既有建筑物工程结构鉴定与加固的基本程序是什么

浅谈既有建筑鉴定与改造加固（十四）

植筋与锚栓

王锁军

奥福科技有限公司

（原北京蓝图工程设计有限公司）

一

植筋的基本要求

混凝土加固离不开植筋（或植螺杆），对设计和施工要求都很高，值得单独说下。

《混凝土结构加固设计规范GB50367-2013》的植筋锚固是针对钢筋植筋锚固于符合要求的混凝土基材而言的，如果植在混凝土标号太低或比如破碎混凝土上、素混凝土上（或植筋侧配筋率低于0.2%）是不能按此规范执行，得想其它办法。悬臂构件植筋混凝土基材不得低于C25,一般构件不得低于C20。混凝土植筋处有局部缺陷时必须修复后进行或采取其它措施。

植筋要注意不要植在地震时发生塑性胶区域和受拉严重区域，应植在受压区和不开裂区域。

植筋采用的结构胶有专门的要求，比如钢筋植筋大于22mm时采用A级结构胶。什么是结构胶、结构胶什么材料组成的、性能如何？关于材料这块，我们单独论述。
采用结构胶的环境温度不能长期大于60度。一般民用建筑是没有问题的，但对于热厂房等工业建筑，就要慎重选择了。

二

植筋锚固长度的计算

植筋和新浇筑钢筋混凝土构件不同，只能是直的，不能带弯折等机械锚固，其粘结方法是预钻孔灌结构胶，为了保证粘结力，只能采用螺纹钢筋（不能采用光圆钢筋）或螺杆。其锚固深度需要计算确定。

为了给读者一个直观概念，我们以一根Φ25钢筋（fy=360N/mm2、491mm2）、混凝土强度等级C30（ft=14.3N/mm2)的植筋为例做计算。

规范假定植筋只承受轴力。实际上新增梁通过锚固筋连接于原混凝土上，植筋的钢筋一定也承受很大的剪力，尤其新增梁。所以要特别注意植筋的抗剪问题，因为规范未考虑纵向受力钢筋的抗剪问题，所以需要另行解决，比如依靠新旧混凝土之间的咬合力，或增加抗剪健钢筋等，我们单独讲。再者规范植筋是按完全利用其抗拉强度考虑，换句话说，如果植筋没有利用其抗拉强度时，可以减少其锚固深度。不过规范并没有明确这样说，我认为可以按其实际应力与充分利用其强度的比值按比例减少，但这要求确定的数据支持才可以采用，当端部弯矩较少且植筋操作困难时可以考虑。抗震构件的抗侧力构件不建议折减，但由明确的数据支持也是可以进行折减的。

植筋的深度应该足够深以避免混凝土呈锥体那样被拉出的劈裂破坏，也要避免胶体粘结失效的拔出，所以要满足深度和胶体粘结力两个方面。

注意，钢筋植筋大于22，必须采用A级胶。混凝土锚固基材的强度等级、保护层厚底、箍筋、植筋直径都影响系数

，本例

=1.05。

而植筋胶的等级、植筋间距边距和混凝土强度等级影响结构胶的强度设计取值

，本例为4.0。

上面是计算的基本锚固深度，植筋锚固设计深度如下：

其中

规范规定如下：

本例计算为：

非抗震时

8度抗震时为1.25X21d=26d。

我们对比下一般混凝土构件充分利用钢筋强度的锚固长度，非抗震时为35d,二级抗震时为40d。显然植筋的锚固长度明显低于一般的锚固，这是结构胶的强大的粘接作用带来的。

三

植筋的构造

看这个规范的条款：

看受拉钢筋的最小尺寸比受压的还小，这个和我们理解的矛盾了，虽然有专家用了神秘的语言解释过，但我还是无法理解。大家可以想一想，前面说过规范的计算依据是按充分利用其抗拉强度进行计算锚固深度的，没有提到折减，我文中提到了什么情况可以折减，但是是有限度的折减，而这个构造尺寸是折减0.3，岂不是折减得太多了，这样的构造要求有什么意义呢，而0.6反而感觉是可以接受的。

