同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092
摘要：锚栓和埋板是建筑结构中相当重要的组件，是设计工作的重中之重；在建筑事故中，因埋板原因造成的事故占比超过50%；因此埋板的设计必须要引起高度的重视。幕墙作为建筑的外围护结构，其主要的固定点并且也是唯一的固定点，就是埋板；埋板的固定主要靠锚栓，因此埋板和锚栓的选用就成为结构安全的重要起点。
关键词：设计规范；锚板类型；锚栓类型；混凝土状态
1、前言
在幕墙设计中，埋件的主要分为两种类型：预埋件和后锚固件。其中预埋件主要指的是在混凝土浇筑施工前的安装在主体结构之中的构件，其整体性、安全性在项目实践中得到了验证，此次在这方面不做分析。后锚固埋件则与之存在较大差异，主要在土建施工完成之后再将锚固件打入到指定的位置，通常需对已完成的土建项目进行钻孔，然后进行安装，相较于预埋件施工来讲，其稳定性、安全性不如预埋件，但局限于现实设计中存在的误差等因素，后锚固埋件在幕墙工程中得到了广泛的应用；区别于其使用的广泛性，后锚固埋件在设计中的规范性、科学性未得到应有的重视，并因此在实际项目中造成了一些事故；此次就后锚固用埋板和锚栓的选用进行系统分析，为以后的设计提供参考。
2、设计新规范
在实际项目中，我们发现以往项目中通用的锚栓，在现在的结构计算中无法通过，这种经验上的矛盾感让很多设计师感到无所适从，而造成这个问题的原因之一是新规范的应用。关于锚栓的规范主要有《混凝土结构后锚固技术规程》，其他相关规范有《钢结构设计规范》、《混凝土结构加固设计规范》、《玻璃幕墙工程技术规范》、《金属与石材幕墙工程技术规范》等。根据对新规范的解读发现：新规范中建筑抗震等级提高了，旧版规范中6、7级地震强度调高到了新规范的7、8级，加速度均提高了0.5个等级。例如：旧版规范中7级地震强度对应的加速度为0.10G，新版规范中7级地震强度对应的加速度为0.15G。因此在幕墙设计中，锚栓的计算也进行了相应的调整（调高），以往通用的锚栓也变得无法通过计算了。
3、锚板的选择
幕墙设计中，锚板的选择主要影响因素有1.材质，2.锚板尺寸，3.锚板厚度。
材质：根据《混凝土结构设计规范》9.7.1要求：受力预埋件的锚板宜采用Q235、Q345级钢；
锚板尺寸：因后锚固技术规程对锚板无要求，故参一般采用预埋件常规锚板尺寸；
锚板厚度：根据《混凝土结构后锚固技术规程》5.1.4要求：施工中所应用到的锚板，其厚度应当≥0.6倍锚栓直径，同时对于受拉和受弯锚板，其厚度要求应当＞1/8倍锚栓间距。但是对于常规后锚固锚板来讲，这方面的要求却较难达到，因此对不满足此条的锚板做分析验算。
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假定此锚板侧埋，所受拉力20KN，剪力8KN，采用接触分析，埋板与锚栓间采用面接触，埋板与混凝土面接触，锚栓与混凝土粘结；经分析，此锚板满足受力要求，可不采用锚栓间距1/8的要求。
4、锚栓的选择
4.1锚栓的种类
锚栓（后置）的常用种类一般是两大类：机械膨胀栓，化学粘接类药栓；机械膨胀栓分为普通膨胀和后切底扩孔两大类，化学粘接类药栓分为普通螺杆类和特殊倒锥类两种。
通常膨胀螺栓较为常见的有两种类型：扭矩控制式和位移控制式，二者在安装方式上存在着较大的差异。其中扭矩控制式主要通过扳手进行紧固，使螺栓达到设定力矩要求，确保螺杆进入到孔洞之中，对膨胀片形成挤压达到紧固效果。位移控制式螺栓在安装过程中则主要通过敲击的方式来完成，使螺杆挤压膨胀片达到紧固。
此外，还有较为特殊的倒锥形化学锚栓，此类锚固栓也被称之为定型化学锚栓，其在应用中同时表现出普通化学锚栓和扩底锚栓的优点。在化学粘结剂作用下能够产生粘结强度，同时受倒锥体与混凝土机械锁键作用，又能够产生较强的连接性强度，从实际应用来看，在抗震方面表现出较为突出的性能。
