建筑工程中常用螺栓分類及其硬度檢測

丁百湛,李治君,雍洪寶（1.淮安市建筑科學研究院有限公司, 江蘇 淮安 223002；2.淮安市建筑工程質量檢測中心有限公司,江蘇 淮安 223002）

建筑工程在施工中，會使用多種螺栓。特別是在鋼結構工程中，會較多的用到高強度螺栓和普通螺栓連接；而在工地使用的塔式起重機或施工腳手架中可能還會用到螺栓連接。工地送檢人員有時分不清其類別和性能要求，我們通過實地調查、查閱書籍和研讀標準，力圖對工地中常用的螺栓進行一個分類；分清螺栓硬度檢測部位和檢測方法也需關注。

1 鋼筋混凝土結構工程常用的螺栓

在鋼筋混凝土結構工地，使用高強螺栓的地方主要集中在塔式起重機以及施工腳手架連接中。

1.1 塔式起重機使用的螺栓

在 GB/T 13752-2017《塔式起重機設計規范》5.2.2.2條規定，塔式起重機用螺栓分為普通螺紋連接用螺栓[1]和高強度螺栓。普通螺栓應符合 GB/T 3098.1 -2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱標準》的要求；高強度螺栓應符合GB/T 1231-2006《鋼結構用高強螺栓》或 GB/T 3632-2008《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副標準》的要求，對于未包含在 GB/T 1231-2006 和 GB/T 3632-2008內的，應符合GB/T 3098.1-2010 的要求。在 GB/T 5031-2019《塔式起重機》的 5.3.22 條螺栓連接中要求：主要受力結構件用的螺栓連接應采用高強度螺栓，高強度螺栓連接應符合GB/T 3098.1-2010 和 GB/T 3098.2-2000《緊固件機械性能螺母粗牙螺紋》的規定，并應有性能等級符合標識及合格證書[2]。

通過以上關于塔式起重機的兩個標準可以知道，塔式起重機螺栓連接既用到普通螺栓又用到高強度螺栓。而高強度螺栓可以是符合 GB/T 1231-2006 的大六角頭高強度螺栓、符合 GB/T 3632-2008 的扭剪型高強度螺栓，也可以是符合GB/T 3098.1-2010 的高強度螺栓。其性能等級應根據設計要求確定。

1.2 懸挑腳手架用螺栓

在一些建筑工地，施工腳手架有時需要懸挑，懸挑的工字鋼需要通過高強度螺栓與現澆混凝土梁連接固定，其使用的螺栓也是要符合 GB/T 3098.1-2010 的高強度螺栓。其性能等級應根據設計要求確定。

1.3 地腳螺栓

根據新標準 GB/T 799-2020《地腳螺栓》，其性能等級由舊標準的 3.6 級改為 4.6 級。其指標應符合 GB/T 3098.1-2010 的相應要求，屬于 C 級普通螺栓。

2 鋼結構工程中使用的高強度螺栓

鋼結構工程中使用的螺栓主要有高強度螺栓和普通螺栓。高強度螺栓分為高強度大六角頭螺栓和扭剪型高強度螺栓。

2.1 高強度大六角頭螺栓分類

在 GB/T 1231-2006 中，高強度螺栓性能等級分為10.9S 和 8.8S 兩級[3]，其芯部硬度為 312HV30～367HV30或33 H R C ～39 H R C 和249 H V 30 ～296 H V 30 或24HRC～31HRC。螺母分為 10H、8H 兩級，墊圈性能等級分為 35HRC～45HRC，墊圈硬度為 329HV30～436HV30（35HRC～45HRC）。

2.2 扭剪型高強度螺栓分類

在 G B/T 3632-2008 中，扭剪型高強度螺栓性能等級只有 10.9 S 一級，其芯部硬度為維氏硬度312HV30～367HV30 或洛氏硬度 33HRC～39HRC。與G B/T 1231-2006 中高強度大六角頭螺栓的 10.9 S級要求一致。其螺母性能等級為10 H，墊圈硬度為329 H V 30 ～436 H V 30（35 H R C ～45 H R C），也與GB/T 1231-2006中的相應要求一致。

2.3既有高強度螺栓又包含普通螺栓的標準

在 GB/T 3098.1-2010 中，螺栓的性能等級分為 4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.8、12.9、12.9。與鋼結構用高強度螺栓代號的區別為數字后沒有“S”。從劃分中可以看出，GB/T 3098.1-2010 不僅有≥8.8 級的高強度螺栓，也有低于 8.8級的普通螺栓。在 GB/T 3098.1-2010 中的表 3 中，8.8級、10.9級螺栓，可以測定維氏硬度 HV、F≥98N，布氏硬度 HBW、F=30D2，洛氏硬度 HRC 和表面硬度 HV0.3。可見 GB/T 3098.1-2010 中螺栓硬度與 GB/T 1231-2006 和 GB/T 3632-2008 中硬度要求所有不同，而使用性能等級相同。

