20,(22), 型 10H HRC3545 24 大六 角头 型 10.9s 35VB 45 号钢 35 号钢 15MnVTi 10H 45 号钢 35 号钢 HRC3545 d=12,16,20,(22), 24,(27),30 20MnTiB d24 40B d24 8.8s 45 号钢 35 号钢 8H 45 号钢 35 号钢 HRC3545 d22 35 号钢 d16 高强螺栓有扭剪型和大六角头型两种， 这两种螺栓的性
5、能都是可 靠的，在设计中可以通用，但其抗剪受力特性却有所不同。根据受力 特性，高强螺栓也可分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。 摩擦型高强螺栓通过连接板间的摩擦力来传递剪力，按板层间 出现滑动作为其承载能力的极限状态。 摩擦型高强螺栓适用于重要的 结构和承受动力荷载的结构，以及可能出现反向内力构件的连接，其 孔径比螺栓的公称直径大 1.52.0mm。 承压型高强螺栓不以连接板间出现滑动作为正常使用的极限状 态，而以连接的破坏（螺栓或板件的破坏）作为其承载能力的极限状 态。承压型高强螺栓的计算方法和构造要求与普通螺栓相同，可用于 允许产生少量滑移的承受静荷载结构或间接承受动力荷载的构件。 当 允
6、许在某一方向产生较大滑移时，可以采用长圆孔；当为圆孔时，其 孔径比螺栓的公称直径大 1.01.5mm。 以上两种高强螺栓，除了在设计计算的考虑和孔径方面有所不 同外，其它在材料、预拉力（见表 7-2） 、接触面的处理以及施工要 求等方面均无差异。高强螺栓按材料性能等级可分为 8.8 级和 10.9 级两种，其中 10.9 级具有更高的受力性能，在钢结构连接中最为常 用。高强度螺栓不宜重复使用，特别是 10.9 级的螺栓不得重复使用。 表 7-2 高强度螺栓的设计预拉力 P, kN 螺栓的 性能等 级 螺栓公称直径，mm M16 M20 M22 M24 M27 M30 8.8 10.9 70 1
7、00 110 155 135 190 155 225 205 290 250 355 高强螺栓所采用的钢材，在热处理后的机械性能见表 7-3。 表 7-3 高强螺栓的性能、等级与所采用的钢 号 螺 栓 种 类 性 能 等 级 所采用 的钢号 抗拉 强度 b N/mm 2 屈服 强度 0.2 N/mm 2 伸 长 率 5 (%) 断 面 收 缩 率 (%) 冲击韧性 值 k J/cm 2 (kgfm/ cm 2) 硬度 不小于 大 六 角 头 高 强 螺 栓 8.8 45 号钢 35 号钢 830 1030 660 12 45 78(8) HRC24 31 10. 9 20MnTiB B40 3
8、5VB 1040 1240 940 10 42 59(6) HRC33 39 三、螺栓构造 螺栓在构件上的布置和排列，应满足受力、构造和施工要求，其 中心距和端距应满足表 74 中要求。 高强螺栓的排列、布置、间距等要求，均与普通螺栓相同，但在 具体布置时， 应考虑使用拧紧工具进行施工的可能性且有以下特别规 定： （1） 当环境温度高于 150C 时，应采用隔热防护措施； （2） 当不同板厚连接需设置填板时，填板表面应作与母材相同 的表面处理；型钢构件的拼接采用高强螺栓连接时，其连 接件宜采用钢板； （3） 高强螺栓孔应采用钻孔，不得采用冲孔； （4） 在高强螺栓连接范围内，构件接触面的处理方
9、法及所要求 的抗滑移系数值，应在施工图中说明。 表 7-4 螺栓或铆钉的最大、最小容许 距离 名称 位置和方向 最大容许 距离（取 两者的较 小者） 最小容许 距离 中心间距 外排（垂直内力方向或顺内力方 向） 8d0或 12t 3d0 中间排 垂直内力方向 16d0或 24t 顺内力方 向 压力 12d0或 18t 拉力 16d0或 24t 沿对角线方向 中心至构 件边缘 距离 顺内力方向 4d0或 8t 2d0 垂直内力 方向 剪切边或手工气割边 1.5d0 轧制边自 动精密 气割或锯 割边 高强度螺 栓 其他螺栓 或铆钉 1.2d0 第二节 锚栓 锚栓用于上部钢结构与下部基础的连接， 承
10、受柱弯矩在柱脚底板 与基础间产生的拉力，剪力由柱底板与基础面之间的摩擦力抵抗，若 摩擦力不足以抵抗剪力，则需在柱底板上焊接抗剪键以增大抗剪能 力。 锚栓一头埋入混凝土中， 埋入的长度要以混凝土对其的握裹力不 小于其自身强度为原则，所以对于不同的混凝土标号和锚栓强度，所 需最小埋入长度也不一样。为了增加握裹力，对于39 以下锚栓， 需将其下端弯成 L 型，弯钩的长度为 4D；对于39 以上锚栓，因其 直径过大不便于折弯，则在其下端焊接锚固板。 锚栓的锚固及构造详见表 7-5 与表 7-6。 表 7-5-1 Q235 钢 锚 栓 选 用 表 锚栓 直径 d 锚栓 截面 有效 面积 连 接 尺 寸
