梁云东等：幕墙工程白攻钉计算方式及使用建议 79 I)OI：10．13905／j．cnki．dwjz．2016．03．29 幕墙工程 自攻钉计算方式及使用建议 梁云东， 李 腾， 缪春霞 (中国建筑科学研究院． 北京 100013) 【摘 要】 自攻钉以其施工便利、连接刚度好、承载能力高成为了幕墙立柱和横梁的主要连接方式。随着这 几年工程应用增多，也出现了不少 自攻钉连接失效的案例。目前 ，我 国可 以参考 自攻钉计算规范为 GB50018— 2002((冷弯薄壁型钢结构技术规范》，相关的幕墙规范仍未提及自攻钉的计算问题。本文介绍了美国、澳洲和中国 等相关规范中自攻钉承载力的计算方式 ，通过算例将国内计算值同外国规范计算值作对比。最后，本文对螺钉 连接、机制螺钉连接和自攻钉连接的优缺点进行比较总结，并对 自攻钉在幕墙工程中的应用提出建议。 【关键词】 建筑幕墙；自攻钉；连接计算 【中图分类号】TU392．1 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864(2016)03—0079—03 幕墙工程的横梁和立柱连接一般都会采用螺栓连接、 模式。对于螺钉被剪断的情况未考虑。抗拉计算考 自攻钉连接、机制螺钉连接三种连接方式。自攻钉连 虑了可能出现的杠杆力 ，建议采用折减系数。 接以其施工便利、连接刚度好、承载能力高在幕墙工 程中得到普遍应用。由于 自攻钉安装时攻 出配合螺 表 1 三种规范计算方式 纹，因此在连接上具有高防松脱能力 ，且可以装卸 ，攻 钻性能在工程用途上可谓是无可限量 ，这种连接既具 有一定的强度又具有一定的变形能力，在满足连接强 度的同时不易发生脆性破坏。 1 国内外计算方式比较 自攻钉的受力机理为，先对被连接件制出螺纹底 孔，再将 自攻螺钉拧入被连接件的螺纹底孔 中。由于 自攻螺钉的螺纹表面具有较高的硬度，可在被连接件 的螺纹底孔中攻出内螺纹 ，从而形成连接。这种连接 并不是特别需要螺帽就能将连接件与薄壁管拧紧，且具有较 高的强度和刚度。自攻钉在整个受力 的过程 中主要 承受剪力和拉力。 由于自攻钉连接受力机理的特殊性，自攻钉丝杆 与连接件形成一种丝锥作用，这种丝锥作用破坏时影 响因素较多，各国在 自攻钉连接计算理论上还没有形 成完善的计算模式和计算方式，更多的是依据实验结 果归纳总结的设计公式进行设计。现针对北美 AISI 规范 ，澳洲规范 、以及 GB50018—2002((冷弯薄壁 型钢结构技术规范》 中对于 自攻钉承载力的计算方 法及设计公式作对比分析。 从表 1能够准确的看出几个规范的公式各异，其参数取 AISI规范相对别的标准针对螺钉剪断破坏模式 法也不完全一样。其中，t均为钢板的厚度；d均为螺钉的 名义直径。中国规范中．厂为钢板的抗拉强度设计值，在 给出公式，P 为名义受剪承载力 ，需要 由厂家提供 此依据材性试验按不同厚度取值。澳洲规范中．。为钢 数值。 板极限抗拉强度 ，但规范说明用作设计时取钢板抗拉 澳洲规范中没有涉及螺钉被剪断的情况，只是要 强度的75％和450MPa的较小值。 求 自攻钉剪断的承载力不能低于螺钉倾斜拔出的抗 GB50018—2002((冷弯薄壁型钢结构技术规范》考 剪承载力和钢板被撕裂的螺钉承载力最小值的 虑了螺钉倾斜拔出的破坏模式和钢板被撕裂的破坏 1．25倍。 80 低 温 建 筑 技 术 2016年第3期 (总第213期) 下面采用一算例对表 1中不同规范的自攻钉承载 装苦难 ，施工效率降低。 力计算值作比较： (2) 用 自攻钉进行连接。