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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○五年六月十八日

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基礎錨栓外露長度不足,該怎辦?

陳純森 技師

前言

鋼結構之基礎錨栓(anchor rod),除了可以固定鋼柱外,亦可承受柱腳之彎矩所衍生之拉拔力(pull out force)。一般靜態基礎之錨栓,僅搭配一顆螺帽(nut)即可,但是在振動頻繁之基礎,為了避免螺帽因振動而鬆脫,須採用兩顆螺帽固定,如照片1所示。萬一錨栓外露之長度太短,無法鎖住兩顆螺帽時,可以採用彈簧墊圈(spring washer)替代平面墊圈(plain washer),利用彈簧墊圈吸收振動能量之特性,即使僅採用單顆螺帽,也可以防止螺帽鬆脫。

 

 

照片1 基礎錨栓之埋設

   

美國鋼構造協會第一號設計指南(AISC design guide No.1,2006),對於基礎錨栓之設計與施工,有許多務實之指導與建議,該指南建議可用之錨栓材質如表1所示。其中F1554之材質,可以冷彎或熱彎以做成彎鉤,直徑1吋以下者可以冷彎;直徑1吋以上者須加熱至650(1,200)再熱彎。僅有Gr.36之材質可以在工地加工彎曲,且彎鉤之角度須小於45o。錨栓做成彎鉤後,其彎折處不得有裂損,如果錨栓有拉力強度之需求,於彎鉤做成後應施作載重試驗。鋼結構工程在工地的安裝,常常由於疏於放樣與測量之管控,以致於所預埋之基礎錨栓外露長度太短,造成後續安裝之困擾。

1 基礎錨栓材質

ASTM 抗拉強度Fu 標稱拉應力 標稱剪應力 標稱剪應力 最大直徑(in.)
(ksi) Fnt=0.75Fu (X型)[b] (N型)[c]
  (ksi) Fnv=0.5Fu Fnv=0.4Fu
    (ksi) (ksi)
F1554 Gr36[a]

58

43.5

29.0

23.2

4

Gr55

75

56.3

37.5

30.0

4

Gr105

125

93.8

62.5

50.0

3

A449

120

90.0

60.0

48.0

1

105

78.8

57.5

42.0

1-1/2

90

67.5

45.0

36.0

3

A36

58

43.5

29.0

23.2

4

A307

58

43.5

29.0

23.2

4

A354 GrBD

150

112.0

75.0

60.0

2-1/2

140

105.0

70.0

56.0

4

註:[a]建議使用之材質; [b]剪力面無螺紋; [c]剪力面有螺紋

套接工法

AISC設計指南建議,錨栓須承受拉力而其外露長度不足時,可採用套接螺帽(coupling nut)方式接合,接合方法如圖1所示。在新舊錨栓之續接處裝設套接螺帽,套接螺帽之規格與尺寸如表2所示。為使套接螺帽能順利裝設,柱底板(base plate)必須擴大孔徑為2d+1/2吋,套接螺帽上方必須增設墊板(plate fillers),其孔徑為2d+1/8吋,d為錨栓直徑。

   

1 套接螺帽工法1

   

 

2 套接六角螺帽之規格(材質ASTM A563 Gr.A)

錨栓直徑 螺帽寬度 對角寬度 螺帽高度
(in.) (in.) (in.) (in.)

3/4

1-1/8

1-5/16

2-1/4

7/8

1-5/16

1-1/2

2-5/8

1

1-1/2

1-3/4

3

1-1/4

1-7/8

2-3/16

3-3/4

1-1/2

2-1/4

3-1/8

4-1/2

1-3/4

2-3/4

3-3/16

5-1/4

2

3-1/8

3-5/8

6

2-1/2

3-7/8

4-1/2

7-1/2

銲接工法

AISC設計指南亦建議,長度不足之錨栓,若採用F1554 Gr.36之材質,可採用對接電銲接合;惟若採用F1554 Gr.55之材質,則必須驗證錨栓之碳當量(Ceq)是否在0.45以下,方能對銲。對銲之細部可參考圖2方式,在錨栓續接處增設一片輔助端板(runout tab),厚度約6mm(1/4),錨栓之對銲,採用開槽式背剷之全滲透銲接(back gouge for CJP),完成錨栓對銲後,必要時可將輔助端板去除磨平。

   

2 錨栓對銲工法1

   

另一種銲接方法,可在錨栓兩側採用接力蓋板(splice)電銲,如圖3所示,但須採用與套接螺帽相同之錨栓孔方式處理,銲道與接力蓋板之強度須高於錨栓1.25倍之強度。

   

3 接力蓋板之銲接工法1

   

結語

雖然錨栓外露之長度不足有解,但畢竟不是正規的作法,乃是萬不得已且是不值得鼓勵的辦法。工程的品質要好,仍需從業人員做好事先量測與正確預埋,才是正途。 

【參考文獻】

1.AISC2006)。Design Guide No.1,2nd editionAISC

2.陳純森(2012)。鋼結構工程實務(第四版),科技圖書公司。

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