螺栓的构造及计算
普通螺栓的构造和计算
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
36普通螺栓和铆钉连接的构造和计算
§3.6 普通螺栓和铆钉连接的构造和计算抗剪连接——板件之间有相对错动的趋势；抗拉连接——板件之间有相互脱开的趋势。
一．普通螺栓（铆钉）的计算1．抗剪螺栓（铆钉）的计算（1）单个螺栓（铆钉）的受剪工作性能1）弹性段（0～1）：板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；2）相对滑移段（1～2）：摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓（钉）杆与孔壁相接触，滑移量取决于栓（钉）杆与孔的间距；3）弹塑性工作阶段（2～3）：螺栓杆既受剪又受弯直到破坏为止。
（2）对一组螺栓连接，有五种可能的破坏形式1）栓杆被剪断；2）被连接板被挤压破坏；3）被连接板被拉（压）破坏；4）被连接板被剪破坏——拉豁；5）栓杆受弯破坏。
tc)（3）针对如上情况，应避免所有破坏的可能性1）栓（钉）杆长度（t ∑）≤05d ——防止受弯破坏； 2）1a ≥02d ，栓距≥03d ——避免拉豁； 3）通过计算保证螺栓（铆钉）抗剪； 4）通过计算保证螺栓（铆钉）抗挤压；5）通过计算保证被连接构件具有足够的拉压强度。
（4）螺栓群受剪计算1）轴心受力基本假定：螺栓群均匀受力。
一个螺栓的抗剪承载能力：bv 2v b v4πn f d N =v n ——剪切面数；d ——螺栓直径；b v f ——螺栓抗剪设计强度。
一个螺栓抗挤压承载能力：b c m in b c f t d N ⋅∑⋅=d ——螺栓直径；m in t ∑——被连接板中受力一侧的总厚度的较小值；b c f ——螺栓承压设计强度。
当受力一边螺栓分布长度0115d l >时，会出现较严重的传力不均匀现象，故采用强度折减系数对螺栓的承载能力进行折减：11501.1d l -=β当0160d l >时，取0.7=β这样，设计计算时，对受力最大的螺栓进行验算：max N ≤{}bcb v ,min N N ⋅β2）螺栓群受扭 基本假定：① 被连接板是刚性的； ② 螺栓是弹性的；③ 在扭矩作用下，绕螺栓群中心旋转，每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比，方向垂直于矢径。
高强度螺栓的构造与计算
且需满足：
不焊透的对接焊缝截面型式
钢管节点连接焊缝
第六节
高强度螺栓的构造与计算
一、高强度螺栓的构造 1、材料 高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的35号钢、45号钢，合金 钢中的20锰钛硼钢等。制成的螺栓有8.8级和10.9级。8.8级 为 ， ；10.9级为 ， 2、受力性能 高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构 件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传 递外力的目的。
为防止承压型高强螺栓受剪变形过大，所受剪力不得大于按摩 擦型高强度螺栓计算的抗剪承载力 的1.3倍。 所以一个承受剪力的承压型高强度螺栓需满足：
（2）承压型高强度螺栓的抗拉承载力设计值 承压型高强螺栓的抗拉承载力设计值与摩擦型高强螺 栓相同，即：
（3）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强螺栓的强度计算
动力荷载结构中的连接。
二栓：
（1）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值
图4-26 摩擦型高强度螺栓的抗剪计算
—— 一个螺栓的抗剪承载力设计值； —— 传力摩擦面数； —— 摩擦面抗滑移系数； —— 每个高强度螺栓的预拉力。 一个承受剪力 的螺栓需满足：
（2）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值
算时需考虑孔前传递部分荷载。第一排螺栓孔处传递的荷载： 如图 4-21示。
式中:
——计算截面上的螺栓数； ——连接一侧的螺栓总数。 净截面强度验算
2）拉力螺栓群在拉力、弯矩作用下受拉力最大的螺栓强度计算 拉力螺栓群受拉力弯矩作用，如图3-27： 受拉力最大的螺栓计算无需判断 绕哪根轴旋转。因为对于高强度 螺栓总是绕螺栓群形心轴旋转。 螺栓中受到的最大拉力 计算如下：
高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。
普通螺栓连接的构造和计算
二、螺栓的排列
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
螺栓的排列应满足： 受力要求 构造要求 施工要求
1）受力要求 任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防 止钢板截面过度削弱而承载力不足； 对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板 件发生鼓曲。
2）构造要求
螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合 不密，潮气侵入腐蚀钢材。 3）施工要求
拼接板强度验算:
N
0.5 N An f
c1 b1 c 3 c2
2 2’ b 2 2’
t1 t
N
对于2 2截面：An b1 m d 0 t 1 ;
2 2 对于2’2’ 截面：An 2c 4 m 1 c1 c 2 m d 0 t 1 ;
i 1 n 2 yi
b Nt
（四）普通螺栓拉、剪联合作用
1、两种破坏形式 螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁承压破坏；
NV
e V V
M=Ve
2、拉剪相关曲线 “四分之一圆”
NV
b
1
b a
1 N t N tb
0
为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：
NV
Nv Nt 1 Nb Nb v t
☻M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：
1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处， 各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。
‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1 2 3 4
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y N3 y2 1 y N4 3 中和轴
螺栓连接的构造和计算
三、螺栓连接的构造和计算(一)螺栓的种类在钢结构中应用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两大类。
普通螺栓又分A级、B级(精制螺栓)和C级(粗制螺栓)两种。
高强度螺栓按连接方式分为摩擦型连接和承压型连接两种。
此外，还有用于钢屋架和钢筋混凝土柱或钢筋混凝土基础处的锚固螺栓(简称锚栓)。
A、B级螺栓采用5.6级和8.8级钢材，C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。
高强度螺栓采用8.8级和10.9级钢材。
10.9级中10表示钢材抗拉极限强度为f u=1000N／mm2，0.9表示钢材屈服强度f y=0.9f u，其他型号以此类推。
锚栓采用Q235或Q345钢材。
A级、B级螺栓(精制螺栓)由毛坯经轧制而成，螺栓杆表面光滑，尺寸较准确，螺孔需用钻模钻成，或在单个零件上先冲成较小的孔，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径(称I类孔)。
螺杆的直径与孔径间的空隙甚小，只容许0.3mm左右，安装时需轻轻击人孔，既可受剪又可受拉。
但A级、B级螺栓(精制螺栓)制造和安装都较费工，价格昂贵，在钢结构中只用于重要的安装节点处，或承受动力荷载的既受剪又受拉的螺栓连接中。
C级螺栓(粗制螺栓)用圆钢辊压而成，表面较粗糙，尺寸不很精确，其螺孔制作是一次冲成或不用钻模钻成(称Ⅱ类孔)，孔径比螺杆直径大1--2mm，故在剪力作用下剪切变形很大，并有可能个别螺栓先与孔壁接触，承受超额内力而先遭破坏。
由于c级螺栓(粗制螺栓)制造简单，价格便宜，安装方便，常用于各种钢结构工程中，特别适宜于承受沿螺杆轴线方向受拉的连接、可拆卸的连接和临时固定构件用安装连接中。
如在连接中有较大的剪力作用时，考虑到这种螺栓的缺点而改用支托等构造措施以承受剪力，让它只受拉力以发扬它的优点。
C级螺栓亦可用于承受静力荷载或间接动力荷载的次要连接中作为受剪连接。
对直接承受动力荷载的螺栓连接应使用双螺帽或其他能防止螺栓松动的有效措施。
(二)普通螺栓的计算和构造1．普通螺栓连接的工作性能和破坏情况普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。
焊接连接螺栓连接的计算和构造要求
一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数 量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。
三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合 三级质量标准；
3.焊缝质量等级及选用 《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对
焊缝质量等级的选用有如下规定：
(1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向 的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。
大纲要求
1.了解钢结构连接的种类及各自的特点； 2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算
方法及构造要求； 3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构
工作的影响； 4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算
