Om du någonsin har följt konstruktionstekniska diskussioner har du förmodligen hört samma fråga upprepad minst hundra gånger: "Kan ankarbultar användas i ett seismiskt område?" Som någon som har tillbringat det senaste decenniet med att arbeta med ankarbultar – först som ingenjör, nu som leverantör – är denna fråga inte bara en hypotetisk. Det är det första jag frågar alla ingenjörer, entreprenörer eller byggnadsägare som tar kontakt med mig om sitt nästa projekt, särskilt de som ligger i högseismiska zoner som Pacific Northwest, Kalifornien eller delar av Mellanvästern. Det korta svaret är ja – men bara om du väljer rätt typ, installerar den korrekt och designar den för att möta strikta seismiska standarder. Låt oss bryta ner det här, för det ligger mycket mer i det än att bara slå in en bult i betong och kalla det klart.
Jag började i den här branschen för att jag såg hur ett enda fel fästelement kunde sätta en hel byggnad i fara. Tidigt i min karriär arbetade jag på en liten kommersiell eftermontering i Oregon som var tvungen att göras om eftersom entreprenören använde standardbultar istället för seismiska klassade. När jordbävningen i Napa 2014 inträffade (en M6.0-händelse) drogs de icke-seismiska bultarna ut ur betongen och lämnade byggnadens stålram förskjutning med tum. Ingen kom till skada, men skadorna kunde ha varit katastrofala. Den erfarenheten lärde mig att ankarbultar i seismiska områden inte bara är en "bra idé" - de är en icke förhandlingsbar komponent i en byggnads laterala lastmotståndssystem.
Låt oss först prata om varför seismiska zoner är så olika. Jordbävningar skapar två typer av krafter som testar ankarbultar: skjuvning (kraft från sida till sida) och spänning (dragkraft, antingen uppåt eller nedåt). En bult som fungerar för en låg byggnad i en icke-seismisk zon kan misslyckas när den träffas av upprepade, intensiva skjuvkrafter från markskakningar. Nyckeln är att välja en ankarbult som är konstruerad för att motstå dessa dynamiska, cykliska belastningar – belastningar som inte bara verkar en gång, utan om och om igen när jorden rör sig.
Under årens lopp har jag sett mycket desinformation om vilka bulttyper som fungerar för seismiska applikationer. Till exempel svär vissa människor vid J Bolts, men inte vilken J Bolt som helst – bara de som testats för seismisk prestanda. Låt oss förtydliga: J Bultar är en av de vanligaste ankarbultarna, som används för allt från att säkra tröskelplåtar till betongfundament till förankringsmaskiner. Men standard J Bolts (de obelagda, generiska som du kan hämta i en storbutik) är inte designade för seismiska zoner. Det är därför, när vi talar om seismiskt klassade J-bultar, menar vi bultar som har testats för att uppfylla standarder som ACI 318 (Building Code Requirements for Structural Concrete) och ICC-ES (International Code Council Evaluation Service) kriterier. Om du behöver ett pålitligt J Bolt-alternativ för seismiska applikationer, ta en titt på vår J Bolt-sida, där alla våra modeller är tredjepartstestade för laterala och cykliska seismiska belastningar:J Bolt.
En annan typ som dyker upp ofta är L Bolt. I likhet med J Bolts är L Bolts formade för att haka fast i betongen, men deras raka, 90 graders böjning gör dem annorlunda. L Bultar används ofta i applikationer där utrymmet är begränsat, som vid förankring i tjocka betongplattor. Återigen, inte alla L-bultar är seismiskt klassade. De seismiskt specifika L-bultarna som vi tillverkar har ett tjockare skaft, en smidd böj (inte en böjd svets, som kan gå sönder under cyklisk belastning) och är belagda för att motstå korrosion – kritiskt för seismisk prestanda, eftersom korrosion försvagar bulthållfastheten. För projekt där L Bolts är mer vettiga än andra former, är vår serie av seismiska L Bolts värd att kolla in:L butik.
