地脚锚栓锚固长度要求及基本原理详解：工程实践中的关键问题

问题的由来

查阅关于“地脚锚栓（螺栓）”的相关资料，发现公众号里已经有不少文章对这个问题进行了探讨。这些文章把多种规范和手册都罗列了出来，并且都提到了基础预埋地脚锚栓（螺栓）的锚固长度要求。

这个问题为何会成为讨论热点呢？主要是在工程实际里，碰到了许多关于地脚螺栓的问题。例如：

上面提及的内容包含两个方面的问题，接下来我们先详细谈谈“锚固长度”这一方面的情况。

锚固的基本原理

地脚锚栓是如何在混凝土中牢固固定的呢？

主要是借助锚栓与混凝土之间的“粘合”来达成受力的目的。这种“粘合”作用包含以下几个方面：犹如胶水般的粘结作用、两者表面产生的摩擦作用、材料之间的咬合作用以及机械方面的卡固作用。锚栓的牢固程度是由这些因素所决定的。

许多规范和手册都对地脚锚栓的“锚固长度”进行了论述。它们都有着同一个基本原理，那就是需要符合《混凝土结构设计规范》第 8.3 条中关于钢筋锚固的相关规定。

以混凝土 C40 为例，还有锚栓 Q345 且表面为光圆，经过试算之后的结果是 17d。

设置锚板时，可以乘以 0.6 系数；在考虑抗震的情况下，就再乘以 1.1 系数。

这个结果与规定要求的 25d 相比，相差一倍多。这说明尽管原理相同，但是基础的预埋锚栓存在不少其他复杂因素需要考虑。那么会有哪些因素呢？

有读者会感到疑惑，为何会与印象中钢筋锚固的常用倍数相差如此之大呢？主要原因在于 Q345 的锚栓，其抗拉设计值仅为 180，然而 HRB400 的钢筋的抗拉设计值却是 360。

聊到这里，需要提及的是，在电力基础规范中，将 Q345 的锚栓值提升到了 200，并且锚固长度的最小要求也相应地有了大幅提高。

锚固长度

许多规范和手册都提及了地脚锚栓的“锚固长度”。概括起来，大致有以下三种类型：

1. 门刚厂房类

锚栓端部需要设置弯钩或者锚件。最小锚固长度与钢材以及混凝土的强度等级存在关联。

2. 多、高层钢结构建筑类

非受力锚栓，其长度不宜小于 20d。若锚栓直径大于 40mm，在端部焊接锚板后，长度可变为 12d。而对于受力且重要的锚栓，其长度不应小于 25d。

3. 电力杆塔的高耸结构类

电科院编制的专题报告结论表明，地脚锚栓的锚固长度通常会选取 35d。并且，在条文说明中，也将 35d 设定为了最小要求。

ACI 318 规范里没有对最小锚固深度作出规定，只要有效锚固深度能够抵抗拔出力就可以了。ASCE 锚栓报告提出最小锚固深度应为 12 倍锚栓直径。

国内外的差异

国内规范规定的锚固长度设计，主要是依靠表格、构造以及经验公式。它没有详细地将混凝土破坏以及基础竖向钢筋等对承载力的影响体现出来。

国外的规范更关注单个锚栓的承载力、破坏方式等。

对比之后可以发现，国内规范在对地脚螺栓抗拔能力进行计算时，其计算方法或许过于保守。同时，混凝土破裂承载力的计算公式也还需要进一步改进。并且，现行的锚固长度规定较为简单，难以根据甲方的成本需求来进行精细化的设计优化。

小结

保守的设计有个益处：遇到意外状况，比如锚固长度稍微短了些的时候，不用慌张，也不用担心睡不着觉。

不好的地方在于可能会出现浪费的情况，会使工程成本增加。尤其在为了满足锚固长度而需要增加基础埋深的时候，这种情况更为明显。

7. 臧祥生等在《建筑钢结构进展》2021 年 23 卷 04 期开展了四组合焊接锚板型地脚螺栓抗拔承载力试验研究。