3 鋼結構連接用普通螺栓

正在征求意見的 GB 50755-202 X 征求意見稿的表 5.4.1中列出了普通螺栓涉及的標準有 GB/T 5780-2016 《六角頭螺栓 C 級》、GB/T 5781-2016《六角頭螺栓 全螺紋 C級》、GB/T 5782-2016《六角頭螺栓》、GB/T 5783-2016《六角頭螺栓 全螺紋》以及 GB/T 3098.1-2010。GB/T 5780-2016、GB/T 5781-2016 中適用的六角頭螺栓性能等級均為 4.6 級和 4.8 級。產品等級均為 C 級（要求最低），區別是一個適用于全螺紋，另一個是有無螺紋的光桿部分的。GB/T 5782-2016、GB/T 5783-2016 其產品等級均為 A級或 B 級，性能等級為 5.6、8.8、9.8、10.9 級（鋼材）、A2-70、A4-70、A2-50、A4-50級（不銹鋼）、CU2、CU3和 AL4 級（有色金屬），也分別為全螺紋和非全螺紋螺桿的六角頭螺栓。這四個標準的通用技術條件均為 GB/T 16938-2008《緊固件 螺栓、螺釘、螺柱和螺母 通用技術條件》。進一步學習 GB/T 16938-2008，在表 1 中列出了碳鋼、合金鋼、不銹鋼、有色金屬等分別適用的技術條件，基本涵蓋在 GB/T 3098.1-2010～GB/T 3098.16-2014《緊固件機械性能 不銹鋼緊定螺釘》中。例如有色金屬適用于 GB/T 3098.10-1993《緊固件機械性能 有色金屬制造的螺栓、螺釘、螺柱和螺母》，不銹鋼適用于 GB/T 3098.6-2014《緊固件機械性能 不銹鋼螺栓、螺釘和螺柱》、GB/T 3098.15-2014《緊固件機械性能 不銹鋼螺母》、GB/T 3098.16-2014的要求，而碳鋼、合金鋼適用于 GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.2-2000、GB/T3098.3-2016《緊固件機械性能 緊定螺釘》、GB/T3098.7-2000《緊固件機械性能 自擠螺釘》、GB/T3098.9-2020《緊固件機械性能 有效力矩型鋼鎖緊螺母》、GB/T3098.13-1996《緊固件機械性能 螺栓與螺釘的扭矩試驗和破壞扭矩公稱直接 1～10 mm》等標準。

4 螺栓硬度檢測要求

根據 GB/T 3098.1-2010 中 9.9.1 條，對不能實施拉力試驗的緊固件，測定緊固件的硬度，對能實施拉力試驗的緊固件，測定緊固件的最高硬度。測定位置有兩種，一是在螺紋橫截面測定硬度，即在 1/2 半徑與軸心線間的區域內測定硬度，位置在距螺紋末端 1 d 處取一橫截面。另一種是在表面測定硬度，去除表面鍍層或涂層，并對試件適當處理后，在頭部平面、末端或無螺紋桿部測定硬度，常規檢查可使用本方法。其他標準的硬度測試位置列于表 1。

表1 常用標準硬度測試部位規定

因而，依據 GB/T 3098.1-2010 進行的高強度螺栓硬度試驗分為芯部硬度和表面硬度兩種，芯部硬度可以采用維氏硬度或洛氏硬度。而表面硬度采用維氏硬度 HV0.3，而不是芯部硬度的 HV30。10.9 級為 32 HRC～39HRC，GB/T 16939-2016 中 9.8S、10.9S 則為 32HRC～37HRC。

5 螺栓硬度檢測需要注意的問題

5.1 不能僅以螺栓長度來判斷高強度螺栓種類

大六角螺栓的螺栓長度在 GB/T 1228-2006《鋼結構用高強度大六角頭螺栓》中有相應的規定，但也有加長桿的螺栓，其長度取決于所連接構件的尺寸。根據 GB 50755-2012《鋼結構工程施工規范》中 7.4.2 條，高強度螺栓長度應根據計算出的螺栓長度l按修約間隔 5 mm 進行修約后選用[6]。螺栓計算長度 l=l′＋△l，式中 l′ 為連接板層總厚度，△l 為附加長度，根據該標準的表 7.4.2 選用，如 M 20 的高強度大六角頭螺栓，其 △l=35.5mm，扭剪型高強度螺栓為 31.5 mm，附加長度略有不同（因為扭剪型的用一個墊圈，大六角頭的需要兩個墊圈。）螺栓的種類應根據施工圖來判定。

5.2 高強度螺栓是采用摩擦型連接還是承壓型連接應根據圖紙確定

通常人們認為大六角頭螺栓多用于摩擦型連接，扭剪型螺栓用于承壓型連接。這種認識是有偏差的。其實兩者都可能用于摩擦型或承壓型連接。這主要取決于設計圖紙，在施工圖的設計說明中，會有連接材料選用表，在表中注明連接材料的名稱和執行的產品標準，還可能提到“圖中螺栓未特別注明者，均為摩擦型高強度螺栓。”例如某工程中高強度螺栓選用 10.9S 扭剪型高強度螺栓，這時就要做連接副的緊固軸力試驗和連接件的抗滑移系數試驗。

5.3 高強度螺栓硬度測量部位

高強度螺栓通常要測芯部硬度，測表面硬度執行的是GB/T 3098.1-2010，用的是維氏硬度計，測之前需要去除表面鍍層或涂層，標尺采用 HV 0.3。

6 結 語

建筑工地使用的螺栓有高強度螺栓和普通螺栓，通常使用 GB/T 3098.1-2010～GB/T3098.16-2014 系列標準，其中鋼結構用高強度螺栓則可能使用大六角頭螺栓和扭剪型螺栓，其性能等級會有“S”字樣，表面是鋼結構用。涉及的標準有 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涉及的高強度螺栓均應測量芯部硬度，表面硬度適用于 GB/T 3098.1-2010，測試時采用維氏硬度 HV 0.3。