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      塔機附墻錨固件的強度校驗

      2018-07-07 06:32:50雷勇松
      建筑機械 2018年7期
      關(guān)鍵詞:附墻錨板錨筋

      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].

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