11、锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 每个 螺栓 的受 拉承 载力 设计 型 型 型 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 C (mm) t (mm) (mm) A0 (cm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 值 t a N (KN) 20 22 24 27 30 2.448 3.034 3.525 4.594 5.606 45 45 50 50 55 75 75 80 80 85 60 65 70 75 80 90 95 100 105 110 50
12、0 550 600 675 750 400 440 480 540 600 34.3 42.5 49.4 64.3 78.5 33 36 39 42 45 6.936 8.167 9.758 11.21 13.06 55 60 65 70 75 90 95 100 105 110 85 90 95 100 105 120 125 130 135 140 825 900 1000 660 720 780 1050 1125 840 900 630 675 505 540 140 140 20 20 97.1 114.3 136.6 156.9 182.8 表 7-5-2 Q235 钢 锚 栓 选
13、 用 表 锚栓 直径 锚栓 截面 连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 每个 螺栓 的受 拉承 型 型 型 d (mm) 有效 面积 A0 (cm) 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 载力 设计 值 t a N (KN) a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 C (mm) t (mm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 48 52 56 14.73 17.58 20.30 80 85 90 120 125 130 110 120 130 150 160 170 1200
14、1300 1400 960 1040 1120 720 780 840 575 625 670 200 200 200 20 20 20 206.2 246.1 284.2 60 64 68 72 76 80 23.62 26.76 30.55 34.60 38.89 43.44 95 100 105 110 115 120 135 145 150 155 160 165 140 150 160 170 180 190 180 195 205 215 225 235 1500 1600 1700 1800 1900 2000 1200 1280 1360 1440 1520 1600 900
15、960 1020 1080 1140 1200 720 770 815 865 910 960 240 240 280 280 320 350 25 25 30 30 30 40 330.7 374.6 427.7 484.4 544.5 608.2 表 7-5-3 Q235 钢 锚 栓 选 用 表 锚栓锚栓连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 每个 直径 d 截面 有效 面积 型 型 型 螺栓 的受 拉承 载力 设计 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级
16、 为 C (mm) t (mm) (mm) A0 (cm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 值 t a N (KN) 85 90 95 100 49.48 55.91 62.73 69.95 130 140 150 160 180 190 200 210 200 210 220 230 250 260 270 280 2125 2250 2375 2500 1700 1800 1900 2000 1275 1350 1425 1500 1020 1080 1140 1200 350 400 450 500 40 40 45 45 692.7 782.7 878.2 979.3
17、表 7-6-1 Q345 钢 锚 栓 选 用 表 锚栓 直径 锚栓 截面 连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 每个 螺栓 的受 拉承 型 型 型 d (mm) 有效 面积 A0 (cm) 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 载力 设计 值 t a N (KN) a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 C (mm) t (mm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 20 22 24 2.448 3.034 3.525 45 45 50 75 75 80 60 65 70 90