Hur är det nu med ankarbultar för tyngre laster, som stödjande stålpelare eller stor utrustning i seismiska zoner? Det är där Plate Anchor Bolts kommer in. Plate Anchor Bolts har en bred, platt platta i ena änden som ligger i linje med betongen och fördelar belastningen över ett större område istället för att koncentrera den på en enda punkt. Detta är en spelomvandlare för seismiska applikationer, för när marken skakar är belastningen på ankaret inte bara skjuvning eller spänning – det är ofta en kombination av båda (kallad kombinerad belastning). Den breda plattan hindrar bulten från att dra genom betongen under den kombinerade belastningen. Vi testar våra Plate Anchor Bolts för att motstå skjuvbelastningar upp till 50 kips och spänningsbelastningar upp till 30 kips, vilket gör dem idealiska för seismiska projekt med hög efterfrågan. Om du arbetar på ett lager, sjukhus eller annan stor kommersiell struktur i en seismisk zon, är Plate Anchor Bolts vanligtvis rätt anrop:Plattankarbult.
Jag har fått kunder att fråga mig om paraplyhandtagsankarbultar för seismisk användning också. Dessa bultar har fått sitt namn från deras expanderade, paraplyformade ankare i änden, som breder ut sig inuti betongen när de väl har installerats. Detta gör dem perfekta för applikationer där du inte kan komma åt botten av betongen (som vid förankring i ett befintligt fundament). Men även Paraply Handle Anchor Bolts måste klassificeras för seismisk användning. Våra seismiska paraplyhandtagsankarbultar är designade för att expandera jämnt i betongen, vilket skapar en mekanisk låsning som motstår utdragning även under kraftig markskakning. De används ofta för eftermonteringsprojekt där det inte är möjligt att borra genom botten av ett fundament, så de är ett bra val för många seismiska ingenjörer som arbetar på äldre byggnader:Paraplyhandtag Ankarbult.
Claw Anchor Bolts är ett annat alternativ som jag skulle rekommendera för seismiska applikationer, särskilt för tillfälliga strukturer eller projekt där snabb installation är nyckeln. Klodesignen i änden av bulten gräver in i betongen, vilket skapar ett säkert fäste utan att behöva expandera bulten. Våra seismiskt klassade Claw Anchor Bolts har testats för att motstå både skjuv- och dragbelastningar i cyklisk seismisk testning, och de är snabba att installera med en standardhammarborr – inga specialverktyg behövs. Det gör dem till en favorit för byggarbetsplatser där du behöver förankra tillfälliga stängsel, byggnadsställningar eller formsättningar i en seismisk zon. För mer information, kolla in vår Claw Anchor Bolt-sida:Kloankarbult.
Men här är grejen: inte ens den bästa ankarbulten i världen fungerar om den är felaktigt installerad. Jag har sett entreprenörer skära hörn vid installationen - borra fel djup, inte rengöra betonghålet, hoppa över vridmomentspecifikationen - allt för att de tror "en bult är en bult." I seismiska zoner är installationen lika viktig som att välja rätt bulttyp. Låt mig ge dig ett exempel: Jag arbetade på en skolrenovering i Kalifornien för några år sedan där entreprenören använde rätt plattankarbultar, men de borrade hålen 1 tum för grunda. När konstruktionsingenjören gjorde ett lasttest drog bulten ut med 70 % av sin nominella kapacitet. Det skulle ha varit en katastrof i en jordbävning.
Ett annat vanligt misstag är att inte ta hänsyn till korrosion. Seismiska zoner är ofta kustnära eller har hög luftfuktighet, och även små mängder rost på en bult kan minska dess hållfasthet med upp till 30 %. Det är därför alla våra seismiskt klassade ankarbultar kommer med en varmförzinkad eller epoxibeläggning, som uppfyller ASTM A153-standarderna för korrosionsbeständighet. Det är en liten extra kostnad som gör stor skillnad i långsiktig säkerhet.
