塔機附墻錨固件的強度校驗

雷勇松

（福建省中環(huán)建（廈門）建設(shè)集團股份有限公司，福建 廈門 361009）

塔機在安裝附墻結(jié)構(gòu)時，會在建筑混凝土結(jié)構(gòu)建造時，以錨固件的方式和鋼筋混凝土澆注在一起，然后用耳板銷軸聯(lián)接對塔機進行附著。塔機工作使用過程中360°旋轉(zhuǎn)，附墻預(yù)埋件及混凝土結(jié)構(gòu)受拉桿交變周期性拉壓力過程，塔機附墻錨固件主要安裝形式如圖1所示。

圖1 附墻拉桿與剪力墻連接結(jié)構(gòu)裝配圖

一般情況下，我們會把鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)看做剛性結(jié)構(gòu)，只考慮預(yù)埋錨固件的機械受力（包括錨筋的抗拉強度、抗剪強度和抗彎性能）。但在極端情況下，為了保證塔機使用安全及附著穩(wěn)定性，還應(yīng)考慮混凝土和錨筋之間受沖切和剪切破壞性能（包括錨筋和混凝土之間的膠結(jié)力、摩擦阻力、咬合力等）。2016年9月，“莫蘭蒂”臺風(fēng)襲擊廈門時，造成很多在用施工塔機倒塌，其中一個最主要的原因就是由于塔機附著預(yù)埋件在建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中達不到極限沖切及剪切受力強度，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性破壞致使塔機傾覆。在超強臺風(fēng)“莫蘭蒂”襲擊廈門損壞倒塌的塔機中，典型的混凝土附墻損壞情況如圖2-5所示。

圖2 混凝土結(jié)構(gòu)破壞

圖3 預(yù)埋螺栓拉斷和拔出

圖4 剪力墻破環(huán)開裂

圖5 預(yù)埋螺栓塑性變形拔出

預(yù)埋錨固件需要機械性能和混凝土結(jié)構(gòu)交互強度校核，一般比較復(fù)雜；我們在設(shè)計塔機附墻預(yù)埋聯(lián)接件時，就如何全面校核塔機預(yù)埋件和鋼筋混凝土之間的強度，檢驗混凝土預(yù)埋件設(shè)計的合理性、安全性，下面以例題的方式對附墻預(yù)埋件和混凝土結(jié)構(gòu)之間進行校核分析。

舉例：假設(shè)塔機附墻拉桿的極限受力為F=200kN；拉桿與錨固件平面的夾角為60°；拉桿銷軸中心到預(yù)埋錨板中心距離e=200mm；光面預(yù)埋螺栓直徑d=24mm，其抗拉強度fy=300MPa；錨筋在鋼筋混凝土中長度la=360mm，折彎90°加強錨固措施長度為lb=120mm；預(yù)埋錨筋縱向間距為b’=300mm；水平間距為b1=200mm；錨板厚度為t=20mm，錨板長A=600mm，錨板寬B=400，錨筋雙排并列布置；混凝土強度為C30，試檢驗混凝土預(yù)埋件強度的可靠性（如圖6所示）。

1 預(yù)埋件錨筋受力強度校核

預(yù)埋錨筋受到的水平拉力N=F×sin60°=

預(yù)埋錨固件受到垂直剪切力V=F×cos60°=200×1/2=100kN；

圖6 試檢驗混凝土預(yù)埋件強度的可靠性

預(yù)埋錨固件受到彎矩M=V×e=100×0.2=20 kN·m；

根據(jù)GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》8.3.1-1鋼筋的錨固長度規(guī)定

式中 ?—— 錨固鋼筋的外形系數(shù)，按設(shè)計規(guī)范的表8.3.1光圓鋼筋取值為0.16；

——鋼筋抗拉強度設(shè)計值，fy=300N/mm2；

—— 混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值，取C30混凝土ft=1.43N/mm2；

d——錨固鋼筋直徑，d=24mm。

錨筋端部做90°加固彎鉤處理，根據(jù)規(guī)范則至少在混凝土中錨固長度，根據(jù)GB50010-2010 8.3.1-3為?a=0.6×?ab=483.4mm，大于本例中預(yù)埋件錨筋的錨固長度，所以必須采取特殊措施后才可安裝；預(yù)埋件錨固長度達不到GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求；不能依據(jù)本規(guī)范中9.7章節(jié)公式對錨固件進行校核驗算。而由于安裝預(yù)埋件條件限制（一般剪力墻厚度在400mm以內(nèi)）建筑塔機預(yù)埋件錨筋在很多情況下是橫向錨固在建筑物剪力墻或者立柱上，錨筋在除去混凝土保護層后很少能滿足規(guī)范要求的錨固長度，此時就需要對錨固件進行加固處理后澆注，然后校核混凝土和錨筋的綜合強度。

