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鋼結構斜體文字
螺栓安裝所需長度及螺牙長度計算原則探討1
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一、前言
螺栓安裝所需之長度及螺牙長度在鋼結構設計規範及施工規範中並未規定。若採購長度太短則無法使用；太長則因螺牙長度不足而致螺帽鎖緊時將會卡在螺牙盡頭處而無法夾緊連接之鋼板，或突出太長影響美觀、使用行人安全。因此螺栓長度及螺牙長度之決定是否正確影響結構安全至鉅。
二、計算原則探討
在2000 RCSC〔1〕對高強度螺栓安裝所需之長度定義為「經妥善安裝完成後之螺栓長度(自螺栓頭內側面至螺栓之尾端間之距離)，應為螺栓之尾端應延伸至螺帽以外或至少與螺帽之外側面齊平」。
高強度螺栓之螺牙長度(threaded length) ，除非採購全牙螺栓，否則一般情況，市售螺栓螺牙長度與螺栓之長度無關，相同直徑，不同長度之螺栓其螺牙長度為固定值(見圖一)〔2、3〕。
若所採購之螺栓長度太長，則會因螺牙長度不足而致螺帽鎖緊時將會卡在螺牙盡頭處而無法夾緊連接之鋼板(全牙螺栓則無此種疑慮)。故為了使高強度螺栓鎖緊時能有足夠的預張力，具有足夠的螺牙長度是必要之先決條件。
當螺牙長度不足而致螺帽鎖緊時卡在螺牙盡頭處(或螺栓長度太長)時，在螺栓頭內側或螺帽內側增加墊圈是一般常用的解決方式，必要時在螺栓頭內側或螺帽內側增加數個墊圈亦不致有太大之不良影響。惟因扳手對螺帽或螺栓頭所施加之扭力同時也是對螺栓施加拉力，所施加的扭力越大，螺栓所受之拉力也就越大，螺栓之軸向伸長量也就越大。因此增加墊片將增加其實際之夾距之長度，若鎖緊方式採用螺帽轉角法時，須依螺栓夾距長度調整轉角量(螺帽轉角法之轉角量見表一所示)；若鎖緊方式採用扭矩控制(Torque control bolt)型螺栓則無此問題。
各種螺栓所需之安裝長度大約為螺栓之夾距(不含塾圈厚)再加上螺栓標稱直徑之一倍半(螺帽及墊圈之尺寸規格見圖二及圖三，螺栓長度計算方式如圖四所示) 〔2、3〕；或按所連接部材之總厚度加螺帽及二個墊圈(扭矩控制(Torque control)型螺栓僅需一個墊圈)之厚度，另加2至3個螺牙距(pitch)之總長度，並盡可能使計算之螺牙長度避免通過剪切面(亦即螺牙進入連接部材厚度內之長度應小於最外部材之厚度(取二外部材之較薄者)。實務上計算螺牙長度均會以5mm為進位之單位。
(註：墊圈可以避免螺栓或螺帽鎖緊過程中因旋轉而傷及鋼板，此外將墊圈墊在旋轉端（螺栓頭端或螺帽端）可以降低旋轉面的摩擦力，所以墊圈應置於旋轉端。)
惟因設計者在設計圖上並未指定所需之螺牙長度，施工者為避免螺帽鎖緊時出現卡在螺牙盡頭處而無法夾緊連接之鋼板之情況，而訂購全牙螺栓，此時計算螺栓之剪力強度時應考慮為螺牙通過剪切面內之情況，以策安全。
三、結語
正確決定螺栓長度及螺牙長度是確保鋼結構接頭安全的重要項目之一，因此施工前須針對每一根螺栓以5mm為進位之單位，計算其所需長度作為採購螺栓數量之依據。以上有關螺栓長度及螺牙長度計算原則之探討，均指一般常用之螺栓，至於特殊用途(例如振動機械或動力車輛等)之螺栓則需依其需求決定螺栓及螺牙長度或型式(附防止鬆脫之螺帽夾緊裝置，見圖五)〔４〕，惟一般高強度螺栓因鎖緊後存有預張力，此預張力可藉由接觸面間之摩擦係數產生阻力，因而可防止螺帽鬆脫，故可不必附加防止鬆脫之裝置。
ASTM A307材質之基礎錨栓可銲性
【問】請問ASTM A307材質之基礎錨栓於安裝時是否可以銲接？
【答】ASTM A307材質之螺栓分為Grade A、B及C三種等級，均可鍍鋅，惟其中僅Grade C之化學成份等同於ASTM A36材質可以銲接。ASTM A307各等級材質之簡化化學性質及機械性質詳如下表：
種類 符號 化學成分 % 機械性質 洛氏硬度
拉伸試驗
P S 降伏強度 Ksi(t/cm2) 抗拉強度 Ksi(t/cm2) 伸長率 Min Max
試片 (mm) %
GRADE A 0.06 以下 0.15 以下 － 60 (4.2) 50 18 69 100
GRADE B 0.04 以下 0.05 以下 － 60－100 (4.2－7) 50 18 69 95
GRADE C 化學成分須等同於 ASTM A36 之鋼材 36 (2.5) 58－80 (4.1－5.6) 50 23 無硬度要求
備註：
1. A 307 螺栓無明確定義之降伏強度。
2. A 307 - GRADE A之特性為 : 適用於一般鋼結構，可熱浸鍍鋅。
3. A 307 - GRADE B之特性為 : 適用於管線系統(piping system)中環狀端板接合，可熱浸鍍鋅。
4. A 307 - GRADE C之特性為 : 無螺栓頭錨栓，或彎或直，特性與A 36鋼材相符，適用於結構錨錠。
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