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1、 （） ， ， 锚栓的锚固长度及构造要求 唐 潮 石朝花 （ 美联钢结构建筑系统（ 上海） 股份有限公司，上海 ） 摘 要：锚栓的锚固长度对其受力性能至关重要， 但国内标准与规范对此没有统一的规定。通过分析锚栓受力及 破坏模式， 推导出锚固长度计算公式， 并提出锚栓设计时的构造要求。 关键词：锚栓；锚固长度；机械锚固 ： （ （ ） ， ， ） ： ， ， ： ； ； 第一作者： 唐潮， 男， 年出生， 高级工程师， 国家一级注册结 构工程师。 ： 收稿日期： 概 述 柱脚节点是连接上部钢结构与基础的重要节 点。用以将上部结构在荷载作用下产生的效应传递 到基础。其连接的可靠性关系到整个建筑的安
2、全。 汶川地 震 后 建 筑 抗 震 设 计 规 范 经过多次修订， 大幅提高了钢柱脚连接的承载 力要求， 足见柱脚节点的重要性。 钢柱脚连接形式主要分为外露式、 外包式、 埋入 式、 插入式。其中外露式柱脚是由预埋在混凝土中 的锚栓将钢柱固定于基础短柱上。而锚栓在混凝土 中的锚固长度直接关系到锚栓的承载力。锚固长度 过短有可能发生锚栓从混凝土拔出或混凝土拉锥体 （ 从锚栓端部起以放射状朝外部的圆锥体） 冲切破 坏， 使柱脚连接失效； 锚固长度过长则造成浪费， 提 高建筑造价， 当基础短柱较短或桩基承台埋深较浅 时还将使锚栓埋设困难。 目前国内有多个文献 提到锚栓的锚固长 度。假设锚栓材质为
3、， 基础混凝土为 ， 文 献 要求如图所示的型、 型锚栓锚固长 度为 （ 为锚栓公称直径） ， 型锚栓锚固长度 为 ； 文献 要求型锚栓锚固长度为 ， 型锚栓锚固长度为 ， 型锚栓锚固长度为 ； 文献 要 求 型、 型、 型 锚 栓 锚 固 长 度 为 。文献 对锚栓的类型及锚固长度没有具 体规定， 但要求锚固长度（ 不含弯钩） 不小于 。 对于型锚栓， 文献 要求的锚固长度比文献 长 ， 型锚栓锚固长度文献 比文献 长 。各文献对锚固长度的规定不仅不统一， 而且差异悬殊。若文献 的规定是正确的， 则按其 他文献设计的锚栓将存在极大的安全隐患， 反之则 浪费惊人。 文献 要求锚栓的锚固长度应按
4、 建筑地基基础设计规范 执行， 又指出锚固长 度应满足 混凝土结构设计规范 要求。 给出了钢筋的基本锚固长 度计算公式 （ 式中，为钢筋的抗拉强度 设计值） 。对于的取值， 文献 认为 材质 的锚栓相当于 ， 根据 其抗 拉强度设计值应为 ， 但文献 认为设计 锚栓时， 应按照 钢结构设计规 范 中规定的锚栓抗拉强度设计值取 ， 其值 是前者的。由此计算出的锚固长度也是前者的 。孰是孰非， 规范及其相应的说明中并不明确， 实际工程中各种做法均有。 唐 潮， 等： 锚栓的锚固长度及构造要求 钢结构 年第期第 卷总第 期 型； 型； 型； 型 设计柱底标高；高于基础混凝土强度等级的细石混凝土找平层
5、； 设计基础标高；锚板；穿孔塞焊；厚 筋板；螺母 图 锚栓类型 出现这种混乱的现象源于目前规范及文献大多 只介绍设计方法却忽略了其原理。因此， 需要从锚 栓的受力及其破坏模式来分析其合理的锚固长度。 锚栓的破坏模式及其锚固长度 锚栓的破坏模式有种： ） 锚栓受拉屈服； ） 混 凝土拉锥体冲切破坏； ） 锚栓与基础混凝土间黏结 破坏。 第种模式是构件破坏， 其余两种情况属于节 点连接破坏， 从“ 强节点弱构件” 角度考虑， 第、 种 破坏模式是不允许出现的。 锚栓受拉屈服 按承载力极限状态设计法， 锚栓受拉屈服时， 其 承载力设计值为： （ ） 式中： 为锚栓抗拉强度设计值；为螺纹处锚栓 有效面
6、积。 混凝土拉锥体冲切破坏 以单个锚栓为例， 参考 集中 荷载作用下， 不配置箍筋或弯起钢筋的板的受冲切 承载力计算方法， 可得混凝土拉拔锥抗冲切承载 力为： （ ） 其中 （ ） 式中： 为计算截面的周长， 取距离锚栓周边 处垂直截面的最不利周长； 为锚栓锚固长度。 当为锚栓群时， 应考虑群锚效应对抗冲切承载 力的影响， 详见文献 。则： （） （ ） 假设锚栓受拉屈服的同时， 拉锥体冲切破坏， 由 可得： （） （ ） 其中，（ ） ， 式（） 中因子偏安全 地取为， 则有： （ ） （ ） 则： 槡 （ ） 当锚栓材质为 时， 不同混凝土强度等级 所需的锚固长度见表。 表 混凝土拉锥体冲
7、切破坏时锚栓的临界锚固长度 混凝土强度等级 锚栓锚固长度 锚栓与基础混凝土间黏结破坏 要计算钢筋与混凝土的黏结承载力， 首先需要 确定钢筋与混凝土连接的黏结强度。对于光圆钢 筋， 其在混凝土中的黏结承载力 （ 式中， 为钢 筋 黏 结 锚 固 强 度） 。钢 筋 受 拉 承 载 力 ， 假定钢筋受拉屈服时， 其与混凝土的锚固 黏结也发生破坏， 此时钢筋的锚固长度为临界锚固 长度 ， 由 ， 则有： （ ） （ ） （ ） 由 可得钢筋锚固长度为： （ ） 式中： 为锚固钢筋的外形系数（ 对于光圆钢筋 ） ；为钢材抗拉强度设计值， 中相应的符号为。规范确定的锚栓锚固长度应大 于临界锚固长度 而小
8、于极限锚固长度 ，将 其代入式（ ） ， 可以偏保守地得到： 科研开发 （） ， ， （ ） （） （ ） 对于光圆钢筋则有： （ ） 由此可见， 钢筋与混凝土的黏结锚固强度大于 混凝土的抗拉强度设计值。文献 ， 认为， 钢筋 与混凝土的黏结锚固强度取混凝土抗拉强度设计值 偏于保守。 锚栓受拉屈服时，其承载力 ，假 定锚栓受拉屈服 时， 其 与混 凝土 锚 固 黏结 破坏， 则有： （ ） （ ） 将式（） 代入可得： （） （ ） （ ） （ ） 其中锚栓有效直径 ， 则： （ ） （ ） （ ） 由“ 强节点弱构件” 的结构设计概念可知， 当杆 件破坏时， 其连接节点不允许发生破坏。因此， 实际 设计使用的锚栓锚固长度应大于上述求得的临界锚 固长度 ， 参考 中通常要求节点 连接强度为构件承载力的 倍， 建议： （ ） （ ） 因此， 设计锚栓锚固长度时可以直接套用 给出的钢筋锚固长度公式， 但应以锚 栓的抗拉强度设计值 替代公式中钢筋抗拉强度 设计值。 当锚栓材质为 时， 不同混凝土强度等级 所需的
