論高強度鋼筋在建筑設(shè)計中的運用

1鋼筋應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研及分析

通過對鋼筋應(yīng)用現(xiàn)狀及人們對鋼筋性能認識的了解，可以獲知現(xiàn)階段仍大量使用HRB235級、HRB335級鋼筋，少用甚至不用HRB400級鋼筋的真正原因。本文共搜集120份調(diào)研材料，由從事建筑行業(yè)設(shè)計、房產(chǎn)、施工等單位的專業(yè)人員填寫。

從調(diào)研中可以看出制約HRB400級鋼筋應(yīng)用的主要因素:

裂縫控制。裂縫控制會直接影響到鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋強度的發(fā)揮程度。裂縫控制下若采用HRB4OO級鋼筋勢必會導致強度發(fā)揮不足而浪費材料。區(qū)分是否為裂縫控制及如何有效地避免出現(xiàn)裂縫控制、發(fā)揮鋼筋強度是HRB400級鋼筋推廣應(yīng)用首要解決的問題。

使用性能及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。HRB400級鋼筋的使用性能及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程的質(zhì)量，也是決定其自身能否被大眾接受并采用的先決條件。調(diào)研中，超過半數(shù)的人認為HRB400級鋼筋的塑性、抗震性能、疲勞性能、機械連接、焊接性能不如HRB335級鋼筋。可見，對HRB400級鋼筋性能的擔憂，是制約其推廣應(yīng)用的重要因素。

最小配筋率。受彎構(gòu)件的一側(cè)受拉鋼筋最小配筋率及受壓構(gòu)件的全部縱向鋼筋最小配筋率均與鋼筋級別有關(guān)。調(diào)研中，相當比例的人認為有最小配筋率限制要求的構(gòu)件，不宜采用HRB40O等高強鋼筋?？梢?，最小配筋率控制是影響人們選擇HRB40O級鋼筋推廣應(yīng)用的另一個重要因素。

對投資的影響。能否為工程建設(shè)節(jié)省成本是推廣應(yīng)用HRB400級鋼筋的價值體現(xiàn)。當HRB400級鋼筋的價值真正被大眾所認同，人們就會主動采用而不需要國家花費大量精力去倡導和推廣了。下面分別從這四個方面闡述HRB40O級鋼筋的應(yīng)用前景。

2HRB400級鋼筋性能綜合分析

鋼筋強度發(fā)揮與裂縫寬度

裂縫控制是否會限制HRB400級鋼筋強度的發(fā)揮應(yīng)區(qū)別對待。一類環(huán)境下的樓板，常用直徑下鋼筋強度可以得到充分發(fā)揮而無需考慮裂縫控制;一類環(huán)境下的梁，應(yīng)注意鋼筋直徑的選擇和裂縫寬度的驗算;二類環(huán)境下的底板、擋墻、基礎(chǔ)等構(gòu)件，不宜采用HRB40O級鋼筋。

級鋼筋的使用性能

在闡述HRB400級鋼筋的使用性能之前，需要先了解HRB400級鋼筋的化學成分和生產(chǎn)工藝。111級鋼筋的發(fā)展經(jīng)歷了兩個重要的階段，分別以Mn一si系鋼的25MnSi和以微合金化工藝生產(chǎn)的HRB40o級鋼筋為代表。25Mnsi鋼筋與HRB335級鋼筋一樣，是屬以碳為主導強化機制生產(chǎn)而成，通過提高碳的含量從而提高鋼的強度，但鋼的塑、韌性損失也很明顯，特別是焊接性能等鋼材綜合使用性能惡化。HRB400級鋼筋是在不提高碳含量的條件下，通過微合金技術(shù)向鋼中添加微量合金元素釩、妮或欽等，從而獲得高強度和高塑、韌性的鋼材。

列出了鋼中添加釩、欽等對建筑鋼材性能的影響。HRB400級鋼筋多是添加了微量元素釩，故與HRB335級鋼筋相比，延伸率降低、塑性降低;抗震性能受塑性、疲勞性能影響較大，HRB400級鋼筋的塑性有所降低，但疲勞性能得到大幅提高，抗震性能是否提高很難衡量。文獻[6」論證了HRB400級鋼筋作為框架柱的受力鋼筋，可明顯改善框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。釩對可焊性影響不大，故HRB400與HRB335級鋼筋的可焊性能相差不大，而調(diào)研中普遍認為HRB400級鋼筋的可焊性能不如HRB335級鋼筋，且認為是HRB40O級鋼筋的碳含量的增加所致，故這種認知還是停留在老111級鋼筋的基礎(chǔ)上，不再適用于HRB400級鋼筋。文獻【7」通過試驗論證了HRB400級鋼筋的抗震性能、疲勞性能、焊接性能、粘結(jié)性能均能達到相關(guān)標準的規(guī)定。更何況，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》〔’〕指出普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋，并將HRB400級鋼筋放在縱向受力鋼筋的首選位置?？梢?，HRB400級鋼筋的各方面性能是良好的。