自攻钉连接构件不需 取北京地区某建筑外玻璃幕墙单元进行验算，单 要预留成孔，实施工程简单方便、速度快、连接刚度好、承载能 元分格取 1．2m×2m，玻璃为8mm+12A+8mm中空玻 力高、外形好看、节约时间，提升工作效率，自攻钉与 璃 。建筑高度取200m。 型材是紧密接触，不存在配合间隙问题。但是 自攻钉 荷载计算： 的使用 同样存在一些问题 ：自攻钉连接牙纹较稀，与 幕墙 自重g=25．6×16×10～=0．41kN／m 铝合金型材连接有效咬合较小 ，在反复荷载作用下宜 风荷载 z￡J=2．46×1．45×(一1．6)×0．5= 松动滑脱，自攻钉一旦松动滑脱 ，其承载力将快速下 2．85kN／m 降甚至丧失 ，所以，采用 自攻钉进行连接建议采取防 地震 qk：5×0．16×0．41=0．33kN／m 松动滑脱的构造措施 。 荷载组合： (3) 用机制螺钉连接。机制螺钉连接承载力主 竖向力Q =1．35A ·g=1．33kN 要取决于螺纹的牙深、螺距及螺纹数量。机制螺钉本 水平力N =1．4w+1．3×0．5q =4．2kN 身具有较高的抗拉抗剪强度，牙纹细密，与型材连接 若采用4．2mm螺钉，取铝型材壁厚 2．5mm，钢板 有效咬合面积要大于 自攻螺钉连接 ，连接强度介于螺 壁厚6mm，则钢板壁厚／铝型材壁厚 =2．4。 栓连接和 自攻钉连接之间。但是 ，机制螺钉与型材连 接需要在型材上预先打螺纹孔 ，当机制螺钉的螺纹与 表2 三种规范计算值 预留螺纹孔接触不 良时，其连接承载力将大幅度的降低， 冷弯薄壁型钢 甚至导致连接失效。 结构技术规范 AISI规范 澳洲规范 3 结语 通过对各国自攻钉计算公式的比较 ，各 国计算公 式大同小异。采用国标计算公式虽基本能够很好的满足设 计需要，但由于 自攻钉受力复杂而受施工环境、工人 操作水平影响较大。最后本文对 自攻钉幕墙工程使 用提出几点建议 ： (1) 加设垫片。加设硬质垫片可以防松脱并减 少局部应力集中。 (2) 连接构件局部厚度不能太薄。自攻钉的连 接强度与连接构件局部厚度有很大关系。连接处局 通过表2中计算结果能看出，GB50018—2002 部厚度过薄 ，自攻钉的有效咬合面积过小，不能起到 规范自攻钉抗剪承载力和抗拉拔承载力公式计算值 有效 的连接作用 ，在外力作用下，连接构件局部会产 较另两规范计算小，这说明我们国家GB50018—2002在 自 生较大的变形 ，使得构件连接角码下部撬力增加。建 攻钉计算方面有关计算参数较国外规范保守，在工程 议 自攻钉连接处铝型材局部厚度不小于 自攻钉的公 应用时一般满足GB50018—2002就能满足国外规范。 称直径。 而对于螺钉剪断破坏 ，有必要单独进行验算。 (3) 进行连接设计时，应严格依规定对 自攻 2 连接件受力比较分析 钉抗剪及抗拉拔进行计算校核。考虑到实际施工环 (1) 用螺栓连接。幕墙结构构件连接中一般采 境不完全一样，工人操作水平参差不齐，且各个 自攻钉 用奥氏体不锈钢螺栓进行连接，奥氏体不锈钢材料强 的强度离散性 比较大，如有厂家提供 自攻钉试验数 度较高 ，相同直径的螺栓连接相对于 自攻钉连接强度 据 ，应取实验值和计算值的较小值。 较大 ，承载力较高，连接更为可靠。但是，采用螺栓连 (4) 角码的壁厚不能过薄。 接也有不利之处：①加工安装精度要求比较高。螺栓连 接的材料需要预先留螺栓孔，对于连接构件 的螺栓孔 位置的定位尺寸需要有较高的精度要求 ；②螺栓与螺
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