反过来看，《混规》规定受压钢筋是受拉钢筋锚固长度的70%，即使孔端有缝隙，钢筋的受压产生的粘结切力和受拉切力没有区别，所以这样的构造深度要求令人不解。符合规范又比较可靠的方法是按都不小于0.6的锚固深度。

植筋间距《混凝土结构后锚固技术规程》规定：植筋与边缘间距不得小于5d，且不得小于100mm，当混凝土内配置的箍筋较大时也可以适当减小。植筋间距不得小于5d。新增梁的纵向钢筋的间距很难满足这个要求，设计时要注意。

不同的植筋间距，植筋胶的强度取值也有不同：

植筋孔径要求如下：

很多时候植筋需要与接长钢筋焊接，要注意焊接点与混凝土表面的距离，并采取冰水浸渍措施，见上图15.3.6。

对如下情况应现场检测锚固是否符合破坏发生在钢筋屈服上（混凝土结构后锚固技术规程附录C)：

1 安全等级为一级的构件；

2 悬挑结构构件；

3 对后锚固参数有疑问；

4 对该工程锚固质量有怀疑。

三

锚栓的锚固

锚栓与植筋不同，植筋一般是变形钢筋或螺杆（固定钢板埋件用）在事先钻好的直孔中通过结构胶的粘接实现抗拔力的，而锚栓一般是首先利用锚栓群固定钢板，钢板再与钢构件焊接。锚栓是在工厂加工制作的组件，先用成套的设备在混凝土基材上予钻孔（或扩底孔），再放入锚栓，通过锚栓的构造完成自扩底、模扩底、胶粘模扩底、特殊倒锥形胶粘型等锚栓实现其锚固力的（自攻钉、普通膨胀螺栓类不属于锚栓，不得用于结构受力构件，锚栓对混凝土基材的要求更高，详见规范有关规定）。

这里的胶粘锚栓也就是过去俗称的化学锚栓，但锚栓的用胶是产品提供的成套产品，包括施工钻孔机具、拉紧设备、施工工序、操作规程都是配套的。

要想确定锚栓承受的荷载首先要通过锚板的锚栓群受力特点计算出每个锚栓的拉力、剪力（一般不考虑锚栓受压和受弯），《混凝土加固技术规范》附录F和《混凝土结构后锚固技术规程》都给出了计算方法，这个计算方法和钢结构地脚螺栓受力的计算原理类似，不再赘述。

知道了单个螺栓的拉力和剪力，就可以验算锚栓的承载力了，锚栓的承载力能力如下：

计算锚栓的承载力有两个层面，一是锚栓杆本身的承载能力，二是锚栓与混凝土的锚固破坏（混凝土劈裂、边缘楔形受剪、锚栓被拔出等）。很多构件都是两个层面考虑其承载力的，比如桩，一是桩本身的承载能力，二是桩与土之间作用的承载能力，都是分别计算取较低者。

首先计算锚栓螺杆自身强度。应按单独受拉、受剪和拉剪三种情况单独计算。受拉的承载力计算如下：

锚栓的设计强度：

锚栓受拉剪的计算公式，可以按下面的计算方法：

也可按下面的公式：

其中σ为拉力算出的锚栓正应力，τ为剪力计算出的锚栓剪应力。

我们以一个4根M14锚栓的锚板为例继续计算。

锚栓的埋入深度都是产品的固定参数，我们暂时不管。

一根M16锚栓螺杆的抗拉承载力为：

杠臂示意图如下：

一般情况下，后埋板都会紧贴在混凝土表面，不会有如图中那样的悬空段，如果因为有松软的材料夹在混凝土结构和埋板之间，就是所谓的土中的杠臂。

我们假设埋板与混凝土结构面间有20厚的砂浆面层，则抗剪承载力为：

这个抗剪能力太小了，换句话说，对于有杠臂的锚板，几乎丧失了抗剪能力。但抗剪能力丧失了，并不一定意味着破坏，因为锚栓因较大的变形，转变成了抗拉和抗弯（因抗弯能力较低，大部分变成了抗拉），构件不至于塌落下来。因为较大的切向变形，可能会导致构件支座的假定条件发生变化，而产生巨大的内力重分布，造成不符合设计要求。

