張 鑫

(東北電力設(shè)計院，吉林長春 130021)

1 概述

鋼筋在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中起龍骨的作用，其強度是決定結(jié)構(gòu)承載力的主要因素。HRB400級鋼筋在冶煉中加入釩、銘等合金元素，強度高、韌性好、易焊接、具有較高的高應(yīng)變低周疲勞性能，能夠滿足抗震結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求，同時采用微合金化規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量也更加穩(wěn)定。

2 HRB400級鋼筋在電廠的應(yīng)用

電力主廠房框架結(jié)構(gòu)，逐漸采用HRB400鋼筋替代大量使用的HRB335鋼筋，以適應(yīng)當(dāng)前機組容量大，主廠房超長、超高，荷載較大且復(fù)雜。

2．1 工程簡介

某電廠主廠房縱向柱距以10 m為主，9 m為輔，單臺機組全長99 m。橫向跨度分別為汽機房:30 m;除氧間:9 m;煤倉間:13 m。豎向布置:汽機房中間夾層標(biāo)高8．0 m，汽機房運轉(zhuǎn)層標(biāo)高15．5 m，汽機房屋架下弦標(biāo)高33．9 m，除氧間除氧器層標(biāo)高32．5 m，煤倉間給煤機層標(biāo)高17．0 m，煤倉間皮帶層標(biāo)高41．0 m。主廠房上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。乙類建筑，框架抗震等級二級。

2．2 框架梁、柱配筋比較

針對主體框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以某軸框架為例，分別采用HRB400級鋼筋與HRB335級鋼筋。具體比較數(shù)據(jù)見表1。

表1 某榀框架上部結(jié)構(gòu)比較明細(xì)表

表1是根據(jù)工程的設(shè)計配筋情況得出的，未考慮施工等其他因素的影響。

從HRB400級鋼筋與HRB335級鋼筋的對比可以看出，框架梁中主筋采用HRB400級鋼筋后，不但梁的截面減小，同時還節(jié)約了10%以上的配筋量。大型火力發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)中，由于其高度較大，且豎向荷載較大(如層間布置有煤斗等質(zhì)量過于集中的設(shè)備)，梁彎矩較大，在滿足受彎承載力的條件下，采用HRB400鋼筋能夠充分發(fā)揮鋼筋強度大的特點。在高地震烈度區(qū)，由于地震作用大，地震組合在承載能力極限狀態(tài)中起控制作用，而在正常使用極限狀態(tài)下，不考慮地震作用的影響，所以HRB400級鋼筋在地震作用較大的部位其優(yōu)勢更加明顯。

同樣框架柱主筋采用HRB400級鋼筋后，不但柱的截面減小，同時節(jié)約了10%以上的配筋量。但是，對于以承受豎向荷載為主的框架柱，很多情況下是以最小配筋率來控制，而與鋼筋強度沒有關(guān)系，采用高強鋼筋后的優(yōu)勢沒能充分發(fā)揮出來。根據(jù)規(guī)范，當(dāng)采用HRB400級鋼筋時，柱全部縱向受力鋼筋最小配筋率較HRB335級鋼筋降低，當(dāng)抗震等級為二級時，框架柱的全截面最小配筋率減少了10．0%～12．5%，節(jié)約鋼材的優(yōu)勢仍然是相當(dāng)明顯的。另外，在大型火力發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)中，由于其管道以及設(shè)備荷載較大且復(fù)雜，加之結(jié)構(gòu)不規(guī)則，在高烈度地震區(qū)，地震作用大，框架結(jié)構(gòu)受到的水平荷載較大，柱子一般簡化為壓彎構(gòu)件進(jìn)行計算，特別是底層柱，彎矩較大，采用HRB400鋼筋較普通民用框架結(jié)構(gòu)更加有利，高強度特性能有較大的發(fā)揮。

2．3 C60高強混凝土對HRB400應(yīng)用的影響

電力主廠房的設(shè)計，單機容量在600 MW以上的除氧煤倉間，由于柱根軸向力較大，一般15 000 kN～25 000 kN，按照抗震設(shè)計要求，要保證框架結(jié)構(gòu)的延性，就要控制混凝土框架柱的軸壓比，而軸壓比直接影響柱的截面設(shè)計。對截面受力特性屬于小偏心受壓構(gòu)件，采用C60高強混凝土能有效地減小柱斷面而不削弱結(jié)構(gòu)的延性，而高強鋼筋和高強混凝土的配合使用能夠有效提高構(gòu)件的強度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能。高強鋼筋與高強混凝土的配合使用，可以明顯提高結(jié)構(gòu)的承載力，并和原結(jié)構(gòu)有著相近的變形能力。相對普通混凝土，HRB400的高強度能夠充分發(fā)揮出來。本工程通過表2的對比看高強混凝土和高強鋼筋的配合對框架結(jié)構(gòu)的影響。