最小配筋率比較

受彎構(gòu)件采用HRB400與HRB235、HRB335級鋼筋的最小配筋率比較

受彎構(gòu)件一側(cè)受拉鋼筋的最小配筋率見表1?；炷恋燃墳镃30時，板受力鋼筋采用HRB400級鋼筋與HRB235級鋼筋相比，最小配筋率之比為%:%，節(jié)省板受力鋼筋用量%;梁受力鋼筋采用HRB40O級鋼筋與HRB335級鋼筋相比，最小配筋率比為0，200%:巧%，節(jié)省梁受力鋼筋用量%。且節(jié)省比例隨混凝土等級的提高而增大。

框架柱采用HRB40O級鋼筋與HRB335級鋼筋的最小配筋率比較

規(guī)范川在注釋中明確指出:柱全部縱向受力鋼筋最小配筋百分率，當采用HRB400級鋼筋時，應(yīng)按表中數(shù)值減小，且普遍使用的SATWE程序在計算配筋時，若框架柱采用HRB400級鋼筋作為縱向受力鋼筋，配筋輸出確實是按照規(guī)范注釋中減小的要求控制。柱采用HRB40。與HRB335級鋼筋的全截面最小配筋率比較見表2。當抗震等級為二級，相比HRB335級鋼筋而言，采用HRB400級鋼筋時，框架中柱、邊柱的全截面最小配筋率減少了%，框架角柱的全截面最小配筋率減少了%，且減少的程度隨著抗震等級的降低而增大。

使用HRB4OO級鋼筋的經(jīng)濟效益分析

樓板及框架柱縱向受力鋼筋在建筑工程中占有相當?shù)谋戎?，合理地選擇樓板和框架柱的縱向受力鋼筋等級可很大程度上節(jié)約鋼筋成本。下面分別以樓板和框架柱為例，說明采用HRB400級鋼筋與采用

HRB235級、HRB335級鋼筋的區(qū)別。

樓板采用HRB400級鋼筋與HRB235級鋼筋的比較

對鋼筋強度發(fā)揮與裂縫寬度控制的分析可見，一類環(huán)境下樓板鋼筋在常用直徑8一14mm下采用HRB40O級鋼筋，均為承載力或最小配筋率控制;不存在裂縫控制問題。計算配筋方面:HRB230級、HRB400級鋼筋的抗拉強度比為1:，即承載力控制下樓板采用HRB400級鋼筋，相比HRB235級鋼筋，最大節(jié)省比例為%。構(gòu)造方面:最小配筋率控制下的最小節(jié)省比例為%。綜合而言，鋼筋用量節(jié)省范圍為%一%，鋼筋成本節(jié)省范圍為%一%。節(jié)省的鋼筋量約占樓板受力鋼筋總量的三分之一。可見，樓板鋼筋采用HRB4OO級鋼筋相比采用HRB235級鋼筋有無可比擬的優(yōu)勢。

框架柱采用HRB335級鋼筋與HRB40O級鋼筋的比較

計算配筋方面:HRB335級和HRB4oo級鋼筋的抗拉強度設(shè)計值分別是30oN/mmZ和360N/m擴，強度比為1:。即承載力控制下，使用HRB4OO級鋼筋可節(jié)約%左右的鋼筋量。構(gòu)造方面:全截面最小配筋率控制下，HRB40O級鋼筋相比HRB335級鋼筋可節(jié)省%一%。綜合而言，HRB400級鋼筋比HRB335級鋼筋工程量可節(jié)省%一%，鋼筋成本節(jié)省范圍為%一%。同時還可以改善梁柱節(jié)點因鋼筋過密帶來的諸多問題?？梢姡蚣苤捎肏RB40O比HRB335級鋼筋有明顯的優(yōu)勢。

3工程實例與分析

某工程為五層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。表3顯示:柱采用HRB400級鋼筋比采用HRB335級鋼筋的用鋼量節(jié)省%，很好地印證了框架柱采用HRB400級鋼筋比HRB335級鋼筋可節(jié)省%一%用鋼量的結(jié)論。本工程鋼筋成本節(jié)約%。

4總結(jié)與建議

總結(jié)

合理地選擇HRB400級鋼筋不僅能帶來直接、顯著的經(jīng)濟效益，更是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、與國際接軌的重要舉措。根據(jù)上面的理論分析和工程實例，可歸納如下:

受力重要的部位，如跨度大、荷載重時，宜采用HRB400等高強鋼筋。

一類環(huán)境下的樓板、框架柱，宜采用HRB4OO級鋼筋，可獲得顯著的經(jīng)濟效益;一類環(huán)境下的梁，采用HRB400級鋼筋時應(yīng)注意裂縫寬度的驗算;二類環(huán)境下的基礎(chǔ)，擋土墻等，不宜采用HRB400級鋼筋。

建議

我國規(guī)范相比國際規(guī)范對裂縫的控制較嚴，而過度的裂縫控制不但沒有必要，還造成了經(jīng)濟的巨大浪費和施工不便、違背強柱弱梁概率設(shè)計理念、更嚴重限制HRB400等高強鋼筋的應(yīng)用。建議參考國際規(guī)范對我們規(guī)范裂縫控制進行調(diào)