基礎錨栓外露長度不足,該怎辦?

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。

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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℃(即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45度。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。

表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 23.2 4
Gr55 75 56.3 37.5 30 4
Gr105 125 93.8 62.5 50 3
A449 120 90 60 48 1
105 78.8 57.5 42 1-1/2
90 67.5 45 36 3
A36 58 43.5 29 23.2 4
A307 58 43.5 29 23.2 4
A354 GrBD 150 112 75 60 2-1/2
140 105 70 56 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。

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圖1 套接螺帽工法【1】

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


表2 套接六角螺帽之規格(材質ASTM A563 Gr.A)

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吋),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。

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圖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。

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圖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.AISC(2006)。Design Guide No.1,2nd edition,AISC。
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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