钢结构厂房钢柱地脚螺栓常见偏差的处理全

钢结构厂房钢柱地脚螺栓常见偏差的处理由于钢结构厂房具有制造简单、工业化程度高、施工周期短、抗震性能好等优点，自20世纪90年代起在我国大规模的工业基础设施建设中被广泛采用。但由于钢结构设计单位、施工单位专业水平良莠不齐，造成工程质量偏差时有发生。对于上部钢结构的加固方法很多，书籍论文提及较多，但对钢结构厂房钢柱地脚螺栓常见偏差的处理却论述较少。钢结构厂房钢柱地脚螺栓常见问题体现为以下三种情况：1)地脚螺栓在基础内锚固长度不够；2)地脚螺栓标高有偏差，外露长度不足；3)地脚螺栓平面定位有偏差。本文作者结合多年来的设计及施工配合经验，将实践中使用过的一些厂房柱脚连接偏差的处理方法进行了总结。1.地脚螺栓在基础内锚固长度不够的解决方案GB50906—2013机械工业厂房结构设计规范第7.4.2条规定如下：“露出式柱脚基础……柱脚锚栓在基础中的埋置应满足锚固要求，埋入长度不应小于其直径的25倍”，当柱脚锚栓埋置深度小于其直径的25倍时，则不满足规范要求。建议采用以下方案进行处理：1)对于没有吊车的门式钢架厂房的柱脚多按铰接支承设计，此时根据计算，如果柱脚使用中并不承受拉力，且柱脚锚栓锚固长度不小于15d时，柱脚锚栓可不做处理。理由如下：地脚螺栓在基础内的锚固长度，设计院大多是根据《钢结构设计手册》或《混凝土结构构造手册》的有关钢锚栓选用表按20d～25d(d为锚筋的直径)设计的。而参照GB50010—2010混凝土结构设计规范第9.7.4条“预埋件锚筋中心至锚板边缘的距离不应小于2d和20mm”时，“受剪和受压直锚筋的锚固长度不应小于15d”的规定，对于构造锚栓只要锚固长度不小于15d就不用修改，但要做好安装过程中钢柱的稳定保护工作。2)当为刚接柱脚时，锚栓需承受柱脚弯矩和轴力组合作用下产生的拉力，并兼做安装过程固定用。应按照《混凝土结构设计规范》第8.3.1条的规定精确计算锚固长度。若仍不满足，则可根据地脚螺栓实际应力比按照GB50010—2010混凝土结构设计规范第3.2.4条“当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正”进行锚固长度折减。3)按照前两种方法处理仍不能满足时，可根据《混凝土结构设计规范》第8.3.1条“当锚固钢筋的保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横向构造钢筋”的规定，只要柱脚底板和基础顶面之间采用灌浆料填实空间的宽度大于5倍地脚螺栓的直径时，可将基础灌浆层厚度计入总锚固长度。由于GB50906—2013机械工业厂房结构设计规范第7.4.3条规定“露出式柱脚基础……：地脚锚栓中心至基础顶面边缘的距离，宜大于地脚锚栓直径的5倍，且应大于150mm。”所以一般情况下灌浆层厚度均可计入总锚固长度。4)当采用前三种方案螺栓的锚固长度仍不能满足要求时，可将基础短柱周边钢筋的保护层局部凿开，通过连接钢筋将短柱纵筋与柱脚直接焊接连接在一起。锚固长度偏差较小时，连接钢筋可直接与钢柱柱脚底板焊接；锚固长度偏差较大时，连接钢筋应与钢柱柱脚加劲肋焊接，扩大钢筋与柱脚底板的夹角，以获得较好的受力性能。需连接钢筋的具体根数应通过需要补充的锚固力计算确定。5)如以上4种方法未能解决螺栓的锚固长度问题时，则只能将基础短柱拆除，重新埋设地脚螺栓，此时应注意不能为了满足锚固长度将基础最上面一级台阶拆除，否则将会造成施工冷缝，影响结构安全。