论螺钉、自攻钉、自攻自钻钉的螺纹受力(结构工程师必看)

城市幕墙2019-01-10 15:40:10

这是一篇来自北京科华幕墙公司张磊工程师的原创文章,如果对文章有疑问或对幕墙技术进行深入交流可以加张磊工程师QQ:317923898 





本人是一名从业十年的幕墙施工设计,同时也兼职公司的结构计算工作。最近几年经常会遇到一个问题,就是螺纹受拉的时候,幕墙验收规范(JGJ/T139-2001)不允许使用自攻钉和自攻自钻钉,只允许螺钉。这个问题前些年要求比较松,基本没人管,不过最近几年监管越来越严,用自攻钉和自攻自钻钉经常被抓,风险比较高。下面我就针对这三种螺纹,来分析一下受力情况。


选取M5的螺钉、ST4.8自攻钉、ST4.8自攻自钻钉三种钉的受力分析,材质均为A2-70,根据GB50429-2007表4.3.5-1,取钉的抗拉强度设计值280MPa、抗剪强度设计值265MPa。


螺纹受拉的时候,对型材会产生两个作用:

 一是型材螺纹的根部受剪

二是型材螺纹的斜截面受挤压


型材选取6063-T5,壁厚5mm。对于铝型材的强度,玻璃幕墙规范JGJ102-2003中规定的数值,和铝合金结构GB50429-2007设计规范规定的数值是不一样的,后者明显比前者大,尤其是局部承压强度,JGJ102规范规定的设计值为120MPa,而GB50429规定的设计值则为185MPa,相差非常大。


    选取三种钉的受力,均按照受剪1KN的情况,看看使用这三种钉,每种所能承受的最大受拉力是多少。按照本人编制的excel表格来验算,计算方式可参考“上海市建筑幕墙工程技术规范DGJ08-56-2012 条文说明12.2.9”。


以上对三种钉的螺纹受力分析,发现在满足102规范所规定的“螺纹受拉部分的铝材厚度不小于螺纹公称直径”的情况下,三种螺纹都是自身所能承受的拉剪复合受力达到了利用率100%,而铝型材的强度还都有富裕量。


以上三种计算,铝材强度全是按照GB50429-2007规定(抗剪强度55MPa,挤压强度185MPa),下面按照JGJ102-2003所规定的铝材强度来验算一下(抗剪强度49.6MPa,挤压强度120):


以上按照JGJ102-2003规定的铝材强度,对三种钉的螺纹受力分析,发现在满足102规范所规定的“螺纹受拉部分的铝材厚度不小于螺纹公称直径”的情况下,M5螺钉的螺纹受力由3.6KN降到3.4KN,利用率最高的是铝型材的抗剪切 ;ST4.8自攻钉的螺纹受力由2.6KN降到2.4KN,利用率最高的是铝型材的螺纹挤压强度(这是由于自攻钉要先开底孔,而底孔的直径是要大于螺纹最小直径的,这就导致了钉的螺纹和型材的螺纹没有完全接触,有一分部真空地带)。ST4.8自攻自钻钉的螺纹受力依旧保持在2.6KN,利用率最高的还是钉螺纹自身。


以上分析部分,结论就是,螺钉的受力要优于自攻钉和自攻自钻钉,自攻自钻钉的受力要优于自攻钉。不过对于规范JGJ/T 139-2001的一刀切,我个人觉得似乎不妥,自攻钉和自攻自钻钉虽然螺距大一些,但是在型材壁厚大于螺纹公称直径的时候,螺纹还是可以承受很大拉力的。最起码应该允许自攻自钻钉的使用,因为自攻自钻钉和型材接触是没有空隙的,受力均匀,不像自攻钉和型材连接还有底孔导致的真空地带(经常受晃动也许会松脱)。-完-


再次感谢张磊工程师提供的原创文章!