Du kanske också undrar över skillnaden mellan ingjutna ankarbultar och efterinstallerade ankarbultar, eftersom det är en stor debatt i det seismiska samhället. Ingjutna bultar installeras när betongen först gjuts, så bulten bäddas in direkt i fundamentet. Eftermonterade bultar borras i befintlig betong efter att betongen har härdat. Båda kan användas i seismiska zoner, men de måste uppfylla olika standarder. Ingjutna bultar är ofta att föredra för nybyggnation eftersom de har en mer tillförlitlig lastväg, men efterinstallerade bultar (som våra paraplyhandtagsankarbultar, som är testade för efterinstallerad användning) är viktiga för eftermontering. För efterinstallerade seismiska applikationer måste du se till att bulten är listad för efterinstallerad användning enligt ACI 318 Kapitel 17, som inkluderar testning av utdragnings-, skjuv- och cyklisk belastningsmotstånd.
Låt oss prata om seismiska testdata från verkliga världen för att säkerhetskopiera detta. Förra året skickade vi in vår J Bolt-linje till ett oberoende tredjepartslabb för seismisk cyklisk belastningstestning. Testet simulerade krafterna från en M7.0 jordbävning, som är ungefär lika stor som jordbävningen i Northridge 1994. Våra J Bolts klarade 50 cykler av lateral skjuvbelastning vid 80 % av sin nominella kapacitet, utan några tecken på sprickbildning eller utdragning. Det är precis den typen av prestanda du behöver i en seismisk zon. Om bulten hade varit en generisk, icke-klassad J-bult, skulle den ha misslyckats efter bara några cykler.
Jag vill också nämna lastkombination, för det är här många ingenjörer snubblas. I seismisk design kan du inte bara titta på den statiska belastningen på en bult – du måste kombinera den med seismisk belastning. Till exempel kan en bult som håller en 1000 pund tröskelplatta bara behöva hantera 1000 pund i en icke-seismisk zon, men i en seismisk zon kan den belastningen fördubblas eller till och med tredubblas på grund av markacceleration. Det är därför seismiskt klassade bultar har högre slutlig lastkapacitet och är designade för att hantera dessa kombinerade statiska och dynamiska belastningar.
Så, sammanställt allt: ja, ankarbultar kan absolut användas i seismiska zoner – men bara om du väljer bultar som är tredjepartstestade och klassade för seismisk prestanda, installerar dem korrekt enligt tillverkaren och kodens riktlinjer och tar hänsyn till korrosion och belastningskombinationer. Det finns ingen lösning som passar alla, varför det är viktigt att arbeta med en leverantör som kan seismiska koder och kan hjälpa dig att välja rätt bult för ditt specifika projekt.
Om du arbetar med ett projekt i en seismisk zon – oavsett om det är en ny kommersiell byggnad, ett bostadsbyggande, ett sjukhus eller ett lager – och du inte är säker på vilken ankarbult som är rätt för dig, skulle jag uppmuntra dig att kontakta vårt team. Vi har arbetat med tusentals seismiska projekt över hela USA och kan hjälpa dig att välja rätt bulttyp, bekräfta att den uppfyller lokala byggregler och till och med tillhandahålla lasttestdata för att stödja din design. Ta inga chanser med seismisk säkerhet – välj ankarbultar som är konstruerade för att prestera när det betyder mest.
Referenser:
ACI 318-19, Byggkodskrav för konstruktionsbetong och kommentarer. American Concrete Institute.
ICC-ES AC193, Acceptanskriterier för efterinstallerade självhäftande ankare i betong. International Code Council Evaluation Service.
FEMA 450, NEHRP Rekommenderade seismiska regler för nya byggnader och andra strukturer. Federal Emergency Management Agency.
ASTM F1554, standardspecifikation för ankarbultar, stål, 36, 55 och 105-ksi sträckgräns. American Society for Testing and Materials.