塔机附墙锚固件的强度校验

雷勇松

（福建省中环建（厦门）建设集团股份有限公司，福建 厦门 361009）

塔机在安装附墙结构时，会在建筑混凝土结构建造时，以锚固件的方式和钢筋混凝土浇注在一起，然后用耳板销轴联接对塔机进行附着。塔机工作使用过程中360°旋转，附墙预埋件及混凝土结构受拉杆交变周期性拉压力过程，塔机附墙锚固件主要安装形式如图1所示。

图1 附墙拉杆与剪力墙连接结构装配图

一般情况下，我们会把钢筋混凝土结构看做刚性结构，只考虑预埋锚固件的机械受力（包括锚筋的抗拉强度、抗剪强度和抗弯性能）。但在极端情况下，为了保证塔机使用安全及附着稳定性，还应考虑混凝土和锚筋之间受冲切和剪切破坏性能（包括锚筋和混凝土之间的胶结力、摩擦阻力、咬合力等）。2016年9月，“莫兰蒂”台风袭击厦门时，造成很多在用施工塔机倒塌，其中一个最主要的原因就是由于塔机附着预埋件在建筑钢筋混凝土结构中达不到极限冲切及剪切受力强度，钢筋混凝土结构性破坏致使塔机倾覆。在超强台风“莫兰蒂”袭击厦门损坏倒塌的塔机中，典型的混凝土附墙损坏情况如图2-5所示。

图2 混凝土结构破坏

图3 预埋螺栓拉断和拔出

图4 剪力墙破环开裂

图5 预埋螺栓塑性变形拔出

预埋锚固件需要机械性能和混凝土结构交互强度校核，一般比较复杂；我们在设计塔机附墙预埋联接件时，就如何全面校核塔机预埋件和钢筋混凝土之间的强度，检验混凝土预埋件设计的合理性、安全性，下面以例题的方式对附墙预埋件和混凝土结构之间进行校核分析。

举例：假设塔机附墙拉杆的极限受力为F=200kN；拉杆与锚固件平面的夹角为60°；拉杆销轴中心到预埋锚板中心距离e=200mm；光面预埋螺栓直径d=24mm，其抗拉强度fy=300MPa；锚筋在钢筋混凝土中长度la=360mm，折弯90°加强锚固措施长度为lb=120mm；预埋锚筋纵向间距为b’=300mm；水平间距为b1=200mm；锚板厚度为t=20mm，锚板长A=600mm，锚板宽B=400，锚筋双排并列布置；混凝土强度为C30，试检验混凝土预埋件强度的可靠性（如图6所示）。

1 预埋件锚筋受力强度校核

预埋锚筋受到的水平拉力N=F×sin60°=

预埋锚固件受到垂直剪切力V=F×cos60°=200×1/2=100kN；

图6 试检验混凝土预埋件强度的可靠性

预埋锚固件受到弯矩M=V×e=100×0.2=20 kN·m；

根据GB50010-2010《混凝土结构设计规范》8.3.1-1钢筋的锚固长度规定

式中 ɚ—— 锚固钢筋的外形系数，按设计规范的表8.3.1光圆钢筋取值为0.16；

——钢筋抗拉强度设计值，fy=300N/mm2；

—— 混凝土轴心抗拉强度设计值，取C30混凝土ft=1.43N/mm2；

d——锚固钢筋直径，d=24mm。

锚筋端部做90°加固弯钩处理，根据规范则至少在混凝土中锚固长度，根据GB50010-2010 8.3.1-3为Ɩa=0.6×Ɩab=483.4mm，大于本例中预埋件锚筋的锚固长度，所以必须采取特殊措施后才可安装；预埋件锚固长度达不到GB50010-2010《混凝土结构设计规范》要求；不能依据本规范中9.7章节公式对锚固件进行校核验算。而由于安装预埋件条件限制（一般剪力墙厚度在400mm以内）建筑塔机预埋件锚筋在很多情况下是横向锚固在建筑物剪力墙或者立柱上，锚筋在除去混凝土保护层后很少能满足规范要求的锚固长度，此时就需要对锚固件进行加固处理后浇注，然后校核混凝土和锚筋的综合强度。

