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129级高强螺栓施工与质量控制

12.9级大六角头高强度螺栓安装质量控制过程

申凤国 关中武 孙亮

（中建一局钢结构工程有限公司）

    摘  要：

俄罗斯联邦大厦A塔建成后将成为欧洲第一高楼，其中32～36、59～65层钢结构转换层的构件，全部采用12.9级大六角头高强螺栓连接。

施工单位在施工中，积累了大量该型号高强螺栓施工质量控制的经验，可为同类工程的施工提供借鉴。

本文以59～65层钢结构转换层为例，具体介绍了12.9级大六角头高强螺栓的施工与质量控制。

    关键词：

俄罗斯联邦大厦  12.9级大六角头高强螺栓  质量控制

一、俄罗斯联邦大厦项目简介

1．项目概况

    俄罗斯联邦大厦位于莫斯科市中心行政区克拉斯诺波列斯宁斯卡娅沿岸大街，大厦A塔为93层钢筋混凝土结构（340m），总高度为欧洲第一高楼（448m），建成后是世界上以混凝土为主体结构第一高楼。

在A塔为了侧面承重和结构墙分压，在32～36、59～65增加钢结构技术转换层，采用嵌入式钢结构，将核心筒与周边柱子及柱间桁架进行连接。

在59-65钢结构转换层转换层的钢结构包括：

    布置在结构钢筋混凝土外围边柱之间的三个带状桁架61TR 1－3；

    刚接在建筑现浇钢筋混凝土核心筒的四品转换桁架61TR 6、7、8、9；

    连接转换桁架TR8和TR9的两个传力桁架61TR 5、12。

    钢结构总重约为3400吨，结构连接：

生根于混凝土楼板上的42根立柱，采用将支撑板与地脚螺栓连接整体预埋于混凝土中，转换层安装时立柱与支撑板焊接的方法；其余所有构件全部为12.9级高强度螺栓连接。

59-65转换层使用强度等级12.9的М30高强螺栓，高强螺栓总数约为82536颗。

2．俄罗斯联邦大厦59-65钢结构转换层12.9级大六角头高强螺栓施工特点

    59-65钢结构转换层具有五多，四大，一高的特点。

    五多：

⑴安装高强度螺栓数量多：

此工程共计安装82536套；

         ⑵节点数量多；

         ⑶节点连接板数量多：

节点一侧连接板迭接多达9块，双侧累计达到18块；

         ⑷节点螺栓群数量多：

节点连接板一侧安装螺栓达424套（配图）；

         ⑸高强度螺栓长度规格多：

此工程安装使用螺栓长度规格共计23种。

    四大：

⑴节点面积大：

最大的为8.3m2；

         ⑵节点板厚度大：

多板迭加后累计厚度达255mm，安装使用最长螺栓为295 mm；

         ⑶高强度螺栓直径大：

此工程安装使用高强度螺栓的直径是30 mm；

         ⑷扭矩值大：

此工程安装高强度螺栓的终拧扭矩值为2200 N*M。

    一高：

高强度螺栓的等级高：

此工程安装使用高强度螺栓等级为12.9级。

二、12.9级大六角头高强螺栓施工与质量控制

1．检验试验与扭矩值的确定

    试验过程根据俄罗斯标准P52643-2006,由《门捷列夫试验、测量检测中心》国家联邦机构的Коломенский部门提交）

⑴ 化学成份 

    确认螺栓的化学成分符合4543-71号俄罗斯标准标准要求。

见下表。

⑵力学能性

    对整个螺栓的倾斜垫片的断裂部分进行试验。

试验结果见下表

⑶ 硬度测试

    根据俄罗斯标准P52627-2006进行试验，结果见下表。

⑷ 弯曲性进行试验

    依据俄罗斯标准9454-78对螺栓进行试验。

结果见下表。

⑸ 确定扭矩系数

    取8套螺栓（螺栓M30x155，螺母M30，2个直径32mm的垫片）用液压检测扭力仪器УТБ-40，使用最大扭力进行试验。

试验所得扭紧系数如下：

0.142；0.140；0.144；0.138；0.145；0.142；0.141；0.143中间值为K3=0.142，符合俄罗斯国家标准P52643-2006（0.14≤K3≤0.20）。

对于М30螺栓，扭力为Р=0.7хRbunxAbn=0.7х12200х5,6х10-3=47.8 тс.

