在鋼結(jié)構(gòu)工程中，專用螺絲作為核心連接件，承擔(dān)著傳遞荷載、保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵作用。從高層建筑到跨海大橋，從工業(yè)廠房到風(fēng)電設(shè)備，不同類型的高強(qiáng)度螺絲通過精密設(shè)計(jì)滿足著復(fù)雜工況的需求。本文將系統(tǒng)梳理鋼結(jié)構(gòu)專用螺絲的分類體系、技術(shù)特性及典型應(yīng)用場(chǎng)景。

一、鋼結(jié)構(gòu)專用螺絲的分類體系

1. 按結(jié)構(gòu)形式分類

大六角高強(qiáng)螺栓

作為最傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)連接件，其組件包含螺栓、螺母及兩個(gè)高強(qiáng)度墊圈，材質(zhì)多采用20MnTiB、40Cr合金鋼，強(qiáng)度等級(jí)覆蓋8.8級(jí)至12.9級(jí)。施工時(shí)需采用扭矩扳手分初擰、復(fù)擰、終擰三步完成，終擰扭矩值計(jì)算公式為：

Tc=K×Pc×d

（Tc：終擰扭矩值；K：扭矩系數(shù)；Pc：施工預(yù)拉力；d：螺紋直徑）。

扭剪型高強(qiáng)螺栓

作為大六角螺栓的改進(jìn)型，其尾部設(shè)有梅花頭剪切結(jié)構(gòu)，施工時(shí)僅需在螺母?jìng)?cè)加裝墊圈，終擰通過專用扳手?jǐn)Q斷梅花頭完成。該設(shè)計(jì)使施工效率提升40%，廣泛應(yīng)用于港珠澳大橋等大型工程。盤頭組合螺釘集成盤頭螺釘、彈簧墊圈和平墊圈，執(zhí)行GB/T9074.8-1988標(biāo)準(zhǔn)，分為十字槽小盤頭和大盤頭兩種規(guī)格。其末端十二角體需配合雙套筒電動(dòng)扳手同步施力，通過扭剪頸部實(shí)現(xiàn)一次性緊固，常用于鐵路橋梁、鍋爐鋼結(jié)構(gòu)等防松脫場(chǎng)景。2. 按受力機(jī)理分類

摩擦型高強(qiáng)螺栓

依靠連接板層間的摩擦力傳遞荷載，孔徑比螺栓公稱直徑大1.5～2.0mm。表面噴砂處理形成的赤銹面可使摩擦系數(shù)提升至0.45，減少螺栓用量20%。在深圳平安金融中心等超高層建筑中，10.9級(jí)摩擦型螺栓確保了節(jié)點(diǎn)在地震作用下的可靠性。

承壓型高強(qiáng)螺栓

允許連接面發(fā)生微量滑移，孔徑比公稱直徑大1.0～1.5mm，最終破壞模式為螺栓剪斷或鋼板壓潰。該類型螺栓在多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱腳連接中應(yīng)用廣泛，可降低用鋼量15%。

二、核心性能指標(biāo)與技術(shù)特性

1. 材料與表面處理

材質(zhì)升級(jí)：主流產(chǎn)品采用20MnTiB、40Cr、35VB等合金鋼，通過淬火+回火熱處理實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度≥1040MPa。12.9級(jí)螺栓需經(jīng)-70℃低溫沖擊試驗(yàn)，確保在寒區(qū)工程中的韌性。

表面防護(hù)：

發(fā)黑處理：成本低廉，適用于室內(nèi)干燥環(huán)境

熱鍍鋅：鋅層厚度≥65μm，耐鹽霧試驗(yàn)≥1000小時(shí)

達(dá)克羅涂層：無氫脆風(fēng)險(xiǎn)，適用于航空航天領(lǐng)域

2. 規(guī)格與精度控制

尺寸范圍：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格覆蓋M12～M30，螺紋公差嚴(yán)格執(zhí)行6G級(jí)，確保墊圈自由旋轉(zhuǎn)不脫落。

扭矩控制：大六角螺栓初擰扭矩為終擰值的50%，復(fù)擰扭矩等于終擰值。某風(fēng)電項(xiàng)目因扭矩偏差導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，造成葉片連接失效，直接損失超千萬元。