和构造要求。
§3.1 钢结构的连接方法
一、焊缝连接 优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大； 缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
hf
力如下图所示： d
σ┻
τ∥
τ┻
e
h---焊缝厚度、h1—熔深 h2—凸度、d—焊趾、e—焊根
2、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难， 为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破坏， 且各应力分量满足以下折算应力公式:
┻
┻
∥
σ┻
式中： --焊缝金属的抗拉强度
τ∥
τ┻
3、由于我国规范给定的角焊 缝强度设计值，是根据抗剪条 件确定的故上式又可表达为：
缺点：设备投资大，施工位置受限等。
送
机
丝
器
器
3.气体保护焊 优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质量 好。 缺点：施工条件受限制等。
二、焊接连接形式和焊缝形式 1.焊接连接形式
T形连接
对接
搭接 角 部 连 接
高强度螺栓的基本介绍与计算
螺栓群受剪
2）螺栓群在轴心力和剪力作用下的抗剪计算：
如下图，并列及错列配置的高强度螺栓，可假定在各内力方 向均匀分担剪力： 并列配置时: 错列配置时: 若m为偶数，则有：
若m为奇数，则有：
上式中，m为螺栓的列数，n为一列的螺栓数，NN为由轴心N产生的各螺栓 分配的剪力，NV为剪力V产生的各螺栓分配的剪力。
高强螺栓连接处施工扳手的可操作空间。
最小尺寸（mm）
扳手类型 手动定矩扳手 扭剪型电动扳手 大六角电动扳手
a 45 65
60
b 140+c 530+c
500+c
（扳手的类型参考《钢结构制作安装手册》第四篇第四章 p485）
高强螺栓的孔距及边距应符合下表要求。
注：1.d0为高强度螺栓连接板的孔径，对槽孔为短向尺寸； t为外层较薄板件的厚度； 2.钢板边缘与同时发生构件（如角钢、槽钢）相连的高强度螺栓的 最大间距，可按中间排的数值采用。
公称直径 直径 标准 允许 圓孔 偏差 圓度 直径 孔 大圓孔 型 允许偏差 圓度 短向 长度 长向 槽孔 允许 偏差 短向 长向 M12 M16 13.5 17.5 +0.43 +0.43 0 0 1.0 16 20 +0.43 +0.43 0 0 1.0 13.5 17.5 22 30 +0.43 +0.43 0 0 +0.84 +0.84 0 0 M20 M22 M24 22 24 26 +0.52 +0.52 +0.52 0 0 0 1.5 24 28 30 +0.52 +0.52 +0.52 0 0 0 1.5 22 24 26 37 40 45 +0.52 +0.52 +0.52 0 0 0 +1.00 +1.00 +1.00 0 0 0 M27 M30 30 33 +0.84 +0.84 0 0 35 38 +0.84 +0.84 0 0 30 33 50 55 +0.84 +0.84 0 0 +1.00 +1.00 0 0
普通螺栓的构造和计算概要
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
高强度螺栓连接的构造和计算
高强度螺栓连接的构造和计算一、高强度螺栓连接的工作性能1、高强度螺栓的抗剪性能由图3.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。
通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。
如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。
2、高强度螺栓的抗拉性能高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图3.6.1a）。
当对螺栓施加外拉力Nt，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ÄP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ÄC（图3.6.1b）。
计算表明，当加于螺杆上的外拉力Nt为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。
同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。
但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。
也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。
但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。
实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓的抗拉连接中。
研究表明，当外拉力Nt≤0.5P时，不出现撬力，如图3.6.2所示，撬力Q大约在Nt达到0.5P 时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降。