根據(jù)住建部監(jiān)制函［2016］168號，國家建筑標(biāo)準圖集16G362《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件》附錄E、F、G：當(dāng)直錨筋長度不足時，一般采取錨筋端部加固處理，通常情況下在錨筋端部加焊錨固鋼板或采取折彎處理措施；但錨筋的實際長度必須滿足?a’≥15d及0.6?a（此要求必須滿足，否則不滿足安裝條件）；滿足此條件時依據(jù)16G362附錄E對預(yù)埋錨筋進行驗證。本例中?a’≥15×24=360mm及0.6×483.4=290mm，前提條件滿足，因此本錨固錨筋端部折彎90°加固的處理方式可進行校核使用。

此時，校核預(yù)埋件軸心受拉承載力設(shè)計值Nu必須以16G362附錄E、F、G中下面3個公式中最小值確定，且同時滿足Nuo3≥Nuo2。式中 ab—— 錨板的彎曲變形折減系數(shù)，ab=

取=8；bs為錨板彎曲變形折減系數(shù)，本例中取兩排錨筋之間的距離，bs=300mm，t為錨板的厚度20mm，d為錨固鋼筋直徑24mm；2

綜上所述，該預(yù)埋件在受力結(jié)構(gòu)上符合設(shè)計校核要求。

2 預(yù)埋件結(jié)構(gòu)校核

根據(jù)16G362《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件》預(yù)埋件結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：

（1）預(yù)埋件錨筋長度不足時，端部采取折彎加固措施，要求必須滿足?a’≥15dmm及0.6?a（290mm），且不應(yīng)小于200mm。該錨筋直徑為24mm，長度為360mm，滿足最低預(yù)埋錨筋長度設(shè)計要求；

（2）最外層錨筋中心到錨板邊緣的距離必須滿足以下條件：橫向、縱向距離必須滿足不小于2d（48mm）及20mm，且不大于12倍錨板的厚度（240mm）。該預(yù)埋件設(shè)計錨筋中心到錨板邊緣的距離分別為100mm和50mm，滿足設(shè)計要求；

（3）每排錨筋之間的間隔距離必須滿足不小于6d（144mm）及70mm。該預(yù)埋件錨筋之間的間隔距離為200mm，滿足設(shè)計要求；

（4）雙排錨筋之間的間隔要求，其間隔必須不小于3d（72mm）及45mm，且不大于300mm。該預(yù)埋件雙排錨筋之間的間距為300mm，滿足設(shè)計要求；

（5）錨板的厚度要求必須不小于0.6d（14.4mm）及6mm。該預(yù)埋件的錨板厚度為20mm，滿足設(shè)計要求。

3 預(yù)埋件澆注安裝校核要求

（1）預(yù)埋件錨筋和混凝土構(gòu)件在澆注過程中，錨板邊緣到混凝土構(gòu)件邊緣的距離必須滿足：預(yù)埋件錨板受剪切力方向到混凝土邊緣的距離不小于6d（144mm）及70mm；垂直預(yù)埋件錨板剪切力方向，混凝土構(gòu)件到錨板邊緣的距離不小于3d（72mm）及45mm；

（2）預(yù)埋件在安裝澆注時，軸線及標(biāo)高控制點要明確，對準，防止混凝土在澆注過程中跑位；同時要對錨筋的聯(lián)接螺紋進行包扎保護，防止混凝土砂漿對錨筋的污染；

（3）嚴格控制預(yù)埋件錨筋的混凝土砂漿保護層的厚度，且保護層厚度不應(yīng)少于50mm；

（4）混凝土澆注完成后，要對預(yù)埋件進行復(fù)測，并及時糾偏，防止混凝土凝固后安裝位置的偏差；

（5）混凝土凝固時效必須保證，由于塔機在使用過程中，附墻預(yù)埋受周期性拉壓力作用，必須保證混凝土強度足夠堅固才能對塔機進行附著拉桿的安裝。

4 結(jié)束語

東南沿海是臺風(fēng)高發(fā)區(qū)域，隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，高層建筑越來越多，在塔機使用過程中，利用附墻結(jié)構(gòu)對塔機進行錨固也越來越被各建機一體化企業(yè)使用。為保證塔機的安全，掌握塔機附墻錨固預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)強度校核方法，對建機行業(yè)安全平穩(wěn)運行至關(guān)重要。

［1］GB50010-2010. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ 國家建筑標(biāo)準設(shè)計圖集16G362. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件［S］.

［3］GB50017-2003. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］GB50009-2012. 建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范［S］.

［5］ GB50204-2015. 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［6］GB50205-2001. 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［7］GB50135-2006. 高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［8］JGJ-T187-2009. 塔吊混凝土基礎(chǔ)工程［S］.