大家仔细看下图,即使锚板紧贴于混凝土表面，从理论上仍然有杠臂，即埋板厚度的一半与0.5d之和，本例是15mm。

我们按15mm计算下其抗剪能力：

这个抗剪能力还是非常小，不符合实际情况。因为此时的锚板不会发生如下图中的变形。

《混凝土结构后锚固技术规程JGJ145-2013》中，对此进行了规定，避免了这种情况。

这里明确提出了锚板与混凝土之间的垫层强度不能太低。比如面层砂浆，装饰的木板更不行，所以实际工程中一定要求，清楚面层到混凝土表面，能利用其之间的摩擦力将是设计的安全储备。

我们现在说锚固锚栓的混凝土基材的承载能力。

混凝土基材的破坏形式分三种：

混凝土呈锥形块体被拉劈破坏。

混凝土边缘呈楔形体被剪脱的破坏：

拉、剪组合作用的破坏，读者可以想象上面两个图形组合在一起的样子。还有其它的破坏形式，比如剪撬破坏，因锚孔过紧的劈裂破坏等难于计算，应通过构造形式避免。

锚栓一般是一群，如果这些锚栓之间的距离最够远，且边锚栓距离混凝土构件边界足够远，我们就可以不考虑锚栓之间的互相影响，按单个锚栓的承载力之和来计算。但是如果这些距离比较近，就要考虑锚栓之间的互相影响进行计算，但必须限制其间距即边距不能小于多少。

上图中的

是任何时候都不能小于的限值。而

则是当大于这个数值时，计算可以不考虑群锚之间的相互作用按单个锚栓承载力之和，否则计算时要考虑锚栓之间的相互作用。

我们顺便把锚栓的构造要求一块说下。

锚栓都是工厂制作生产的定型产品，其锚固深度也是按期直径确定了的，一般产品都会符合这个长度要求的。但任何时候都要按上述的抗震埋深要求进行下复核。

以下简述锚栓混凝土基材的抗拔承载力计算，比较复杂，请大家耐心些。看懂这个计算过程就够了，要求高的，应按规范公式手算一遍加深印象。实际工作中不可能都去手算，一般应该由专业厂家提供专用程序计算的计算书，但工程师应该了解计算原理，以便进行审核。有经验的工程师也可在满足构造要求的情况下，估算承载力并有较大的设计储备。

仍以上面的例子进行计算（按后扩底锚栓）：

如何算：

我们按锚栓边距和间距符合不考虑互相影响的构造进行计算(锚栓边距150，间距300）：

显然混凝土基材的抗拔承载力比锚栓本身承载力73KN低一倍还多。

当锚栓的间距较小，即介于互不影响和最下间距之间时，应该考虑锚栓互相影响，这个计算更复杂，受拉承载力肯定小于32KN,有兴趣得可以试算下。

我们现在看下混凝土基材的受剪承载力计算。

如果按满足锚栓之间不影响时，这个比值为4（即4棵螺栓）

=4×1.08=4.32;=8514×4.32=37KN。

按螺栓自身的抗剪计算承载力为41KN，两者接近。本例是按锚栓边距150计算的，若边距大于该数或锚栓群距边缘很大时，不会发生混凝土的剪切破坏，而是锚栓自身的抗剪破坏。

当边距较小，锚栓之间的距离较小时，其抗剪能力一定小于上述的计算，此时很可能发生混凝土的剪切劈裂破坏。比如下面的图：

这个计算起来非常的复杂，实际工程中一定要慎重。

有一本专门的《混凝土结构后锚固技术规程JGJ145-2013》，其锚栓的计算方法非常复杂，其编写逻辑是，当锚栓的边距和间距如何如何时，其计算方法是什么，计算公式和众多的参数有关，多的工程师完全无法掌握甚至仅仅理解其意义也不可能，似乎是专门给软件准备的，但是这个和一般的公式不一样，它是当锚栓的边距和间距如何如何时，受力情况如何如何时，采用那个公式计算，需要工程师和软件输入参数互动，而这个几乎工程师难以做到，所以这本规范的计算公式几乎是个炫技的规范。

地震作用下，锚栓的承载力应该乘以一个降低系数（混凝土结构后锚固技术规程）：