4.2、混凝土的因素
混凝土因素有两种：一混凝土强度，二是混凝土的状况即开裂与不开裂。
混凝土强度通常应在20以上，也就是需达到C20混凝土强度，这个强度对于建筑的主体构件都可以保证，基本不需要额外的加固考虑。
混凝土状况：严格意思上说，所有的混凝土都是开裂的！开裂是绝对的不开裂是相对的。混凝土结构规范规定：混凝土开裂缝隙不能大于0.3mm，最大0.35mm。低于这个数就是合格的混凝土。而混凝土浇筑时的材料的温度变化，材料的伸缩变化，产生气体和流体（水）的溢出是产生开裂的主要因数。区分开裂与不开裂主要看混凝土的受力方式：受压可看成不开裂，受拉可看成开裂。即要看构件对于锚栓，锚栓再对于混凝土的荷载方向；比如建筑结构，对于立柱而言就可看成是不开裂的，梁就需要看成是开裂的。
当锚固区基材应力满足σL+σR≤0（多个方向的合力为零）时可判定非开裂,否则为开裂混凝土。L是各个方向对混凝土外加力的合力作用，R是混凝土正常使用时在温度变化产生的内部应力。合力大于零混凝土受压拉，混凝土为开裂状态；合力小于等于零混凝土受压，混凝土为不开裂。
针对于幕墙后锚固混凝土的开裂与否，可做以下参考判断：
如果锚栓安在梁的上平面。幕墙重力通过锚栓对混凝土垂直施加压立，不考虑水平方向的风压，如室内幕墙，混凝土就是不开裂的。
如果锚栓安在梁的侧立面。幕墙重力通过锚栓对混凝土垂直施加压立，不考虑水平方向的风压，如室内幕墙，混凝土就是不开裂的。
如果锚栓安在梁的下平面。幕墙重力通过锚栓对混凝土垂直施加拉立，不考虑水平方向的风压，如室内幕墙，混凝土就是开裂的。
如果锚栓安在梁的侧立面或者下平面。幕墙重力通过锚栓对混凝土垂直施加压力，再考虑水平方向的风压变化，室外幕墙，混凝土状况就是开裂的。
如果锚栓安在梁的上平面。幕墙重力通过锚栓对混凝土垂直施加压立，虽然考虑水平方向的风压，室外幕墙，混凝土还是可定为不开裂的。
综上所述，在大多数幕墙计算中混凝土状态是开裂的；虽然幕墙工程被划为建筑非结构构件的范畴，但是在具体施工过程中，涉及到一些结构主受力位置的锚固，还是应严格按照要求选择锚栓，确保工程整体安全性、适用性。
4.3、规范要求锚栓适用范围
根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013、《建筑幕墙安全技术要求》等文件的要求，锚栓适用范围应满足以下几点：
4.3.1、膨胀螺栓不能应用到具有抗震设防要求的工程项目之中；
4.3.2、扩底型锚栓、定型化学锚栓可作为后置埋件锚栓进行应用；
4.3.3、在选用定型化学锚栓时，应当专门提供耐高温测试报告。
5、锚栓选用建议
结合各地区选用锚栓的实际情况来看，将之用表格进行归纳（如下所示），希望能够为施工设计人员提供参考：
各地区幕墙工程主受力部位适用锚栓选取范围
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注：▉表示可以使用，□表示不可以使用；
5.1、扭矩控制式膨胀螺栓可以应用到幕墙工程中的非主受力部位上面，例如：石材包边部位、端角部位等，对一些纯粹的装饰构件进行安装时可以应用；而对于位移控制式锚栓的应用，则只能应用在锚板不受拉力作用的情况之下，因此在实际应用中扭矩控制式膨胀螺栓有更广的应用范围。
5.2、对于大挑雨棚，雨棚拉杆，较大面积的阳光顶都不建议用普通胀栓和普通化学锚栓。
5.3、如局部吊顶等危险不大的地方不建议使用普通胀栓和普通化学锚栓。
5.4、项目所在地区存在抗震设防要求，不能够采用膨胀螺栓；另外，由于抗震设防在6度，7度以及8度时，锚栓在选用上应当保持一致性。
参考文献
[1]混凝土结构设计规范，GB50010-2010
[2]混凝土结构后锚固技术规程，JGJ145-2013