实践中可以采用将L型锚栓改为带锚板的形式，以减小螺栓的锚固长度，同时也避免了拆除基础最上面的一级台阶。2.地脚螺栓标高有偏差、外露长度不足的解决方案GB50755—2012钢结构工程施工规范第11.3.2条中地脚螺栓(锚栓)的允许螺栓露出长度是+30mm和-0mm。CECS102∶2012门式刚架轻型房屋钢结构技术规程第8.2.7条中地脚螺栓(锚栓)的允许偏差为+10mm和-0mm。超出则不能满足规范要求。建议采用以下方案进行处理：1)当螺栓外露长度的标高偏差为10mm以内，但安装时仍能保证其丝扣有两个螺帽的长度时可不做处理。2)当螺栓外露长度偏低大于10mm，但安装时拧紧一个螺帽后的外露丝扣长度大于10mm时，可在将螺母紧固后，用尖锤或钢冲在螺栓靠近螺母上平面的螺纹处进行对称点铆3处～4处，使螺栓上的螺纹被铆成乱丝呈凹陷，阻止螺母无法旋转起到永久防松的效果。3)当螺栓外露长度偏低较多时，需要把螺栓割掉用同直径螺栓将其接长，当螺栓直径不大于36mm时，两侧加焊帮条钢筋即可；当螺栓直径大于36mm时需呈品字形加焊三条帮条钢筋，帮条钢筋的截面面积不宜小于原螺栓截面面积的1.3倍，并不宜小于φ16mm，焊缝长度按螺栓全截面受拉所需的焊缝受剪承载力确定。4)当螺栓外露长度偏低较多(>100mm)时,如果有加工条件也可采用比原地脚螺栓直径大1倍的铁件加工成内丝扣套在原螺栓上接长。5)如果地脚螺栓过高时，可将高出部分割去重新套螺纹即可。3.地脚螺栓平面定位有偏差的解决方案CECS102∶2012门式刚架轻型房屋钢结构技术规程第8.2.7条中地脚螺栓(锚栓)的允许中心偏差为不大于5mm。GB50755—2012钢结构工程施工规范第11.3.2条中地脚螺栓(锚栓)的允许螺栓中心偏移也是不大于5mm。建议采用以下方案进行处理：1)一般情况下偏差不大于10mm时，可以调整底板的螺栓孔位置，即扩孔扩为长圆孔来调整。此时螺栓孔垫板和平垫圈也应根据扩孔大小适当加厚，使垫圈、垫板能保证提供给螺母足够的承压力。2)地脚螺栓中心偏差大于10mm、不大于1倍螺栓直径，且地脚螺栓直径不大于36mm时，可以采用弯曲螺栓方式；当地脚螺栓直径大于36mm时，采用弯曲螺栓方式时必须在弯曲部位焊上锚固钢板，锚固钢板焊缝应通过计算决定，如图4所示。弯曲螺栓施工时应注意以下三点：a.螺栓弯曲时应按6∶1的比例进行，并将弯曲部分埋入混凝土中，基础表面距第一个弯点大于100mm。b.采用氧—乙炔焰加热弯曲螺栓时，温度应控制在700℃～800℃范围内；施工应考虑防雨措施以防发生淬火作用；采取措施隔绝火焰的影响，以免烧到混凝土面和露出的钢筋上。c.螺栓弯曲应在混凝土强度达到75%以上时方可进行。必要时可凿除地脚螺栓周围部分混凝土形成局部操作坑，待施工完毕后用高强度细石混凝土灌实。3)地脚螺栓中心偏差大于1倍螺栓直径时，如果钢柱还未制作完成可以根据现有螺栓位置重新设计柱脚底板，如钢柱制作已完成可直接将地脚螺栓割除后，采用化学植筋方法重新埋设地脚螺栓。植筋时应先做拉拔试验以确定植筋长度。这里需要特别注意的是：螺栓偏心较大时不能采用弯曲螺栓方式，因为从受力角度看螺栓弯曲后上下两段受力不在一条直线上，而拉力在螺栓内产生一个力偶，而力偶产生的附加应力在原设计中并未考虑，因而增大了钢筋的总应力，有可能使其超过极限应力值使螺栓折断。并且弯曲螺栓受力后，弯曲部位被拉伸而给混