由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由Nu下降到N'u。
因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤0.5P；或者增大T 形连接件翼缘板的刚度。
分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。
实际上很难满足这一条件，可采用图3.5.7所示的加劲肋代替。
在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过0.5P。
普通螺栓连接的构造与计算-2022年学习资料
N-1平-A-B-支托-NM-NN NM-图4-25拉力螺栓群计算-W-Nnin-y-∑W-a当Nin-≥ ，则表示该排螺栓受拉，螺栓群绕形心轴旋转，-受拉力最大的螺栓要求满足：-N:三N-为
b当Wn<0时，螺栓群绕该排受压螺栓旋转，受拉力最大的-螺栓要求满足：-aM+Ney:三g-∑片-式中：螺栓到受压排螺栓处的距离；-一N到受压排螺栓处的距离。-4剪、拉螺栓群计算（剪力由螺栓抗剪承受，无抗剪块=-2-s1及N,≤Wg-式中：n—螺栓数；-V—剪力；-Nar计算同上述Yx。
7为折减系数，与构件节，点一端沿受力方向连接长度1有关，当-1,1d,≤l5时，7=10；当15<1d,≤ 时7=1.1-，；-1,1d。>60时，7=0.7。-250a-b净截面强度验算：-V-≤f-式中：f一连 板材料设计强度，-A-A。—节点板净截面积。-C当螺栓并列布置时，-N-纹处有效直径；-抗拉承载力：的以盟-抗拉强度设计值。-3同时承受剪力和杆轴方向 力的螺栓-式中：N,、N-每个普通螺栓-si-所承受的剪力、拉力；-y,≤w-WWW—每个普通螺栓-抗剪、 拉和承压-2.螺栓群的计算-承载力设计值。-1剪力螺栓群受力通过形心时的计算-a所需螺栓数目-3=-2W8 []—一个螺栓抗剪承载力设计值。
4、螺栓的工作性能-按受力性能分为：剪力螺栓和拉力螺栓。剪力螺栓靠孔壁承-压、螺杆抗剪传力，拉力螺栓靠螺栓 拉，有时普通螺栓同-时受剪、受拉。-5、剪力螺栓受力情况-NNNM:N2N帖N4-NN N2 N NaNa Na-图4-21剪力螺栓受力情况
剪力螺栓受力后，当外力不大时，由构件间的摩擦力来传递外-力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺 开-始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。-当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，-中间小； 外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷-载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。-6、螺栓破坏形式-1剪力 栓-2拉力螺栓-a螺栓剪断-一般表现为拉断。-b钢板孔壁挤压破坏-c钢板由于螺孔削弱而净截面拉断-d钢板因 孔端距或螺孔中距太小而剪坏-螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏-f螺栓双剪破坏
穿墙螺栓计算方法
穿墙螺栓计算方法穿墙螺栓是一种用于连接和固定两边不同材料的螺栓，常用于建筑结构中。
这种螺栓需要承受着巨大的横向力和剪切力，因此在设计和计算穿墙螺栓时需要充分考虑力学原理和材料的特性。
下面将为您详细介绍穿墙螺栓的计算方法。
1.确定荷载：计算穿墙螺栓前，首先需要确定受力情况，包括垂直载荷和剪切载荷。
垂直载荷由受力件的自重和附加荷载组成，剪切载荷则由受力件的振动或地震引起。
根据实际情况和设计要求，确定穿墙螺栓的荷载。
2.选择材料：穿墙螺栓常用的材料有碳钢、合金钢等。
根据设计要求选择合适的材料，并注意材料的屈服强度、抗拉强度和变形能力等指标，确保螺栓的安全性和稳定性。
3.计算荷载传递面积：在穿墙连接时，螺栓与基材之间形成了一个接触面。
根据受力分析，在螺栓接触面上的受力满足平衡条件，即荷载的和等于零。
通过计算荷载传递面积，可以确定穿墙螺栓在接触面上的受力分布情况。
4.计算垂直载荷：根据穿墙螺栓的受力平衡条件，可以计算得到垂直方向上的载荷。
通过荷载传递面积与垂直方向上的荷载计算得到垂直应力。
然后根据螺栓材料的屈服强度，判断螺栓是否超过了极限荷载。
5.计算剪切载荷：对于穿墙螺栓的剪切载荷计算，可以通过简化模型进行近似计算。
即将穿墙螺栓视为一个切割块，计算块的切割面积以及切割面上的剪切应力。
然后根据螺栓材料的抗拉强度，判断螺栓是否超过了极限荷载。
6.增设垫圈：在穿墙螺栓中，如果存在剪切或挤压力，建议使用垫圈来增强螺栓的连接性能。
垫圈可以分散压力并减少应力集中，提高螺栓的受力性能。
根据实际需要选择合适的垫圈材料和尺寸。
7.校核和优化设计：在进行穿墙螺栓计算后，需要进行设计校核和优化。
校核包括通过应力分布和材料强度检验穿墙螺栓的安全性。
如果螺栓的荷载受力超过了允许值，需要进行优化设计，例如增加螺栓的数量、采用更高强度的材料或调整连接方式。
