膨胀锚栓选用设计计算大纲

2/2膨胀锚栓选用设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业后锚固、锚栓相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）《膨胀螺栓》（GB/T22795-2008）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010，2015年版）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）《紧固件机械性能》（GB/T3098.1-2010）《混凝土后锚固连接构造》（14G308）1.2适用范围本大纲适用于混凝土基材的膨胀型锚栓的选用与设计计算工作，涵盖扭矩控制式膨胀锚栓、位移控制式膨胀锚栓，适用于非承重结构的固定、装饰构件固定、辅助设备固定等非抗震、非承重的锚固连接工况，可作为膨胀锚栓选用设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他后锚固、结构设计大纲形成完整的锚固连接设计体系。重要限制说明：根据《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）规定，抗震设防区的承重结构构件、直接承受动力荷载的承重构件，严禁使用膨胀型锚栓，此类工况应选用扩底型锚栓或化学锚栓。膨胀型锚栓仅适用于非开裂混凝土基材，严禁用于开裂混凝土、受拉区混凝土的承重锚固。二、基础设计参数计算2.1材料性能参数膨胀锚栓的核心材料性能参数，是承载力计算的基础，常规取值如下：锚栓钢材力学参数：弹性模量：钢材统一取2.06×10泊松比：钢材统一取0.3线膨胀系数：钢材统一取12×10-6mm/m屈服强度：4.8级锚栓取400MPa，5.8级取420MPa，8.8级取640MPa抗拉强度：4.8级锚栓取520MPa，5.8级取520~660MPa，8.8级取800MPa屈强比：要求≤0.85，保证延性性能混凝土基材力学参数：抗压强度标准值：C20取20.1MPa，C25取25.1MPa，C30取30.0MPa，C40取38.3MPa抗拉强度标准值：C30取2.01MPa弹性模量：C30取3.0×10基材状态：仅适用于非开裂混凝土，开裂混凝土需采用额外的折减系数，且膨胀锚栓不推荐用于开裂混凝土锚栓规格参数：

常规膨胀锚栓的规格与基础参数如下：M8：钻孔直径10mm，有效锚固深度hef=40\60mm，安装扭矩10\15NM10：钻孔直径12mm，有效锚固深度hef=50\80mm，安装扭矩20\25NM12：钻孔直径14mm，有效锚固深度hef=60\100mm，安装扭矩30\40NM16：钻孔直径18mm，有效锚固深度hef=80\125mm，安装扭矩60\80NM20：钻孔直径24mm，有效锚固深度hef=100\160mm，安装扭矩120\150N2.2荷载与作用参数荷载分类：永久荷载：恒载作用的拉力、剪力，分项系数1.2可变荷载：活载、风荷载、雪荷载，分项系数1.4动力荷载：反复荷载、冲击荷载，膨胀锚栓需额外验算疲劳，仅适用于低循环疲劳工况荷载组合：

承载能力极限状态的基本组合：

S参数说明：γG：永久荷载分项系数，不利时取1.2，有利时取γQ：可变荷载分项系数，取SGk、三、单个锚栓受拉承载力计算膨胀锚栓的受拉破坏模式包括：锚栓钢材破坏、混凝土锥体受拉破坏、锚栓拔出破坏、劈裂破坏，需分别计算各破坏模式的承载力，取最小值作为单个锚栓的受拉承载力。3.1锚栓钢材受拉破坏承载力锚栓钢材自身的抗拉承载力，是最基本的破坏模式，计算公式：

N参数说明：NRd,s：钢材受拉承载力设计值（NAs：锚栓的有效截面积（mm²），M8取39.7mm²，M10取58.0mm²，M12取84.3mm²，M16取157mm²，M20取fyk：锚栓钢材的屈服强度标准值（MPaγRs,N：钢材受拉承载力分项系数，取规范依据：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）第6.1.1条3.2混凝土锥体受拉破坏承载力拉力作用下，混凝土形成倒锥体破坏的承载力，计算公式：