3. 特殊環(huán)境適配

耐腐蝕設(shè)計(jì)：在沿?；^(qū)，采用316L不銹鋼螺栓配合哈氏合金C-276墊圈，年腐蝕速率＜0.002mm。

抗疲勞結(jié)構(gòu)：海上風(fēng)電塔筒連接螺栓通過S-N曲線優(yōu)化，在200萬次循環(huán)荷載下疲勞強(qiáng)度提升30%。

三、典型應(yīng)用場(chǎng)景與工程實(shí)踐

1. 超高層建筑

上海中心大廈采用10.9級(jí)扭剪型螺栓連接巨型柱-核心筒節(jié)點(diǎn)，單顆螺栓預(yù)拉力達(dá)290kN。通過BIM技術(shù)模擬施工順序，避免了大六角螺栓群換裝的復(fù)雜性，使施工周期縮短25%。

2. 大跨度橋梁

港珠澳大橋沉管隧道接頭使用M30摩擦型螺栓，連接面摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值0.45。實(shí)際檢測(cè)顯示，在16級(jí)臺(tái)風(fēng)作用下，節(jié)點(diǎn)位移量控制在2mm以內(nèi)，遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)范要求的5mm限值。

3. 新能源設(shè)施

東海海上風(fēng)電場(chǎng)單樁基礎(chǔ)采用M36×300mm加長(zhǎng)螺栓，配合雙液注漿技術(shù)固定塔筒。該設(shè)計(jì)使基礎(chǔ)抗傾覆能力提升40%，在50年一遇海浪沖擊下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4. 工業(yè)特種設(shè)備

核電站安全殼鋼結(jié)構(gòu)采用12.9級(jí)螺栓，經(jīng)-40℃低溫沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證。通過有限元分析優(yōu)化螺栓間距，使應(yīng)力集中系數(shù)降低至1.8，滿足核安全級(jí)要求。

四、選型原則與施工規(guī)范

1. 選型三要素

強(qiáng)度匹配：8.8級(jí)螺栓適用于次要構(gòu)件，10.9級(jí)以上用于主結(jié)構(gòu)連接

環(huán)境適配：潮濕環(huán)境優(yōu)先選用熱鍍鋅或達(dá)克羅處理

施工便利性：空間受限部位采用扭剪型螺栓，減少操作時(shí)間

2. 關(guān)鍵施工要點(diǎn)

初擰順序：從螺栓群中部向四周擴(kuò)展，避免邊緣螺栓預(yù)拉力損失

扭矩校正：電動(dòng)扳手每日使用前需進(jìn)行扭矩標(biāo)定，偏差控制在±5%以內(nèi)

質(zhì)量檢測(cè)：采用超聲波探傷檢測(cè)螺栓內(nèi)部缺陷，抽檢比例不低于5%

五、技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展趨勢(shì)

1. 智能監(jiān)測(cè)技術(shù)

在杭州西站樞紐工程中，應(yīng)用內(nèi)置光纖傳感器的智能螺栓，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)拉力變化，預(yù)警精度達(dá)±2kN。該技術(shù)使螺栓維護(hù)成本降低35%。

2. 環(huán)保型材料

生物基可降解墊圈在臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)中試點(diǎn)應(yīng)用，6個(gè)月自然降解率達(dá)90%，減少建筑垃圾產(chǎn)生。

3. 3D打印定制

針對(duì)異形節(jié)點(diǎn)連接需求，采用金屬3D打印技術(shù)制造非標(biāo)螺栓，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)連接效率提升60%。某藝術(shù)中心項(xiàng)目通過定制螺栓，實(shí)現(xiàn)曲面鋼結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)對(duì)接。

結(jié)語(yǔ)：鋼結(jié)構(gòu)專用螺絲作為"工業(yè)關(guān)節(jié)"，其技術(shù)演進(jìn)直接推動(dòng)著建筑工業(yè)化進(jìn)程。從標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)到智能連接系統(tǒng)開發(fā)，行業(yè)正朝著高精度、長(zhǎng)壽命、環(huán)境友好方向邁進(jìn)。工程師需深刻理解不同類型螺栓的力學(xué)特性，嚴(yán)格遵循施工規(guī)范，方能筑就安全耐久的鋼結(jié)構(gòu)工程。