总结：穿墙螺栓是一种常用于建筑结构中的连接件，其设计和计算需要充分考虑荷载传递、材料强度和应力分布等因素。
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1.普通螺栓的形式和规格 (1) 螺栓的基本知识 螺栓代号：用字母M与公称直径的毫米数表示，如M16、M18等，常用 的螺栓是M16，M20和M24。 螺栓长度的选用，在考虑连接件叠合厚度的同时，还应考虑两头 垫圈、螺母的厚度并外露2～3扣丝扣。
孔径
（2）螺栓性能等级
“级”、“级”、“级”等，是由螺栓材料而区分的。
并列
边距 中距 中距 边距
边距
边距
中距
错列
中距、端距、边距要求
（1）受力要求：排列间距不宜过大或过小，端距过小，钢板端部易被剪断；中距
过大，构件受压时，钢材容易受压鼓起。
（2）构造要求：螺栓间距过大，构件表面接触不够紧密贴合，潮湿易生锈。
（3）施工要求：螺栓间距要考虑使用扳手时必要的空间
a
a
b e2 e1
小数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度fu，4即为400N/mm2； 小数点及后面的数字（、等）则表示材料的屈强比，普通螺 栓用Q235A·F钢制成，属压时，钢材容易受压鼓起。 （3） 螺栓与螺孔图例 螺栓代号：用字母M与公称直径的毫米数表示，如M16、M18等，常用的螺栓是M16，M20和M24。 中螺距栓过 代大号，：构用件字受母压M与时公，称钢直材径容的易毫受米压数鼓表起示。，如M16、M18等，常用的螺栓是M16，M20和M24。 （螺1栓）长受度力的要选求用：，排在列考间虑距连不接宜件过叠大合或厚过度小的，同端时距，过还小应，考钢虑板两端头部垫易圈被、剪螺断母；的厚度并外露2～3扣丝扣。 “螺级栓” 代、号“：级用”字、母“M与级公”称等直，径是的由毫螺米栓数材表料示而，区如分M的1。6、M18等，常用的螺栓是M16，M20和M24。 中一距、过 普大通，螺构栓件连受接压的时构，造钢材容易受压鼓起。 螺(1)栓螺长栓度的的基选本用知，识在考虑连接件叠合厚度的同时，还应考虑两头垫圈、螺母的厚度并外露2～3扣丝扣。 螺（栓2）长螺度栓的性选能用等，级在考虑连接件叠合厚度的同时，还应考虑两头垫圈、螺母的厚度并外露2～3扣丝扣。 螺（栓2）长构度造的要选求用：，螺在栓考间虑距连过接大件，叠构合件厚表度面的接同触时不，够还紧应密考贴虑合两，头潮垫湿圈易、生螺锈母。的厚度并外露2～3扣丝扣。 螺栓长度的选用，在考虑连接件叠合厚度的同时，还应考虑两头垫圈、螺母的厚度并外露2～3扣丝扣。 （中2距）过螺大栓，性构能件等受级压时，钢材容易受压鼓起。 （中3距）过螺大栓，与构螺件孔受图压例时，钢材容易受压鼓起。 （1）受力要求：排列间距不宜过大或过小，端距过小，钢板端部易被剪断； “级”、“级”、“级”等，是由螺栓材料而区分的。 （1）受力要求：排列间距不宜过大或过小，端距过小，钢板端部易被剪断；
普通螺栓计算连接的构造和计算
普通螺栓计算连接的构造和计算1. 引言普通螺栓连接是一种常用的连接方式，在工程设计中起到了重要的作用。
本文将介绍普通螺栓连接的构造和计算方法，帮助读者了解和掌握该连接方式的设计与计算。
2. 普通螺栓连接的构造普通螺栓连接主要由螺栓、螺母和垫圈组成。
螺栓是连接件的主要承载元件，通常为六角头，螺纹部分用来与螺母进行配合。
螺母用于固定螺栓，提供连接件的预紧力。
垫圈则常常被用来均匀分散载荷和防止连接件被损坏。
普通螺栓连接的构造简单，易于安装和拆卸，适用于一些需要经常拆卸的场合。
在一些受力较大的连接中，如机械设备的重要连接、钢结构连接等，普通螺栓连接也是常用的一种方式。
3. 普通螺栓连接的计算普通螺栓连接的计算主要包括两个方面：预紧力计算和连接件受力计算。
3.1 预紧力计算预紧力是指通过旋紧螺母，使螺栓对连接部件产生一种预应力，以增加连接的紧固力。
预紧力的计算需要考虑以下因素：•连接部件的材料和强度等级•螺栓和螺母的强度等级•摩擦系数•连接部件的冲击负荷和振动载荷通过计算和实际经验，确定适宜的预紧力，以确保连接的可靠性和安全性。
3.2 连接件受力计算连接件的受力计算主要考虑以下几个因素：•轴向力：螺栓所承受的轴向载荷是连接件受力的最主要因素，需要根据实际工况计算。
•剪切力：螺栓受到的剪切力与实际载荷和螺纹摩擦力有关，在计算过程中需要考虑这些因素。
•弯曲力：连接件在受到偏心、弯曲和倾斜等力矩作用时，产生的弯曲力也需要被考虑在内。
通过综合考虑以上因素，可以对连接件进行受力分析和计算，以确定合适的螺栓尺寸和材料，保证连接的可靠性和安全性。
4. 总结本文介绍了普通螺栓连接的构造和计算方法。
普通螺栓连接由螺栓、螺母和垫圈组成，适用于许多工程设计中的连接需求。
在设计过程中，需要对预紧力和连接件受力进行计算，以确保连接的可靠性和安全性。
实际操作中，还需要考虑到材料的选用、摩擦系数以及工况等因素。
通过合理的设计和计算，可以达到合适的连接效果。
普通螺栓连接的构造和计算
1、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：
对于摩擦型连接：
n N N
N
N
b v
注意：n为一侧的螺栓数量。
高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚
应进行板件的净截面验算.