⑹ 扭矩值确定

    大六角高强度螺栓施工扭矩值由下式计算

    Мз=PхdxKзxКн=2200 N-M

    P—高强度螺栓施加的预拉力

    d—螺栓表面直径（mm）

    Кз –拧紧系数，通过检测工具设定，

    Кн=1.05 –安全系数。

2．相关工序的预控

⑴ 桁架工厂预拼装

    为了保证整体构件的质量，出厂前须进行整体预拼装。

工厂预拼装时应该考虑温度的差别和日照的影响，以及与工地安装时温度的差别。

同时，工厂测量构件尺寸的钢尺应与现场施工中所用的钢尺采用同一品牌、规格，避免不同测量工具之间的误差。

    在预拼装过程中，必须做好各连接接口处的标记、中心线、 基准线、标高线、水平线标记，并用冲钉标记，同时做好各种数据的测量记录表，提供现场安装用。

    对预拼装构件的偏差要求见下表。

⑵ 安装钢柱轴线控制

    本工程采用柱底板与钢柱分离安装法，以控制地脚螺栓埋设过程中产生的偏差和测量过程中产生的误差，确保12.9级高强度螺栓的一次穿孔率。

对结构柱定位采用三次测量定位的方法，即提供轴线控制点—埋设地脚螺栓（第一次测量）—浇灌混凝土—地脚螺栓复测（第二次测量）—安装固定柱脚板—柱脚板上定位最终轴线（第三次测量）

三 12.9级大六角头高强度螺栓施工过程质量控制

⑴ 施工质量控制流程。

    控制流程见下图

⑵ 高强螺栓的保管：

    ① 在保管及使用过程中应轻装轻卸，防止损伤螺纹，发现螺纹损伤严重或生锈的螺栓不得使用。

    ② 高强度螺栓在使用前不得开箱，以免破坏包装的密封性，开箱后取出部分螺栓后也应原封包装好，以免沾染灰尘和锈蚀。

    ③ 高强螺栓按当天计划使用的规格和数量领取，当天安装剩余的螺栓应妥善保管。

    ④ 设专人负责发放，并做好螺栓发放记录。

    ⑤ 螺栓的领用分节点按规格、型号分批进行。

    ⑥ 高强度螺栓应和临时螺栓分别堆放。

⑶ 螺栓安装前准备

    ① 施工图及安装方案施工，严格遵守相关规范规程。

    ② 螺栓使用前确定该型号螺栓终拧扭矩值或施工转角值

    ③ 安装前对高强度螺栓连接摩擦面进行清理，保证干净无泥土、油污、涂料和结冰。

并对节点板进行覆盖存储。

⑷扭矩扳手标定

    施工前对扭矩扳手校正，其扭矩误差不大于±5%，校正用的基准扭矩扳手，其误差不大于±3％，并且作到专人专用。

在标定前配备一把经计量单位检验合格的表盘式扭矩扳手，搭设一个固定的试测平台。

具体步骤如下：

    a.将螺栓穿入固定的连接板，拧上六角螺母，用扳手拧紧。

    b.将基准扭矩扳手套在六角螺母上施拧到设计扭矩值，作上标记。

    c.再换上电动或手动扳手，紧固螺母至扳手停。

    d.电动或手动扳手停止的位置及扭矩值与标记进行对比，再通过调整扳手上的旋钮，即可得出试测扳手的正确扭矩值。

⑸ 安装12.9级大六角头高强度螺栓

    5.1定位用安装螺栓更换顺序由上至下，由中心向两侧，每一节点每一侧更换完毕后，进行初拧.