18、95 100 600 660 720 500 550 600 44.1 54.6 63.5 27 30 33 36 39 42 45 4.594 5.606 6.936 8.167 9.758 11.21 13.06 50 55 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 75 80 85 90 95 100 105 105 110 120 125 130 135 140 810 900 990 1080 1170 675 750 625 900 1000 1260 1350 1050 1125 755 810 630 675 140 140 20 20 82
19、.7 100.9 124.8 147.0 175.6 201.8 235.1 表 7-6-2 Q345 钢 锚 栓 选 用 表 锚栓锚栓连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 每个 直径 d 截面 有效 面积 型 型 型 螺栓 的受 拉承 载力 设计 单 螺 母 双 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 C (mm) t (mm) (mm) A0 (cm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 值 t a N (KN) 48 52 56 60 64 14.73
20、 17.58 20.30 23.62 26.76 80 85 90 95 100 120 125 130 135 145 110 120 130 140 150 150 160 170 180 195 1440 1560 1680 1800 1920 1200 1300 1400 1500 1600 865 935 1010 1080 1150 720 780 840 900 960 200 200 200 240 240 20 20 20 25 25 265.1 316.4 365.4 425.2 481.7 68 72 76 80 30.55 34.60 38.89 43.44 105 1
21、10 115 120 150 155 160 165 160 170 180 190 205 215 225 235 2040 2160 2280 2400 1700 1800 1900 2000 1225 1300 1370 1440 1020 1080 1140 1200 280 280 320 350 30 30 30 40 549.9 622.8 700.0 781.9 表 7-6-3 Q345 钢 锚 栓 选 用 表 锚栓 直径 锚栓 截面 连 接 尺 寸 锚 固 长 度 及 细 部 尺 寸 每个 螺栓 的受 拉承 型 型 型 d (mm) 有效 面积 A0 (cm) 单 螺 母 双
22、 螺 母 锚 固 长 度 l (mm) 锚板尺寸 载力 设计 值 t a N (KN) a (mm) b (mm) a (mm) b (mm) 当 基 础 混 凝 土 的 强 度 等 级 为 C (mm) t (mm) C15 C20 C15 C20 C15 C20 85 90 49.48 55.91 130 140 180 190 200 210 250 260 2550 2700 2125 2250 1530 1620 1275 1350 350 400 40 40 890.6 1006 95 100 62.73 69.95 150 160 200 210 220 230 270 280
23、2850 3000 2375 2500 1710 1800 1425 1500 450 500 45 45 1129 1259 第三节 自攻螺丝 自攻螺丝是一种带有钻头的螺丝，通过专用的电动工具施工，钻 孔、攻丝、固定、锁紧一次完成。自攻螺丝主要用于一些较薄板件的 连接与固定，如彩钢板与彩钢板的连接，彩钢板与檩条、墙梁的连接 等，其穿透能力一般不超过 6mm，最大不超过 12mm。自攻螺丝常常 暴露在室外，自身有很强的耐腐蚀能力；其橡胶密封圈能保证螺丝处 不渗水且具有良好的耐腐蚀性。 自攻螺丝通常用螺钉直径级数、 每英寸长度螺纹数量及螺杆长度 三个参数来描述。螺钉直径级数有 10 级和 12
24、级两种，其对应螺钉直 径分别为 4.87mm 和 5.43mm；每英寸长度螺纹数量有 14、16、24 三 种级别，每英寸长度螺纹数量越多，其自钻能力越强。 自攻螺丝的连接形式一般有以下几种（见表 7-7） ： 表 7-7 自攻螺丝连接方式 固定方式 螺丝规格 自钻能力 （mm） 固定总厚度 （mm） 12-1450 12-1455 12-1468 12-2465 6.5 6.5 6.5 12.5 25-36 31-40 39-53 21-45 12-1420 12-1430 12-2432 6.5 6.5 12.5 6 16 12 12-1420 12-1430 12-2432 6.5 6.
