预埋件锚固深度不同对受力的影响分析

    李洋 杨小虎

    

    

    

    摘要：埋件分为预埋和后埋，预埋又可分为平埋和槽埋。在我国实际工程中，由于对槽式埋件研究少，在幕墙行业中，现主要以平埋为主。本论文通过亚纲工贸大楼拉索幕墙根部连接，因其对埋件人为截断，采用软件ANSYS进行截断前后位移及应力分析对比，发现截断前后对位移影响小，对应力分布影响比较大，在工程实际中需要重新考虑。

    关键词：预埋件；后锚固技术；幕墙；受力

    0 引言

    随着建筑业的快速发展，在我国，高层、超高层的建筑日益增多，加上人工费的增加，为节约项目的工程成本，施工单位对施工技术要求需要提升。传统的幕墙施工以框架式为主，单元式幕墙则是在传统幕墙施工方法基础上形成的一种新型施工工艺，由于其施工效率高、质量安全系数高、环保节能等优势，在高层、超高层幕墙结构中被广泛应用。单元式幕墙与主体结构一般采用预埋件连接，通常分为：平板预埋件和槽式预埋件。中国于1984年引进槽式埋件技术，并在北京长城饭店项目中首次应用[1]。

    与平板预埋件相比，槽式埋件有其加工工艺简单、价格便宜、施工非常方便等优势，但是槽式埋件技术研究相对落后，并且承载力远远小于平板预埋件，因此在我国投入项目使用的仍比较少[2]。

    当结构无法进行预埋时，则主要采用后锚固技术，比如：旧房改造、结构加固、装饰装修等。采用后锚固连接，其作用的受力性能与基材种类（比如混凝土强度）密切相关，破坏形式较多且复杂。在我国幕墙工程中，后锚固技术在工程的使用范围被人为扩大化。对于幕墙的新建工程，现场施工人员不按施工图施工，根部连接时，无法使用预埋件固定造成预埋件大量浪费而被迫使用后锚固；并且多个幕墙工程，是基于主体施工过程中或结束后再由业主进行招标及二次设计，这就导致幕墙工程与主体结构的连接在主体结构完工后必须采用后锚固连接技术[3]。

    1 项目及问题描述

    项目名称为亚钢工贸大楼，项目地点在深圳平湖区，工程使用年限为50年，基本风压为50年一遇，其值为0.75kN/m2，地面粗糙度类别为C类，抗震设防烈度为6度，设计基本加速度值为0.05g，多遇地震作用下框架结构的弹性层间位移角限值为1/800，耐火等级为一级，建筑物防雷类别为二类，结构形式为钢筋混凝土框架结构。

    大楼首层面板采用10+12A+10中空双银Low-E玻璃，结构采用拉索固定，垂直拉索间距为1.5m，拉索高度为11.7m，拉索直径为32mm，混凝土采用型钢混凝土，混凝土中心线距玻璃面板距离为3.15m，如图1。

    拉索与主体结构连接采用平板预埋，锚板大小为600×600mm，厚度24mm，锚筋采用HRB400、直径25mm的钢筋，4排4列，总共16根钢筋，钢筋和锚板采用穿孔赛焊连接，如图2。

    由于预埋件钢筋长度太长，中间四根钢筋与型钢截面在三维图中交叉，因此需要裁断钢筋交叉的部分，余下的距离为200mm，如图3。

    由于截断后锚筋与截断前传力路径改变，因此埋件内力也会因此局部发生改变，通过对两种情况建立以ANSYS为计算手段来分析模型，并对比计算结果，为施工及技术人员做一个参考。

    2 计算结果对比

    未剪断之前与未剪断之后的整体位移对比，如图4、图5，可以看出，截断前后位移分别为：0.4719mm，0.4266mm。由于位移比较小，为了更直观地对比，采用百分比，即：位移差比=（截断前-截断后）/截断前，因此，截断前后位移差比为：11.11%。可以看出：当钢筋截断后，整体位移变小，这是因为钢筋截断后，直接与工字钢焊接，其约束靠近拉索外力作用点，符合力的传递按“就近原則”。

    由于此结构位移变形很小，为了更直观地说明，主要采用应力作为对比条件。

    以锚筋、埋件、加劲板分别做应力对比：

    钢筋截断前后钢筋应力云图对比如图6、图7：钢筋截断前、后钢筋最大应力为194MPa、142MPa，类似于位移差比的定义，截断前后应力差比为26.8%。这是因为截断前，钢筋承受的力按照从一侧向另一侧减小的顺序承担，当截断后，因“就近原则”，截断部分的钢筋承受的力会比更长的锚筋承担的力更大。

    钢筋截断前后埋板顶部、底部应力图如图8.图9、图10、图11：钢筋截断前、后埋板最大应力分别为109MPa、72MPa，截断前后埋板应力差比为33.9%0从图9和图11中可以看出：钢筋截断前，埋板顶部靠近最右面一排应力比较大四根钢筋应力大小几乎一样，往左方向的第二排应力比第一排小很多，第一排与第二排应力距钢筋中心越近则越大。从图8和图10可以看出：钢筋截断后，埋板应力分布已发生改变，在靠近拉索处的内侧埋板应力大于最外排埋板应力。

    钢筋截断前后加劲板应力图如图12、图13：钢筋截断前、后最大应力分别为138MPa、147MPa，截断前后加劲板应力差比为6.1%。从图12、图13可以看出：钢筋截断前后对加劲板应力的大小、影响范围比较小，这是因为加劲板的数量过多，使整体此处钢构连接成为一个刚体。

    3 总结

    通过计算不难发现：钢筋截断前后，整体位移沿着拉索一侧向另一侧逐渐减小的规律；但对于钢筋、埋板、加劲板的应力分布则按照力传递时的“就近原则”，在钢筋截断后，截断后的钢筋承担了大部分力，从而导致埋板、钢筋应力分布与截断后呈现出不一样的规律，通过对比，钢筋、埋板最大应力为194MPa，小于《钢结构设计规范》规定的值235MPa，因此，符合设计要求。不过，值得一提的是：在实际工程中，钢筋截断后，主要以应力作为控制指标，对截断后钢筋、埋板需要重新考虑是否符合其承载能力的要求。

    参考文献：

    [1]郑圆圆，刘祖华，袁苗苗.PEC锚固槽钢拉拔试验研究[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2013，31（1），25-30）.

    [2]罗生宏.单元体幕墙槽式预埋件安装技术[J].铁道建筑技术，2017（11）：116-119.

    [3]张福生，夏振华.对幕墙工程施工中存在部分问题的探讨[J].工程质量，2013，31（10）：55-57.