鋼結構螺栓扭力計算是確保結構穩定性和安全性的關鍵步驟。在設計過程中，必須精確計算螺栓的扭矩，以確保其能夠承受預期的載荷并防止過度松動或損壞。這一過程通常涉及到對螺栓預緊力的評估，以及根據材料、幾何形狀、環境條件等因素調整預緊力。還需要考慮螺栓與孔壁之間的摩擦和腐蝕作用。為了實現精確計算，工程師可能會使用經驗公式、計算機模擬或試驗方法來確定所需的扭矩。通過合理控制螺栓扭力，可以有效預防由于螺栓失效導致的結構失敗，從而保障整個結構的完整性和功能性。

一、鋼結構螺栓扭力計算相關概念

在鋼結構中，螺栓扭力（扭矩）計算對于確保結構的穩定性和安全性至關重要。

（一）基本公式

根據《鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205 - 2001》，終擰的扭矩$T = K\times P\times d$，其中$T$為施擰扭矩（$N\cdot m$），$K$為扭矩系數，可以參考廠家的測試報告和現場復測的報告，$P$為施工預拉力值標準值，$d$為螺栓直徑（$mm$）。初擰取終擰值得$50\%$左右，扭剪型初擰$T = 0.065P\times d$ 。

（二）關鍵參數的確定

1. 扭矩系數$K$的確定
   • 一般需要參考廠家的測試報告和現場復測的報告。在施工前，應按出廠批復驗高強度螺栓連接副的扭矩系數，每批復驗$8$套，$8$套扭矩系數的平均值應在$0.110 - 0.150$范圍之內，其標準偏差應小于或等于$0.010$ 。
2. 施工預拉力值標準值$P$的確定
   • 這與螺栓的強度等級等因素有關。例如不同強度等級下的$m24$螺栓，其緊固扭力對應的預拉力有所不同：
     • $4.6$級，緊固扭力為$30.6 - 38.5$公斤力米，對應的預拉力不同。
     • $5.6$級，緊固扭力為$37.8 - 45.9$公斤力米。
     • $6.8$級，緊固扭力為$49.8 - 66.3$公斤力米。
     • $8.8$級，緊固扭力為$66.4 - 88.6$公斤力米。
     • $10.9$級，緊固扭力為$95.9 - 114.3$公斤力米。
     • $12.9$級，緊固扭力為$112 - 149.4$公斤力米。對于$M24$強度等級為$12.9$的螺栓的施工扭力值是$1100N\cdot m$，可根據公式反推預拉力等相關數值 。
3. 螺栓直徑$d$的確定
   • 直接根據螺栓的規格確定其直徑數值，例如$M20$螺栓的直徑$d = 20mm$。

二、不同類型鋼結構螺栓扭力計算示例

（一）普通螺栓

普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力，擰緊螺帽時產生預拉力很小，其影響可以忽略不計。但如果需要計算其扭力時，同樣可以使用$T = K\times P\times d$這個公式，不過普通螺栓的$K$、$P$取值與高強螺栓有所不同。

（二）高強螺栓

1. 大六角頭高強螺栓
   • 例如$M16$的大六角頭高強螺栓，假設扭矩系數$K = 0.13$（根據廠家測試報告和現場復測），施工預拉力值標準值$P = 100kN$（假設值，實際根據強度等級等確定），螺栓直徑$d = 16mm$。
   • 根據公式$T = K\times P\times d$，則終擰扭矩$T = 0.13\times100\times1000\times16 = 208000N\cdot mm=208N\cdot m$。初擰扭矩為終擰扭矩的$50\%$，即$104N\cdot m$。
2. 扭剪型高強螺栓
   • 對于扭剪型高強螺栓，如$M20$的扭剪型高強螺栓，已知其軸力$P$（假設根據強度等級等確定為$150kN$），$d = 20mm$
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