25、5 12.5 6 16 12 10-1616 4.5 5 第四节 密封带条和密封膏 在轻型钢结构中，屋面材料一般采用具有轻质、高强、耐久、防 水等性能的建筑材料，如：压型钢板、太空板、石棉水泥瓦和瓦楞铁 等。尽管波形高的压型钢板具有良好的排水性能，但在板材接缝、天 沟、山墙、天窗侧壁及一些出屋面的洞口等处仍是屋面漏水的主要部 位。防止屋面漏水的措施除了保证压型钢板之间有足够的搭接长度 外，尚需采用彩钢配件和防水密封胶等材料。本节将介绍几种常用的 防水密封胶带、条和密封膏。 一、建筑密封材料的分类 建筑密封材料按形态的不同可分为非定型密封材料和定型密封 材料两大类。 非定型密封材料常温下呈膏体状
26、态，又称密封膏，是建筑结构中 常用的密封材料。按密封膏的形态可分为溶剂型、乳液型和多组份反 应型。按组成材料又可分为改性沥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状的制品， 可按密封工程不同部位 的不同要求制成密封条、密封带和密封垫片等。 二、常用的密封胶 1、 有机硅建筑密封膏 有机硅建筑密封膏是以有机硅橡胶为基料配制成的一类高弹性 高档密封膏。有机硅密封膏分为双组分和单组分两种。 单组分有机硅建筑密封膏是将有机硅氧烷和硫化剂、 填料及其它 添加剂混合均匀后制成单包装产品装于密闭的容器中备用。 施工时不 需混合，可随时与广泛的气温范围内用一般的打胶枪施工，将密封膏 体嵌填于作
27、业缝中，简单易用。单组分密封膏应用较多。 双组分有机硅建筑密封膏的主剂与单组分的相同， 但硫化剂及其 机理不同，二者是分开包装的。施工时，两组分按一定比例搅拌均匀 后嵌填于作业缝中。与单组分密封膏相比，施工时其固化时间较长。 2、 聚硫密封材料 聚硫密封材料是以液态聚硫橡胶为主剂，以金属过氧化物为固化 剂，加入增韧剂、增塑剂、填充剂及作色剂等材料配制而成的，也分 为单组分和双组分。 3、 聚氨酯弹性密封膏 聚氨酯弹性密封膏是由多异氰酸酯与聚醚通过加成反应制成预聚 体后，加入固化剂、助剂等，在常温下交联固化而成的一类高弹性建 筑密封膏。 聚氨酯弹性密封膏对金属、混凝土、玻璃、木材等材料具有良好
28、的粘结性能。 4、 氯化丁基定型密封胶 以上前三种密封胶均为非定型密封胶。氯化丁基定型密封胶是经 改性的丁基橡胶的沿体。主要用于钢板间的侧向搭接、斜面、檐口等 处的粘结和密封。 在工程中除了用各种防水密封胶带、密封膏处理一些节点外，有 时在一些出屋面的风机和烟囱等地方也使用防水盖片等。 图7-17-2 为屋面与墙体连接处的节点防水构造。 图 7-1 屋面天沟与砖墙连接节点 图 7-2 屋面与山墙连接节点 三、密封胶的选用 按以下原则选用密封胶： 1. 与压型钢板或其被粘结的建筑材料表面具有良好的粘结力。 2. 可中性固化并对镀锌钢材或混凝土等建筑材料无腐蚀性。 3. 具有优良的耐候性， 具有高度的耐紫外线、 臭氧、 大气污染物、 潮湿、风雪及恶劣气候的性能。 4. 优良的耐久性，固化后在一定温度范围内不剥落、龟裂、干裂 或变脆。在某些情况下，须选择具有良好的抗腐蚀性的密封胶，以避 免严重的电解腐蚀问题的发生。 5. 良好的弹塑性，能长期经受被粘构件的伸缩和振动，在接缝发 生变化时不断裂、剥落。 6. 具有良好的抗下垂性，可于垂直或架空的接口施工。