主板的危险截面为1-1截面。 根据试验结果，孔前传力系数 可取0.5，即第一排高强度螺
1
N
b1
t1t
N
b
栓所分担的内力，已有50%在
60d0时，折减系数β=0.7。
2.在扭矩作用下的抗剪计算
计算假定：①被连接构件是绝对刚性的， 螺栓则是弹性的；②各螺栓都绕螺栓群 的形心O旋转，其受力大小与到螺栓群 形心的距离成正比，方向与螺栓到形心 的连线相垂直 。
根据假定知每个螺栓受力是不同的，将螺 栓排列好后找出受力最大的螺栓，验算 螺栓的强度。公式7-36、7-37。
• 受剪极限状态：螺栓杆被剪断或孔壁承压破坏。 • 破坏形式：五种见图7-66。其中对螺栓杆被剪
断、孔壁挤压以及板被拉断，要进行计算。钢 板剪断和螺栓杆弯曲通过构造要求来保证。
• 计算公式：
抗剪承载力设计值：
N
b v
nv
d
4
2
f
b v
承压承载力设计值 ：
N
b c
d
tf
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
b c
抗拉螺栓
• 受力过程：外力趋向于将被连接构件拉开， 而使螺栓受拉，最后螺栓杆会被拉断。
7.6 普通螺栓连接的构造和计算
一、螺栓排列和构造要求
1. 直径：M12~M24（2的倍数）；M24~M48 （3的倍数） ；M48~M80 （4的倍数） ； M80~100 （5的倍数）
Q235钢的螺栓杆的横截面积计算公式
Q235钢的螺栓杆的横截面积计算公式首先，了解螺栓杆的构造。
螺栓杆通常由一个圆柱形的杆体和一对螺纹组成。
螺纹分为内螺纹和外螺纹，在螺栓的两端形成一对相对的旋转方向。
螺纹的特点是螺旋结构，它们的主要作用是提供螺栓的牢固连接。
螺栓杆的横截面积计算公式可以通过计算圆柱的面积和螺纹的净面积来得出。
对于螺栓杆来说，它的直径可以用于计算圆的半径。
因此，圆柱的横截面积公式可以表示为A=π*(d/2)^2，其中d表示螺栓的直径。
螺纹的净面积表示螺纹之间的实际材料。
它可以通过计算总横截面积减去螺纹的一部分来得到。
螺纹的净面积计算公式为An=At-Ac，其中An表示螺纹的净面积，At 表示总横截面积，Ac表示螺纹的横截面积。
3.总横截面积的计算公式总横截面积可以通过计算圆柱的横截面积来得到。
因此，总横截面积的公式可以表示为At=Ac+Ad，其中At表示总横截面积，Ac表示螺纹的横截面积，Ad表示圆柱的横截面积。
将公式2代入公式3中得到At=Ac+An+Ad。
将公式1代入公式3中得到At=π*(d/2)^2+An+π*(d/2)^2简化公式得到At=π*(d/2)^2*(1+1)+An。
最终的横截面积公式为At=π*d^2/4+An。
现在我们已经推导出了螺栓杆的横截面积计算公式。
通过使用这个公式，可以准确计算螺栓杆的横截面积，以便设计和工程师在设计和选择螺栓杆时进行参考。
举例来说，假设我们有一个Q235钢的螺栓杆，其直径为10毫米。
我们可以将这个值代入公式At=π*d^2/4+An中，得到螺栓杆的横截面积。
首先，计算圆柱的横截面积，Ad=π*(10/2)^2=78.54平方毫米。
然后，根据螺纹的类型和尺寸，计算螺纹的净面积An。
这需要参考螺纹的标准和规格表来确定。
最后，代入计算公式At=Ad+An，得到螺栓杆的横截面积。
这就是关于Q235钢的螺栓杆横截面积计算公式的详细解释。
通过理解和应用这个公式，可以帮助工程师和设计师更好地选择和设计螺栓杆，确保其牢固连接和可靠性。
钢结构第3章(螺栓连接计算)
2
2
当螺栓群分布在一个狭长带内，如y1>3x1时，可近似取xi=0，这时
N N
T 2
1x
V 1y
2
Ty1 y2 i
V 2 b N min n
2
例3.11 设计两块钢板用普通螺栓连接的盖板拼接，构件受轴拉力设计值 为 N=325kN，钢材Q235A，粗制螺栓直径d=20mm，板宽360mm，盖板 厚6mm，杆件板厚8mm。
n
1.1n
（2）搭接接头或用拼接板单面连接的，由于容易弯曲，螺栓联接 数（不包括摩擦型连接的高强度螺栓），应按计算增加10%。 1.1n
1.1n 1.1n （3）在构件端部连接中，当利用短角钢与型钢（角钢、槽钢等）的外 伸肢相连以缩短连接长度时，在短角钢两肢中的任一肢上所用的螺栓数 目应当增加计算数的50%。
连接处接触面连接处接触面处理方法处理方法q235q235钢钢q345q345和和q390q390钢钢q420q420喷喷喷砂后涂无机富锌漆喷砂后涂无机富锌漆喷砂后生赤绣喷砂后生赤绣用钢丝刷清除浮锈或未用钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面经处理的干净轧制表面045045035035045045030030050050040040050050035035050050040040050050040040摩擦面抗滑移系数值表311当表面有水或漆或其它污物表面的摩擦系数将大幅下降
a) B A b) B A c)
A
d) e)
35º 35º
A
A
综上所述：在普通螺栓的抗剪连接中需要计算的内容主要有三项： （1）保证螺栓杆不被剪断； （2）保证螺栓孔壁不会因承压而破坏； （3）构件有足够的净截面强度，不被拉断。（实质上属于构件破坏 ） 当有螺栓孔削弱，除上述构件被拉断外，还有一种使构件破坏的可能 性，如图所示：这类破坏方式被成为块状拉剪破坏（block shear failure ）。这类破坏在过去并不注意，现在在设计规范中已经明确要求计算。 （《钢结构设计规范》7.5.1）
螺栓设计计算公式
普通螺栓抗剪连接
N/2
N
N/2
破坏形式
（1）螺栓杆被剪坏 N 栓杆较细而板件较厚时 （2）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时 （3）板件被拉断 N 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。
N
N
（4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小于2dO N N
这 两 种 破 坏 构 造 解 决
