5.3 螺栓球节点

5.3.1 螺栓球节点(图5.3.1)应由钢球、高强度螺栓、套筒、紧固螺钉、锥头或封板等零件组成，可用于连接网架和双层网壳等空间网格结构的圆钢管杆件。

5.3.2 用于制造螺栓球节点的钢球、高强度螺栓、套筒、紧固螺钉、封板、锥头的材料可按表5.3.2的规定选用，并应符合相应标准技术条件的要求。产品质量应符合现行行业标准《钢网架螺栓球节点》JG/T 10 的规定。

图5.3.1 螺栓球节点

1-钢球； 2-高强度螺栓；3-套筒；
4-紧固螺钉；5-锥头；6-封板；

表5.3.2 螺栓球节点零件材料

图5.3.3 螺栓球与直径有关的尺寸

5.3.5 受压杆件的连接螺栓直径，可按其内力设计值绝对值求得螺栓直径计算值后，按表5.3.4的螺栓直径系列减少1～3个级差。

5.3.6 套筒(即六角形无纹螺母)外形尺寸应符合扳手开口系列，端部要求平整，内孔径可比螺栓直径1mm。

套筒可按现行国家标准《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939的规定与高强度螺栓配套采用，对于受压杆件的套筒应根据其传递的最大压力值验算其抗压承载力和端部有效截面的局部承压力。

对于开设滑槽的套筒应验算套筒端部到滑槽端部的距离，应使该处有效截面的抗剪力不低于紧固螺钉的抗剪力，且不小于1.5倍滑槽宽度。

图5.3.6 套筒长度及螺栓长度

图5.3.7 杆件端部连接焊缝

表5.3.7 封板及锥头底板厚度

5.3.8 紧固螺钉宜采用高强度钢材，其直径可取螺栓直径的0.16~0.18倍，其不宜小于3mm。紧固螺钉规格可采用M5~M10.

条文说明

5.3.1 利用高强度螺栓将圆钢管与螺栓球连接而成的螺栓球节点，在构造上比较接近于铰接计算模型，因此适用于双层以及两层以上的空间网格结构中圆钢管杆件的节点连接。

5.3.2 螺栓球节点的材料在选用时考虑以下因素：

螺栓球节点上沿各汇交杆件的轴向端部设有相应螺孔，当分别拧入杆件中的高强度螺栓后即形成网架整体。钢球的硬度可略低于螺栓的硬度，材料强度也较螺栓低，因而球体原坯材料选用45号钢，且不进行热处理，可以满足设计要求，并便于加工制作。球体原坯宜采用锻造成型。

锥头或封板是圆钢管杆件通过高强度螺栓与钢球连接的过渡零件，它与钢管焊接成一体，因此其钢号宜与钢管一致，以方便施焊。

套筒主要传递压力，因此对于与较小直径高强度螺栓(≤M33)相应的套筒，可选取Q235钢。对于与较大直径高强度螺栓(≥M36)相应的套筒，为避免由于套筒承压面积的增大而加大钢球直径，宜选用Q345钢或45号钢。

高强度螺栓的钢材应保证其抗拉强度、屈服强度与淬透性能满足设计技术条件的要求。结合目前国内钢材的供应情况和实际使用效果，推荐采用40Cr钢、35CrMo钢，同时考虑到多年使用和厂家习惯用材，对于M12～M24的高强度螺栓还可采用20MnTiB钢，M27～M36的高强度螺栓还可采用35VB钢。

紧固螺钉也宜选用高强度钢材，以免拧紧高强度螺栓时被剪断。

5.3.4 现行国家标准《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939将高强度螺栓的性能等级按照其直径大小分为10.9级与9.8级两个等级，这是根据我国高强度螺栓生产的实际情况而确定的。

高强度螺栓在制作过程中要经过热处理，使成调质钢。热处理的方式是先淬火，再高温回火。淬火可以提高钢材强度，但降低了它的韧性，再回火可恢复钢的韧性。对于采用规程推荐材料的高强度螺栓，影响其能否淬透的主要因素是螺栓直径的大小。

当螺栓直径较小(M12～M36)时，其截面芯部能淬透，因此在此直径范围内的高强度螺栓性能等级定为10.9级。对大直径高强度螺栓(M39～M64×4)，由于芯部不能淬透，从稳妥、可靠、安全出发将其性能等级定为9.8级。

本规程采用高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值为430N/mm²，为使9.8级的高强度螺栓与其具有相同的抗力分项系数，其抗拉强度设计值相应定为385N/mm²。由于本规程中已考虑了螺栓直径对性能等级的影响，在计算高强度螺栓抗拉设计承载力时，不必再乘以螺栓直径对承载力的影响系数。

高强度螺栓的最高性能等级采用10.9级，即经过热处理后的钢材极限抗拉强度fu达1040N/mm²～1240N/mm²，规定不低于1000N/mm²，屈服强度与抗拉强度之比为0.9，以防止高强度螺栓发生延迟断裂。所谓延迟断裂是指钢材在一定的使用环境下，虽然使用应力远低于屈服强度，但经过一段时间后，外表可能尚未发现明显塑性变形，钢材却发生了突然脆断现象。导致延迟断裂的重要因素是应力腐蚀，而应力腐蚀则随高强度螺栓抗拉强度的提高而增加。因此性能等级为10.9级与9.8级的高强度螺栓，其抗拉强度的下限值分别取1000N/mm²与900N/mm²，可使螺栓保持一定的断裂韧度。

5.3.5 根据螺栓球节点连接受力特点可知，杆件的轴向压力主要是通过套筒端面承压来传递的，螺栓主要起连接作用。因此对于受压杆件的连接螺栓可不作验算。但从构造上考虑，连接螺栓直径也不宜太小，设计时可按该杆件内力绝对值求得螺栓直径后适当减小，建议减小幅度不大于表5.3.4中螺栓直径系列的3个级差。减少螺栓直径后的套筒应根据传递的压力值验算其承压面积，以满足实际受力要求，此时套筒可能有别于一般套筒，施工安装时应予以注意。

5.3.7 钢管端部的锥头或封板以及它们与钢管间的连接焊缝均为杆件的重要组成部分，应确保锥头或封板以及连接焊缝与钢管等强，一般封板用于连接直径小于76mm的钢管，锥头用于连接直径大于或等于76mm的钢管。

封板与锥头的计算可考虑塑性的影响，其底板厚度都不应太薄，否则在较小的荷载作用下即可能使塑性区在底板处贯通，从而降低承载力。

锥头底板厚度和锥壁厚度变化应与内力变化协调，锥壁与锥头底板及钢管交接处应和缓变化，以减少应力集中。

本规程中的表5.3.7摘自《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939-1997附录A表3。

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