表2 采用C60混凝土某榀框架上部結(jié)構(gòu)比較明細(xì)表

通過表2中兩種方案的對比，煤倉間框架結(jié)構(gòu)，采用C60級混凝土與HRB400級鋼筋后，對于框架梁的承載力提高以及HRB400鋼筋優(yōu)勢的發(fā)揮并不明顯，故對于框架梁的設(shè)計仍然采用普通的C40混凝土即可。但對于以軸壓為主的柱子截面特性發(fā)揮較好，柱子由于軸壓力較大，可大幅降低柱截面和配筋，鋼筋量減少也達(dá)到10%以上，減輕自重，材料消耗量降低，承載力提高，也使得HRB400鋼筋的強度高的性能能夠充分發(fā)揮出來。同時柱的斷面減小，擴(kuò)大和節(jié)省了建筑使用面積，為工藝的設(shè)備和管道布置提供了空間。對汽機房排架柱，考慮到長細(xì)比不宜過小，加上軸壓力較小，其作用并不明顯，對受荷較小的加熱器平臺柱其作用也不大。故設(shè)計中汽機房排架柱和加熱器平臺柱也采用普通的C40混凝土。

3 HRB400鋼筋應(yīng)用中存在的問題

由于高強鋼筋強度較高，相應(yīng)的計算配筋量較少，從裂縫寬度驗算來看，采用HRB400鋼筋后，裂縫寬度計算值明顯增大，對于一些由正常使用極限狀態(tài)控制的構(gòu)件，HRB400鋼筋還不如HRB335鋼筋材料強度利用充分，從而給工程技術(shù)人員在實際應(yīng)用中帶來困難。因此，在一些樓板或者梁等受彎和受拉的構(gòu)件中，特別注意對裂縫寬度的驗算，盡量選配直徑較小的鋼筋或采取其他措施來控制裂縫的寬度。但是從文獻(xiàn)［4］的研究以及借鑒水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的做法，可以對裂縫寬度的計算方法進(jìn)行修正或?qū)α芽p寬度的限值適當(dāng)放寬。如果明確規(guī)定在使用HRB400鋼筋時，裂縫寬度限值可取為0．4 mm，這樣就更能充分利用HRB400鋼筋的強度。

4 結(jié)語

電力廠房由于使用功能不同，結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有受力特殊性，對HRB400應(yīng)用的還不多。隨著大機組的建設(shè)，加之新的混凝土設(shè)計規(guī)范，推廣400 MPa，500 MPa級高強鋼筋，限制335 MPa級鋼筋，同時對受彎構(gòu)件裂縫最大寬度的計算取值進(jìn)行了修訂，HRB400會越來越多地被電廠設(shè)計所采用。通過計算分析主要得出了以下結(jié)論:

1)對于電力廠房框架結(jié)構(gòu)，同等條件下，梁柱主筋中采用HRB400級鋼筋比采用HRB335級鋼筋可以減小梁柱的截面，并可節(jié)約10%左右的用鋼量，經(jīng)濟(jì)效益明顯，在地震作用較大以及受荷復(fù)雜的情況下，HRB400級鋼筋優(yōu)勢更加明顯。

2)對于框架柱采用C60高強混凝土，能夠發(fā)揮高強鋼筋HRB400的特性，同時能夠較顯著地在抗震設(shè)計中控制軸壓比，減少結(jié)構(gòu)配筋，從而降低工程造價。另外大大降低了柱的截面和框架梁的高度，為空間的利用提供了有利條件，為工藝布置提供了更大方便。

3)對于梁、樓板等受拉彎的構(gòu)件，采用HRB400鋼筋后，注意最大裂縫的驗算，建議今后規(guī)定中可以適當(dāng)放寬對于使用高強鋼筋裂縫寬度的限值。

［1］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］孟憲珩，徐有鄰．HRB400(Ⅲ)級鋼筋的工程應(yīng)用［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2001，31(2):62-64．

［3］繆志偉，陸新征．高強配筋剪力墻框剪結(jié)構(gòu)的地震行為研究［J］．華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版)，2007，24(4):17-21．

［4］李美云，劉立新．HRB400級鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度的試驗分析［J］．南昌大學(xué)學(xué)報(工科版)，2004，26(3):72-75．