    5.2首先将节点剩余螺栓孔用高强度螺栓进行安装，然后取下安装螺栓，更换为高强度螺栓。

如遇孔距偏差应及时上报项目部相关人员。

修正采用绞刀进行扩孔，扩孔后的孔径不超过1.2d（d为螺栓直径），由项目部与设计院进行商讨后进行处理；

    5.3穿入的方向必须一致，保证螺母在翼缘板的外侧方向，如果翼缘板内侧截面高度不足，必须保证核心筒外侧方向的螺栓穿入的方向，从内向外穿入；

    5.4螺栓的初拧：

    高强度螺栓初拧扭矩值约为终拧扭矩值的70%（1700N-m）。

采用专用扳手进行高强度螺栓施工，班前必须校正，其扭矩误差不得大于5%，校正用的扭矩扳手，其误差不得大于±3％，并且做到专人专用。

初拧完毕后，用记号笔通过螺栓螺母、垫片及构件上划一道直线（如图所示）；

    对终拧完的螺栓用不同颜色笔作出明显的标记，以防漏拧和重拧，并供质检人员检查。

    5.5螺栓终拧：

    本工程高强度螺栓终拧值为 2200  N-m。

高强度螺栓初拧完毕后，用专用工具进行终拧，不得用终拧扳手代替初拧扳手使用，不得出现漏拧现象。

高强度螺栓检查扭矩扳手扭矩值或检查转角值，高强度螺栓实际转角值与检测所得转角值偏差在10度之内视为终拧合格。

高强度螺栓的初拧、终拧，要求在同一天内完成；

    5.6高强螺栓施拧顺序：

    5.6.1施拧顺序为先施拧钢柱部分螺栓群，然后施拧上/下弦螺栓群，最后施拧斜腹杆部分螺栓群；

    5.6.2螺栓施拧节点次序：

初拧和终拧的次序相同，遵循先上弦后下弦，先梁节点后柱节点、四周对称进行的原则（如图所示）；

    5、12.9级大六角头高强度螺栓检查验收

    5.1  施工操作中的工艺检查。

在施工过程中检查是否按施工工艺要求进行，具体工艺检查内容有以下几项：

    5.1.1  是否用临时螺栓安装，临时螺栓数量是否达到1/3以上。

    5.1.2  高强螺栓的穿入是否自由进入，严禁用锤强行打入。

    5.1.3  高强度螺栓紧固顺序正确与否，紧固方法是否正确。

    5.1.4  抽检测定扭矩扳手的扭矩值，是否在设计允许范围之内。

    5.1.5  检查连接面钢板的清理情况，保证摩擦面的质量可靠。

    5.2    大六角头高强度螺栓的质量检查。

    5.2.1  用0.3kg小锤敲击法，对高强螺栓进行普查，防止漏拧。

    5.2.2  进行扭矩检查，抽查每个节点螺栓数的10%。

但不少于一个。

检查时先在螺栓端面和螺母上画一直线，然后将螺母拧松约60°，再用扭矩扳手重新扭紧，使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9Tch～1.1Tch可为合格。

    如发现有不符合规定的，应再扩大检查10%，如仍有不合格者，则整个节点的高强度螺栓应重新拧紧。

    扭矩检查应在螺栓终拧1h以后，24h之前完成。

    5.2.3  用塞尺检查连接板之间间隙，如间隙在0.5mm以内可不进行处理；如间隙在0.5—3mm以内，将厚板一侧削成1/10缓坡过渡；当间隙大于3mm时，应加填板处理（如附图图所示）；（注：

0.5mm以内不进行处理，依据俄罗斯当地建筑规范执行） 

    针对因加工制作精度超标，致使构件端头截面高度缩小 ，而导致节点连接处接触面缝隙超标的质量问题进行补救。

    5.2.4  检查大六角头高强度螺栓穿入方向是否一致，检查垫圈方向是否正确。

    5.3高强度大六角头螺栓连接接头的外观质量：

    5.3.1  螺栓穿入方向基本一致，外露长度不应少于2~3扣。

    5.3.2 已经终拧的大六角头高强度螺栓应作好标记。

    5.3.3  已经终拧的节点和摩擦面应保持清洁整齐，防止油、尘土污染。

    5.3.4 已经终拧的节点应避免过大的局部撞击和氧-乙炔烘烤。

    5.3.5的安装施工应避免在雨雪天气进行，以免影响施工质量。

    5.3.6在安装过程中如需要扩孔时，一定要注意防止金属碎屑夹在摩擦面之间，一定要清理干净后才能安装。

    5.4   大六角12.9级高强度螺栓安装使用时应具备以下资料：

    5.4.1高强度大六角头螺栓的出厂合格证。

    5.4.2高强度大六角头螺栓的复验证明。

    5.4.3  高强度螺栓的初拧、终拧扭矩值。

    5.4.4施工用扭矩扳手的检查记录。

    5.4.5高强度大六角螺栓安装记录。

    5.4.6施工质量检查验收记录。

四、结束语

    通过对俄罗斯联邦大厦59-65钢结构转换层12.9级大六角头高强度螺栓的安装，在螺栓群数量多、节点处多板迭加、板厚不同的大型节点施工的质量控制方面积累了一定经验。

    对安装钢结构大型节点的施工管理、施工技术和对12.9级高强度螺栓安装工法和质量控制措施积累了一定的经验。

12.9级高强度螺栓安装目前在国内钢结构超高层建筑施工仍然没有成熟的质量过程控制措施，如何解决12.9级高强度螺栓安装的质量问题决仍是一个技术难题，需要通过不断试验和实践总结出实际经验数据，应做进一步的深入研究和探讨。

[发布日期：

2010-3-1][关闭窗口]

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