当l1 60d 0时： 0.7
N n b N min
2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算 e F F
1
N1F
y
1 N 1Tx
F T
r1
N1T
x
N1Ty
T
N1 F F n
★F作用下每个螺栓受力：
N1Tx T y1
x y
i 1 2 i i 1
n
n
2 i
N1Ty
T x1
承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。
摩擦型高强度螺栓抗剪连接单栓承载力
N 0.9n f P
b v
(3 63)
式中：0.9—抗力分项系数γR的倒 数(γR=1.111); nf—传力摩擦面数目; μ--摩擦面抗滑移系数; P—预拉力设计值.
承压型高强度螺栓抗剪连接单栓抗剪承载力
nv—剪切面数目； d—螺栓杆直径； fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值； ∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。
普通螺栓群抗剪连接计算
1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算
N
l1
N/2 N/2
当l1 15d 0时： 1
l1 当 15d 0 l1 60d 0时： 1.1 150d 0
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N Q Nt 2 2
在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法， 来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可 以减小甚至消除撬力的影响。
3、普通螺栓群的轴拉设计
N n b Nt
N
4、普通螺栓群在弯矩作用下
1 2 3 4
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y1 N3 y y3 2 N4 中和轴
M N1 y1 N 2 y2 N n yn
N1 N1 N1 N2 y2；N 3 y3； Nn yn y1 y1 y1
N1 N1 n 2 2 2 2 M y1 y2 yn yi y1 y1 i 1
N1
M y1
12
A、螺栓采用并列排列时
N 主板： f An ,1 An ,1 b n1 d 0 t ;
0.5 N 拼接板： f An, 2
t1 t b
N
b1
N
12
f 钢材强度设计值; d 0 螺栓孔直径
n1 1 1截面上的螺栓数；b 主板宽度；t 主板厚度。
N N
N/2
N/2
N
单剪：nv 1
N/3
双剪：nv 2
N/2 N/2
N/3 N/3
四剪：nv 4
4、普通螺栓群抗剪连接计算
1）普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算
N
N/2
N/2 l1
平均值 螺栓的内力分布
当l1≤15d0(d0为孔径)时， 假定N由各螺栓均匀承担。
N n b N min
板件的净截面验算：
为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。
螺栓的最大、最小容许距离
名称 位置和方向 外 排 (垂 直 内 力 或 顺 内 力 方 向 ) 中 中心间距 间 排 垂直内力方向 顺内力方向 构件受压力 构件受拉力 沿对角线方向 顺内力方向 中心至构件 边缘距离 垂直 内力 方向 剪切或手工气割边 轧 制 边 、自 动 气 割或锯割边 高强度螺栓 其它螺栓 4d0 或 8 t 最大容许距离 （取两者的较小值） 8 d 0 或 12 t 16 d 0 或 24 t 12 d 0 或 18 t 16 d 0 或 24 t —— 2d0 1.5 d 0 1.5 d 0 1.2 d 0 3d0 最小容许距离
An , 2 b1 n2 d 0 t1 ; f 钢材强度设计值; d 0 螺栓孔直径；
b1 拼接板宽度；n2 2 2截面上的螺栓数；t1 拼接板厚度。
B、螺栓采用错列排列时:
N
1 1’
c1
b
t1 t
N
c4
主板：
对于1 1截面：An b m d 0 t ; 1 1’
4.6 普通螺栓连接的构造和计算
一、普通螺栓的种类
A、B级--精制螺栓
Ⅰ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大0.3～0.5mm。 C级--粗制螺栓
Ⅱ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大1.5～3mm。 M16、M20、M24
性能等级为4.6或4.8级； 4表示fu≥400N/mm2,
0.6或0.8表示fy /fu=0.6或0.8；
N 1T
T r1
2 ri i 1 n
T r1
i 1
n
2 xi
n
i 1
2 yi
y1 T y1 N 1Tx n n n n 2 2 r1 2 2 x y x y i i i i
i 1 i 1 i 1 i 1
T r1
2
2
NV
b NV
1
b
a
0 1 N t N tb
为防止孔壁的承压破坏，应满足：
Nv
b Nc
V
3、当有承托承担全部剪 力时，螺栓群按受拉连接计算。
M
刨平顶紧 承托(板) 连接角焊缝
4.7 高强度螺栓连接计算
由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经热处理 45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级
( t 螺距)
dn de dm d
(2）螺栓的抗拉强度ftb 当连接板件发生变形时， 螺栓有被撬开的趋势 （杠杆作用），使螺 杆中的拉力增加（撬 力Q）并产生弯曲现象。
连接件刚度越小撬力越大 影响撬力的因素较多，其 大小难以确定，规范采取 简化计算的方法，取 ftb=0.8f（f—螺栓钢材 的抗拉强度设计值）。
