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摘要:目前,在我国工业民用建筑中,后锚固技术已经被广泛重视和使用,这些技术手段包括了:机械锚栓、化学锚栓以及植筋方式,以往采用预埋方式进行锚固的比例已经降低,未来,后锚固技术将作为工业民用建筑中不可忽视的技术广泛地服务于大众。
关键词:后锚固;机械锚栓;化学锚栓;植筋
1.前言
目前,在我国工业民用建筑中,后锚固技术已经被广泛重视和使用,这些技术手段包括了:机械锚栓、化学锚栓以及植筋方式,机械锚栓又包括了扩底型锚栓和膨胀型锚栓。而以往采用预埋方式,例如,哈芬卡轨、大头螺杆、普通预埋件等“先锚固”方式进行锚固的比例已经降低。原因是,近些年后锚固技术发展突飞猛进,与传统预埋方式相比较,不但可以保证连接的安全可靠,而且安装周期很短,使用方便,能够满足大中型建设项目安装物项多,工期紧的需要,大幅减少预埋件以及物项的焊接、探伤等环节,能够广泛适应各类工程。
虽然后锚固技术较预埋方式建设成本有所上升,但综合工程项目总体的投资与产出效益,无论是从建设方、设计方还是施工方角度,都获得了广泛的接受和认可。
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。
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。
2.后锚固技术的种类
2.1机械锚栓
机械锚栓是指利用锚栓与锚孔之间的摩擦作用或锁键作用形成锚固的锚栓,按照其工作原理分为两类:扩底型锚栓、膨胀型锚栓。目前这些机械锚栓的设计、性能试验以及制造均趋于成熟,例如,以喜利得公司、慧鱼公司等企业设计、生产的机械锚栓为例,其产品性能可靠,产品相关的技术试验完备,在世界多数国家地区获得认可和应用。我国目前机械锚栓也有长足进步,但产品性能试验方面还有待进一步的完善和提高。
这些锚栓在应用中的要求在行业标准《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145中有详细的描述,对机械锚栓的适用范围,设计计算、构造要求等进行了系统的介绍。我国的生产制造的机械锚栓,其性能同时遵循了现行行业标准《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160的有关规定。
2.2化学锚栓
化学锚栓是指由金属螺杆和锚固胶组成,通过锚固胶形成锚固作用的锚栓,具体可分为普通化学锚栓和特殊倒锥形化学锚栓。我国制造的化学锚栓螺杆的材质和性能等级遵循了《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145的具体要求,化学锚栓的锚固胶根据使用对象和现场条件可选用管装式和机械注入式,机械注入式锚固胶性能在现行行业标准《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T340进行了有关的规定。化学锚栓的锚固胶应为改性环氧树脂或改性乙烯基酯材料。
化学锚栓的设计计算、构造要求等在《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145给出了较为详细的论述,方便、指导了后锚固系统的设计、制造和施工人员工作。
2.3化学植筋
采用植筋方式进行后锚固的机理类似于化学锚栓,采用了热轧带肋钢筋或全螺纹螺杆与胶黏剂组合成为后锚固系统。一般用于植筋的全螺纹螺杆钢材等级应为Q345及以上,配合使用的胶黏剂按照材料性能可分为有机类和无机类,同时胶体须符合行业标准《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T340有关规定。采用化学植筋方式进行后锚固还应注意,其锚固区基材的所处环境,其长期温度不应该高于50℃,并考虑特殊环境因素对胶黏剂的耐久性影响。
3.锚栓的基材
机械锚栓和化学锚栓的基材可以为钢筋混凝土、预应力混凝土或素混凝土构件。植筋锚固基材应为钢筋混凝土或预应力混凝土构件,其纵向受力钢筋的配筋率不应低于现行国标《混凝土结构设计规范》GB50010中规定的最小配筋率。另外,作为基层的混凝土,是否属于裂缝混凝土,对后锚固的设计计算结果,影响较大,对于机械锚栓,从《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145给出的计算公式和经验参数上看,开裂混凝土基层的后锚固系统的承载能力仅为非开裂混凝土基材的0.7倍左右。在设计使用后锚固时,需重点注意基层的受力状态和所处位置,并结合螺栓厂家提供的产品性能试验参数,正确选用有足够承载能力的机械锚栓。
4.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。
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。
5.后锚固系统的测试
后锚固系统在应用中需要进行测试,对于化学锚栓与植筋在使用前应进行现场拉拔试验,以证实其拉拔力性能,在《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145中也有相关的论述,现场工作可按照规范要求开展。而对于机械锚栓,其检测工作在欧洲以及美国的发展比较发达,欧洲标准主要包括欧洲技术认证组织(EOTA)颁布的欧洲技术认证指南ETAG 001和相关的技术报告,美国规范主要包括美国混凝土协会(ACI)和美国国际规范协会(ICC)的相关标准。由EOTA颁发的欧洲技术认证ETA以及由ICC颁发的ICC评估认证是国际范围内接受度最高的两种认证。按照EOTA以及ACI标准有关要求,由授权机构对锚栓的各类性能进行检测试验,检测一般选用最不利工况,在开裂基材条件下进行测试,测试结果合格就会获得某个应用领域的安全应用认证。如果需要,还可以从认证机构或者锚栓生产商网站下载该类认证。通过上述的检测和认证,就能够获得适合工程需要的机械锚栓。
6.结语
随着现代后锚固技术的发展,后锚固技术愈来愈来多地应用于各类工业民用建筑中,其设计规范、产品测试、施工安装的水平逐步走向更高层次,未来后锚固技术将作为工业民用建筑中不可忽视技术广泛地服务于大众。
参考文献:
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