N参数说明：NRd,c：混凝土锥体受拉承载力设计值（NNRk,c：理想状态下的锥体破坏承载力标准值，NRk,c=kfckhef1.5γRc,N：混凝土锥体破坏承载力分项系数，取ψc,N：边距修正系数，当边距c≥ccr,N时取1.0，否则取c/ψs,N：间距修正系数，当间距s≥scr,N时取1.0，否则取s/ψre,N：荷载偏心修正系数，偏心受拉时的修正，中心受拉取ψcr,N：开裂混凝土修正系数，非开裂混凝土取1.0，开裂混凝土取常规标准值：常规M12锚栓，C30混凝土，hef=80mm，理想锥体承载力约为25~30规范依据：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）第6.1.2条3.3锚栓拔出破坏承载力拉力作用下，整个锚栓从混凝土中被拔出的破坏，是膨胀锚栓特有的破坏模式，由膨胀件与孔壁的摩擦承载力控制，计算公式：

N参数说明：NRd,p：锚栓拔出破坏承载力设计值（NNRk,p：锚栓拔出承载力标准值，由产品型式检验报告确定，常规M12锚栓约为20~25γRp,N：拔出破坏承载力分项系数，取ψc,p：边距修正系数，中心锚栓取1.0，边缘锚栓取ψcr,p：开裂混凝土修正系数，非开裂混凝土取1.0，开裂混凝土取说明：拔出破坏是膨胀锚栓的控制破坏模式之一，其承载力通常低于锥体破坏，是设计的控制项。规范依据：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）第6.1.3条3.4劈裂破坏承载力拉力作用下，锚栓的膨胀应力导致混凝土边缘劈裂的破坏，计算公式：

N参数说明：NRd,sp：劈裂破坏承载力设计值（NNRk,sp：劈裂破坏承载力标准值，NRk,sp=2NγRsp,N：劈裂破坏承载力分项系数，取设计要求：当边距c≥2hef四、群锚受拉承载力计算当采用多个锚栓共同受力时，需考虑群锚的相互影响，计算整体承载力。4.1群锚内力分配群锚受拉时，各锚栓的拉力分配，考虑偏心的影响：

N参数说明：Nsd,i：第i个锚栓的拉力设计值（NNsd：总拉力设计值（NMsd：总倾覆力矩设计值（N・mmyi：第i个锚栓到群锚重心的距离（mmn：锚栓的总数量不均匀系数：考虑群锚的内力不均匀，最大拉力需乘以不均匀系数k14.2群锚整体锥体破坏承载力群锚的整体混凝土锥体破坏，当锚栓间距较小时，单个锚栓的锥体破坏区会重叠，形成整体的大锥体，计算公式：

N参数说明：NRd,c,g：群锚整体锥体破坏承载力设计值（NAc,N：群锚的实际锥体投影面积，即群锚Ac,N0其余参数同单个锚栓群锚重叠修正：当锚栓间距s≤3hef时，锥体投影重叠，整体承载力低于单个之和，重叠系数ψg=4.3群锚拔出破坏验算群锚的拔出破坏，各锚栓的拔出承载力之和，考虑相互影响，当间距足够时，为单个锚栓拔出承载力之和，间距不足时乘以0.9的折减系数。五、单个锚栓受剪承载力计算膨胀锚栓的受剪破坏模式包括：锚栓钢材受剪破坏、混凝土楔形体受剪破坏、剪撬破坏，需分别计算各破坏模式的承载力，取最小值作为单个锚栓的受剪承载力。5.1锚栓钢材受剪破坏承载力锚栓钢材自身的抗剪承载力，计算公式：

V参数说明：VRd,s：钢材受剪承载力设计值（NAs：锚栓的有效截面积（mm²fyk：锚栓钢材的屈服强度标准值（MPaγMs,V：钢材受剪承载力分项系数，取规范依据：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）第6.2.1条5.2混凝土楔形体受剪破坏承载力剪力作用下，混凝土形成楔形体破坏的承载力，计算公式：