根据住建部监制函［2016］168号，国家建筑标准图集16G362《钢筋混凝土结构预埋件》附录E、F、G：当直锚筋长度不足时，一般采取锚筋端部加固处理，通常情况下在锚筋端部加焊锚固钢板或采取折弯处理措施；但锚筋的实际长度必须满足Ɩa’≥15d及0.6Ɩa（此要求必须满足，否则不满足安装条件）；满足此条件时依据16G362附录E对预埋锚筋进行验证。本例中Ɩa’≥15×24=360mm及0.6×483.4=290mm，前提条件满足，因此本锚固锚筋端部折弯90°加固的处理方式可进行校核使用。

此时，校核预埋件轴心受拉承载力设计值Nu必须以16G362附录E、F、G中下面3个公式中最小值确定，且同时满足Nuo3≥Nuo2。式中 ab—— 锚板的弯曲变形折减系数，ab=

取=8；bs为锚板弯曲变形折减系数，本例中取两排锚筋之间的距离，bs=300mm，t为锚板的厚度20mm，d为锚固钢筋直径24mm；2

综上所述，该预埋件在受力结构上符合设计校核要求。

2 预埋件结构校核

根据16G362《钢筋混凝土结构预埋件》预埋件结构设计要求：

（1）预埋件锚筋长度不足时，端部采取折弯加固措施，要求必须满足Ɩa’≥15dmm及0.6Ɩa（290mm），且不应小于200mm。该锚筋直径为24mm，长度为360mm，满足最低预埋锚筋长度设计要求；

（2）最外层锚筋中心到锚板边缘的距离必须满足以下条件：横向、纵向距离必须满足不小于2d（48mm）及20mm，且不大于12倍锚板的厚度（240mm）。该预埋件设计锚筋中心到锚板边缘的距离分别为100mm和50mm，满足设计要求；

（3）每排锚筋之间的间隔距离必须满足不小于6d（144mm）及70mm。该预埋件锚筋之间的间隔距离为200mm，满足设计要求；

（4）双排锚筋之间的间隔要求，其间隔必须不小于3d（72mm）及45mm，且不大于300mm。该预埋件双排锚筋之间的间距为300mm，满足设计要求；

（5）锚板的厚度要求必须不小于0.6d（14.4mm）及6mm。该预埋件的锚板厚度为20mm，满足设计要求。

3 预埋件浇注安装校核要求

（1）预埋件锚筋和混凝土构件在浇注过程中，锚板边缘到混凝土构件边缘的距离必须满足：预埋件锚板受剪切力方向到混凝土边缘的距离不小于6d（144mm）及70mm；垂直预埋件锚板剪切力方向，混凝土构件到锚板边缘的距离不小于3d（72mm）及45mm；

（2）预埋件在安装浇注时，轴线及标高控制点要明确，对准，防止混凝土在浇注过程中跑位；同时要对锚筋的联接螺纹进行包扎保护，防止混凝土砂浆对锚筋的污染；

（3）严格控制预埋件锚筋的混凝土砂浆保护层的厚度，且保护层厚度不应少于50mm；

（4）混凝土浇注完成后，要对预埋件进行复测，并及时纠偏，防止混凝土凝固后安装位置的偏差；

（5）混凝土凝固时效必须保证，由于塔机在使用过程中，附墙预埋受周期性拉压力作用，必须保证混凝土强度足够坚固才能对塔机进行附着拉杆的安装。

4 结束语

东南沿海是台风高发区域，随着经济社会发展，高层建筑越来越多，在塔机使用过程中，利用附墙结构对塔机进行锚固也越来越被各建机一体化企业使用。为保证塔机的安全，掌握塔机附墙锚固预埋件的结构强度校核方法，对建机行业安全平稳运行至关重要。

［1］GB50010-2010. 混凝土结构设计规范［S］.

［2］ 国家建筑标准设计图集16G362. 钢筋混凝土结构预埋件［S］.

［3］GB50017-2003. 钢结构设计规范［S］.

［4］GB50009-2012. 建筑结构载荷规范［S］.

［5］ GB50204-2015. 混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［6］GB50205-2001. 钢结构工程施工质量验收规范［S］.

［7］GB50135-2006. 高耸结构设计规范［S］.

［8］JGJ-T187-2009. 塔吊混凝土基础工程［S］.