y
1 N 1Tx
r1
N1T
x
N 1T N 2T N 3T N nT r1 r2 r3 rn
N 2T
N1Ty
T
N 1T N 1T N 1T r2；N 3T r3； N nT rn r1 r1 r1
N 1T N 1T n 2 2 2 2 T r1 r2 rn ri r1 r1 i 1
2.破坏形式
N/2
N
N/2
N
N
1）螺栓杆被剪坏
N
2）孔壁的挤压破坏
N
以上三种破坏形式通过 强度计算避免。
3）板件被拉断
N
N 这 两 种 破 坏 构 造 解 决
4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩不应小于2dO
N/2
N
N/2
5）栓杆弯曲破坏 栓杆长度不应大于5d
3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值
抗剪承载力：
2 d e
N tb Ae f tb
4
f tb
式中：Ae--螺栓的有效截面面积； de--螺栓的有效直径； ftb--螺栓的抗拉强度设计值。
公式的两点说明： （1）螺栓的有效截面面积
因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是 有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：
13 de d 3t 24
受压区
☻M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：
1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处， 各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。
‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1 2 3 4
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y1 N3 y y3 2 N4 中和轴
受压区
N1 N2 N3 Nn y1 y2 y3 yn
m 危险截面上的螺栓数； b1 拼接板宽度； t 1 拼接板厚度。
2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算
e
F T F
F
1
N1F
y
1 N1Tx r1 N1T
x
N1Ty
T
★F作用下
N 1F
F n
★T作用下：2个假定
T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大
T N1T r1 N 2T r2 N nT rn
t1 t
对于2 2截面：An b1 m d 0 t 1 ;
0.5 N f An
c1
b1
N
c 3 c2
2 2 对于2’ 2’ 截面：An 2c 4 m 1 c1 c 2 m d 0 t1 ; 式中：f 钢材强度设计值； d 0 螺栓孔直径；
简单、易实施，但得到的预拉力误差较大 C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）
初拧—拧至终拧力矩的60%-80%； 终拧—初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。
施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等
2、高强度螺栓预拉力P的确定 P根据螺杆的有效抗拉强度确定，并考虑以下修正
考虑材料的不均匀性的折减系数0.9； 为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9 考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉 强度的降低除以系数1.2。 附加安全系数0.9。
当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时, 可令:xi=0，则N1Ty=0
N 1Tx
T r1 y1 T y1 n n 2 r1 2 yi yi
i 1 i 1
2 N 1Tx
N 1F
2
b N min
（三）普通螺栓抗拉连接 1、破坏形式 栓杆被拉断 2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值
b Nv
nv
d
4
2
b fv
nv—剪切面数目；d—螺栓杆直径； fvb—螺栓抗剪强度设计值；
b 承压承载力： N c
b d t fc
d
∑t— 连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。 fcb—螺栓孔壁承压强度设计值；
b 单栓抗剪承载力： N min
min
b b Nv ，Nc
剪切面数目nv
y
1 x1 N 1Ty n n n n 2 2 r1 2 2 x y x y i i i i
i 1 i 1 i 1 i 1
T r1
N1Ty
T
螺栓1的强度验算公式为:
2 N1 Tx
N1Ty N1F
2
b N min
b Nv
N
3 4 2 4
高强度 螺栓
0.9n f P
1 O
1
3
普通螺栓
式中：0.9—抗力分项系数γR的倒 数(γR=1.111); nf—传力摩擦面数目; μ--摩擦面抗滑移系数; P—预拉力设计值.
2
δ N/2 N/2 a
b
N
摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内 力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力 （P）和板件间的抗滑移系数μ ； 板件间的抗滑移系数μ与接触面的处理方法和构 件钢号有关； 不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑 移系数μ,如下表