V参数说明：VRd,c：混凝土楔形体受剪承载力设计值（NVRk,c：理想状态下的楔形体破坏承载力标准值，αv：系数，取λv：系数，取dnom：锚栓的公称直径（mmc1：剪力方向的边距（mmγRc,V：混凝土楔形体破坏承载力分项系数，取ψc,V：边距修正系数，当边距c≥ccr,V时取1.0ψs,V：间距修正系数，当间距s≥scr,V时取1.0ψh,V：基材厚度修正系数，当基材厚度h≥1.5c1ψα,Vψcr,V：开裂混凝土修正系数，非开裂混凝土取1.0，开裂混凝土取规范依据：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）第6.2.2条5.3剪撬破坏承载力剪力作用下，锚栓绕底部转动，撬动混凝土的破坏，是膨胀锚栓特有的受剪破坏模式，计算公式：

V参数说明：VRd,cp：剪撬破坏承载力设计值（Nkcp：剪撬系数，当hef≥60mm时取2.0，当hNRd,c：单个锚栓的混凝土锥体受拉承载力设计值（N说明：剪撬破坏是小锚固深度锚栓的受剪控制破坏模式，当锚固深度较小时，剪撬承载力远低于楔形体承载力。六、群锚受剪承载力计算6.1群锚剪力分配群锚受剪时，各锚栓的剪力分配，考虑剪力的偏心：

V参数说明：Vsd,i：第i个锚栓的剪力设计值（NVsd：总剪力设计值（NTsd：总扭矩设计值（N・mmri：第i个锚栓到群锚重心的距离（mmn：锚栓的总数量6.2群锚整体楔形体破坏承载力群锚的整体混凝土楔形体破坏，当锚栓间距较小时，单个锚栓的楔形体破坏区重叠，形成整体的破坏面，计算公式：

V参数说明：Ac,VAc,V0其余参数同单个锚栓七、拉剪复合受力承载力当锚栓同时承受拉力和剪力时，需验算拉剪复合受力的承载力，分钢材破坏和混凝土破坏分别验算。7.1钢材破坏的拉剪复合验算锚栓钢材同时承受拉剪作用，复合受力的验算公式：

N参数说明：Nsd：拉力设计值（NVsd：剪力设计值（NNRd,s、VRd,s规范依据：《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）第6.3.1条7.2混凝土破坏的拉剪复合验算混凝土破坏的拉剪复合验算，公式：

N参数说明：NRd,c、VRd,c说明：混凝土的拉剪复合承载力允许有一定的提高，最大不超过1.2的限值。八、特殊工况验算8.1温度影响与高温工况验算高温环境下，膨胀锚栓的膨胀应力会松弛，钢材和混凝土的性能也会下降，承载力需进行温度折减：

N参数说明：ψT：温度折减系数T≤80℃：取1.080<T≤150℃：取0.9150<T≤250℃：取0.7250<T≤300℃：取0.5设计要求：膨胀锚栓的长期工作温度不得超过300℃，否则膨胀件会失效，导致锚固失效。8.2长期荷载与蠕变验算长期静荷载作用下，膨胀锚栓的膨胀应力会发生蠕变松弛，导致拔出承载力下降，需进行长期折减：

N参数说明：ψlong：长期荷载折减系数，取0.8说明：膨胀锚栓不适合承受长期的拉荷载，长期受拉工况下，拔出风险会显著提高，因此长期受拉的承重工况严禁使用膨胀锚栓。8.3疲劳验算对于承受反复动力荷载的工况，需验算锚栓的疲劳承载力：

Δσ≤参数说明：Δσ：应力幅（MPa）Δσ：疲劳容许应力幅，常规膨胀锚栓取80MPa，仅适用于低循环疲劳，循环次数不超过104说明：高循环疲劳工况，如吊车梁、桥梁等，严禁使用膨胀锚栓。8.4抗震工况验算根据规范要求，抗震设防区的承重结构，严禁使用膨胀型锚栓，膨胀锚栓仅可用于非承重的抗震构造，且需满足：

N参数说明：ψE,N、ψE,V：抗震承载力折减系数，7度区取0.85，重要说明：膨胀锚栓无法保证地震作用下的延性和可靠锚固，因此承重结构的抗震锚固必须采用扩底型锚栓或化学锚栓，严禁使用膨胀锚栓。8.5腐蚀环境验算腐蚀环境下，需选用防腐型膨胀锚栓，如热镀锌锚栓、不锈钢锚栓，腐蚀裕量计算：

