鋼構框架中連接螺栓的計算與檢查
在鋼構框架結構中，柱、梁、撐桿等構件之間的連接通常使用螺栓來傳遞力。對連接螺栓進行精確的計算與檢查，是確保結構安全、耐久與整體穩定性的關鍵步驟。根據連接類型與在結構系統中的位置，螺栓可能承受剪力、拉力或剪拉複合作用，其工作機制也各有不同。
1. 依據螺栓連接的分類
1.1 根據傳力機制分類
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摩擦型連接（高強度螺栓）：螺栓通過鋼板之間的摩擦力來傳遞載重，需施加較大的預緊力。
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承剪型連接（普通螺栓或未預緊的高強度螺栓）：螺栓直接承受剪力，鋼板之間的接觸壓力不明顯。
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承拉型連接：螺栓承受沿軸向的拉力，通常由彎矩或軸力引起。
1.2 根據所用螺栓類型分類
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普通螺栓（常見規格 M16～M24）：用於不承受大動載的連接部位。
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高強度螺栓（如 T8、T10、T12 等）：具有較高承載能力，常用於摩擦型連接或對可靠性要求較高的工程。
2. 設計依據與適用標準
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越南標準 TCVN 5575:2012 — 鋼結構設計標準。
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TCVN 1916:1995 — 螺栓尺寸與公差標準。
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TCVN 197:2002 — 螺栓的力學性能，包括抗拉與抗剪強度。
此外，亦可參考國際標準，如美國 AISC 360-16 或歐洲標準 Eurocode 3。
3. 螺栓的計算與檢查步驟
3.1 確定作用於連接的內力
- 剪力 V（橫向力）
- 拉力 T（軸向力）
- 扭矩或節點處彎矩（如有）
- 連接中的螺栓數量 n
注意： 若結構對稱，可假設內力在各螺栓上均勻分佈。若載重不對稱，需採用力學分析方法計算每顆螺栓所承受的力。
3.2 計算螺栓的承載能力
a. 抗剪能力（剪切破壞）
對於普通螺栓：
Rv=(0.6×fu×Ab)/γM
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fu：螺栓材料的抗拉極限強度（MPa）
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Ab：螺栓剪切截面面積（mm²）
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γM：安全係數（一般取 1.25）
b. 抗拉能力（拉伸破壞）
Rt=fy×AsγM
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fy：螺栓材料的屈服強度（MPa）
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As：螺栓受拉有效截面積（依照螺紋或螺桿部位）
c. 剪拉組合檢查（同時受剪與拉）
當螺栓同時承受剪力與拉力時，應符合交互作用公式：
(T/Rt)2+(V/Rv)2≤1.0
3.3 連接板的檢查
承壓檢查（Bearing）
檢查螺栓與鋼板接觸面上的壓力是否超過允許：
Rb=k×d×t×fu
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d：螺栓直徑
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t：連接板厚度
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fu：鋼材的抗拉強度
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k：系數，依連接形式而定，常取 2.5–3.0
螺栓間距與邊距檢查
- 螺栓間的最小距離：≥ 2.5 × d
- 螺栓中心到鋼板邊緣的距離：≥ 1.7 × d
3.4 所需螺栓數量的計算
在已知作用力與單一螺栓承載能力後，所需螺栓數為：
n=max(VRv,TRt)
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向上取整至最接近的整數
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再次計算以確認安全性與餘量
4. 螺栓設計與檢查中常見錯誤
常見錯誤包括：
- 螺栓數量不足，未考慮載荷組合（剪＋拉）
- 未檢查鋼板的承壓能力，導致局部破壞
- 螺栓與邊緣距離不足，容易產生破壞裂縫
- 誤判連接型式（例如：將剪力當成摩擦）
- 忽略摩擦型連接的滑移問題，影響穩定性
結語：螺栓是鋼結構中關鍵的連接元件，必須全面考慮拉力、剪力及其組合效應，並根據實際工況選擇適當型式與數量。設計合理不僅確保結構安全，還能提高經濟效益與耐久性。
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