螺栓长度如何计算（带公式）

螺栓长度如何计算（带公式）

螺栓长度的计算在工程设计中是一个重要的环节，直接影响到结构的安全性和美观性。本文将详细介绍普通螺栓、高强度螺栓和压力容器螺栓的长度计算方法，帮助工程师们准确选择合适的螺栓长度。

普通螺栓长度的确定

螺纹连接是利用螺纹紧固件和被连接件构成的可拆连接，在水工金属结构中的止水安装、预埋件的调整等应用广泛。螺栓头外露部分过长，影响美观，同时也易造成安全事故，如图1、图2所示。因此，在设计时螺栓长度的选择和确定比较重要。

图1 螺栓外露部分过长

图2 螺栓外露部分过长（红色圈出部分）

普通螺栓的长度一般是指从六角头内侧到螺栓端部的长度，如图3中的尺寸l即表示螺栓的长度。

图3 螺栓的尺寸（摘自GB/T 5782-2000）

影响螺栓长度的因素较多，主要有：被连接件的尺寸、垫圈螺母的尺寸、外露丝扣的长度（或称末端长度）、螺栓的公称长度系列等。被连接件、配套垫圈及螺母的尺寸容易理解，本推文着重介绍外露丝扣长度及公称长度系列。

外露丝扣的长度

1. 现行《普通螺纹的内、外螺纹余留长度、钻孔余留深度、螺栓突出螺母的末端长度》（JB/ZQ 4247-2006）中将外露丝扣的长度称为末端长度，该标准根据螺距确定了末端长度的大小，表1列出了水工金属结构常用螺栓的末端长度的选择。

2. 现行《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2020）中：“6.2.3 永久性普通螺栓紧固应牢固、可靠，外露丝扣不应少于2扣。”截图如下：

“6.3.6 高强度螺栓连接副终拧后，螺栓丝扣外露应为2~3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。”截图如下：

注：该扣即为螺栓的螺距P。注意：同一本规范的叫法不一致啊，“丝扣外露”和“外露丝扣”。

对比上述两个规范或标准，可知：JB/ZQ 4247标准为原机械部重型矿山机械局企业标准，JB为机械部，Z为指导性，Q为企业标准；GB 50205为住建部牵头颁发的国家标准。考虑到水工金属结构设计的母规范为钢结构设计规范，因此：
① 对于普通螺栓，最小外露长度取钢结构规范的规定，最大外露长度取机械部标准的规定；
② 对于高强度螺栓，按照钢结构规范的要求2P~3P取值。因此，外露丝扣的长度（末端长度）如表2所示。

公称长度系列

国家为了科学管理、合理发展产品品种、确定产品质量等因素出发，就螺栓、螺母等紧固件制定了一系列的国家标准（推荐标准），以六角头螺栓（GB/T 5782-2000）为例，标准给出了其长度系列，分别为“2,3,4,5,6,8，10,12,16,20,25……65,70,80……,150,160,180,200……500”。因此，在确定螺栓长度的时候，要选择标准长度系列范围内的数值。

算例

以连接面板底部内侧底止水的螺栓为例，螺栓为M16六角头螺栓（GB 5782），防松垫圈采用弹簧垫圈（GB 93）、螺母采用1型六角螺母（GB 6170）。面板厚度12mm，底止水厚度20mm，不锈钢压板厚度10mm，如图4所示。

图4 闸门底止水连接大样图

1. 被连接件厚度和：12（面板）+20（底止水）+10（不锈钢压板）=42mm；
2. 紧固件厚度：弹簧垫圈厚度4.1mm；1型六角螺母厚度14.8mm；
3. 外露长度4.0~6.5mm。

以上累计为：64.9~67.4mm，根据其公称长度系列，因此选择其长度为65mm，外露长度（丝扣外露长度）为：4.1mm，标记为：
“螺栓 GB/T 5782 M16×65”。

当然，末端长度有其他用途的螺栓除外。

高强度螺栓长度确定方法及设计注意事项

长度确定：高强螺栓长度应以螺栓连接副终拧后外露2扣-3扣丝为标准计算，按下列公式计算。选用的高强度螺栓公称长度应取修约后的长度，应根据计算出的螺栓长度L按修约间隔5mm进行修约。

L=L′+△L
△L=M+NS+3P

式中：
L′：连接板总厚度；
△L：附加长度，即紧固长度加长值，按下表进行取值；
M：高强螺母公称厚度；
N：垫圈个数，扭剪型高强螺栓为1个，大六角头高强螺栓为2个；
S：高强度垫圈公称厚度，采用大圆孔或槽孔时，按实际厚度取值；
P：螺纹的螺距，3P意思是螺栓露出3个丝扣长度。

设计注意事项：
高强螺栓预应力紧固不同于普通螺栓紧固，普通螺栓一般用扳手紧固，高强螺栓需用专用设备进行操作，对于斜向钢梁，特别需要注意紧固设备的操作空间最小间距，否则会导致部分高强螺栓无法紧固的。

压力容器螺栓长度设计

我们都知道，螺栓的长度过长或者过短的话，都会影响设备的紧固性、安全性、可操作性等，最合适的长度是紧固件安装完毕后螺栓端部露出2~3丝。

紧固件组合，配套最多的也就下面这种情况：螺栓+平垫片1+法兰1+密封垫片+法兰2+平垫片2+弹垫片+螺母1+螺母2

所以，螺栓长度的计算可参照下述方法：螺栓长度=平垫厚度x数量+法兰1厚度+密封垫厚度+法兰2厚度+弹垫厚度+螺母厚度x数量+3丝

当然，平垫片的数量、弹垫片、螺母的数量都是根据具体设计要求调整的。不同标准的法兰，其厚度也会不同。如果要精准计算螺栓长度，需要将紧固配套件按照选用的标准查取厚度值，然后相加。如果要求不那么严格，可以按照下述方式进行粗算：

(1）法兰厚度，必须根据法兰大小和选用标准查取数值；
(2）平垫片厚度，DN15DN25的厚度取2.5mm，DN32DN350的厚度取3mm，DN400DN700的厚度取4mm。
(3）弹垫片厚度：DN15DN25的厚度取3mm，DN32DN125的厚度取4mm，DN150DN350的厚度取5mm，DN400DN700的厚度取7mm。
(4）密封垫片：对于DN15DN700的管法兰，厚度取3mm；
(5）螺母厚度：可粗略取螺栓规格的数值，也可以从选用的标准中查取数值；
(6）3丝：DN15DN25的长度取5mm，DN32DN125的长度取6mm，DN150DN350的长度取7.5mm，DN400DN700的长度取9mm。

以紧固件DN100一平一弹一螺母为例简单说明一下：
(1）法兰取用标准GB/T9124.1，查取厚度为22mm；
(2）平垫片厚度取3mm；
(3）弹垫片厚度取4mm；
(4）密封垫片厚度取3mm；
(5）螺母厚度：DN100采用M16的螺栓，按照GB/T6170查取厚度为14.8。估算的话可以取16mm。
(6）3丝的长度取6mm。

螺栓长度=平垫片3+法兰22x2+密封垫片3+弹垫片4+螺母14.8+3丝长度6=74.8mm 故取用M16x75的螺栓比较合适。