C=参数说明：vcorr：腐蚀速率，室内环境取0.01mm/年，室外环境取0.05mm/年，强腐蚀环境取0.1mm/tlife：设计寿命，取50常规腐蚀裕量：室外环境取0.5~1.0mm，强腐蚀环境需采用316不锈钢锚栓。九、构造设计要求9.1锚固深度要求最小有效锚固深度：hef,min≥4d最大有效锚固深度：hef,max基材最小厚度：hmin≥hef9.2边距与间距要求最小边距：cmin≥1.5h最小间距：smin临界边距：ccr,N=1.5h临界间距：scr,N=3.0h9.3基材要求基材强度：混凝土强度等级不得低于C20，否则膨胀应力会压碎混凝土，导致锚固失效。基材状态：仅适用于密实的普通混凝土，严禁用于轻质混凝土、加气混凝土、砌体基材。基材状态：仅适用于非开裂混凝土，开裂混凝土严禁使用膨胀锚栓，否则膨胀应力会加剧裂缝发展，导致锚固失效。9.4锚栓选型要求扭矩控制式膨胀锚栓：适用于小直径、浅埋深的锚栓，安装扭矩控制膨胀量。位移控制式膨胀锚栓：适用于大直径、深埋深的锚栓，通过位移控制膨胀量，承载力更高。严禁使用：膨胀锚栓不得用于承重结构、抗震结构、开裂混凝土、长期受拉工况。十、施工安装与工艺验算10.1钻孔工艺验算钻孔直径：必须与锚栓规格匹配，M8用10mm钻头，M10用12mm钻头，M12用14mm钻头，孔径偏差不得超过±0.2mm，孔径过大会导致膨胀不足，孔径过小会导致锚栓无法植入。钻孔深度：钻孔深度必须大于有效锚固深度，预留5~10mm的间隙，避免孔底积灰影响锚固。钻孔垂直度：钻孔垂直度偏差不得超过2%，保证锚栓植入后垂直，受力均匀。10.2清孔工艺验算钻孔后必须彻底清孔，清除孔内的灰尘和碎屑，否则会影响膨胀件与孔壁的结合：清孔方式：先用毛刷清理孔壁，再用吹气泵吹出灰尘，反复2~3次。清孔质量：孔底残留灰尘厚度不得超过2mm，否则会降低拔出承载力。10.3安装扭矩验算膨胀锚栓的安装扭矩是保证膨胀量的核心参数，必须严格控制：扭矩取值：M8：10~15N・mM10：20~25N・mM12：30~40N・mM16：60~80N・mM20：120~150N・m扭矩控制：扭矩过小会导致膨胀不足，拔出承载力不足；扭矩过大会导致膨胀过度，压碎混凝土，反而降低承载力。10.4固化与静置要求安装完成后，必须静置足够的时间，保证膨胀应力稳定，方可加载：常温下（20~25℃）：静置时间≥30min。低温下（5~20℃）：静置时间≥60min。严禁安装后立即加载，否则会导致锚栓位移，锚固失效。十一、设计效果验证与优化11.1性能指标验证承载力验证：所有破坏模式的承载力，是否都大于设计荷载，无承载力不足。拉剪复合验证：拉剪复合受力是否满足要求，无复合破坏风险。特殊工况验证：温度、长期、疲劳、腐蚀工况下的承载力，是否满足要求。构造验证：锚固深度、边距、间距、基材厚度，是否满足最小构造要求。施工验证：钻孔、清孔、安装扭矩，是否满足工艺要求。11.2设计优化当参数不满足要求时，可通过以下方式优化：增大锚栓规格：更换更大直径的锚栓，提高钢材承载力。增加锚固深度：增大hef增大边距与间距：保证足够的边距和间距，消除修正折减，提高承载力。提高混凝土强度：提高基材的混凝土强度，提高混凝土的承载力。更换锚栓类型：如果膨胀锚栓无法满足要求，更换为化学锚栓或扩底型锚栓。十二、计算成果与验收要求12.