【摘要】國(guó)內(nèi)的建筑工程多以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，鋼筋的消耗量很大。推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，是落實(shí)國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，發(fā)展綠色、低碳建筑的重要舉措，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、環(huán)保的目的。本文綜述了推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的重要意義，分析了高強(qiáng)鋼筋的性能、特點(diǎn)、應(yīng)用原則以及推廣應(yīng)用中存在的問題和有關(guān)建議等，為設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)鋼筋；混凝土結(jié)構(gòu)；應(yīng)用技術(shù)；分析

1、推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的重要意義

建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程逐步加快，對(duì)建筑鋼材的需求與日俱增。但在建筑業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，我們也要應(yīng)對(duì)能源、資源、環(huán)境的約束，2011年我國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度達(dá)到60%，2012年，鐵礦石進(jìn)口量達(dá)到7.436億噸。據(jù)專家預(yù)計(jì)，我國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度將長(zhǎng)期保持在60%以上。長(zhǎng)期形成的高投入、高消耗、高污染、低產(chǎn)出造成我國(guó)的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染十分嚴(yán)重。我國(guó)單位GDP能耗仍是日本的4.5倍、美國(guó)的2.9倍，鋼鐵行業(yè)單位產(chǎn)品能耗比國(guó)際先進(jìn)水平高10%～20%；水體化學(xué)需氧量指標(biāo)、大氣中二氧化硫等主要污染物排放量居高不下，二氧化碳排放總量持續(xù)上升。不解決這些問題，我國(guó)資源難以支撐、環(huán)境難以承受、民生難以改善。

我國(guó)建筑工程以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，鋼筋消耗量很大。2010年全國(guó)城鎮(zhèn)房屋建筑鋼筋和線材用量1.3億噸，占其總產(chǎn)量一半以上，占鋼鐵總產(chǎn)量的16%。推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋是實(shí)現(xiàn)減量化用鋼的重要途徑，據(jù)測(cè)算，以HRB400替代HRB335鋼筋可節(jié)約鋼材12%～14%；HRB500取代HRB400鋼筋可再節(jié)約5%～7%。在高層或大跨度建筑中應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，效果更明顯，大約節(jié)省鋼筋用量30%。2010年全國(guó)高強(qiáng)鋼筋用量比例約35%，按照當(dāng)前我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模，如果高強(qiáng)鋼筋用量比例達(dá)到65%，每年大約可節(jié)省鋼筋1000萬噸，相應(yīng)緩解鐵礦石進(jìn)口、煤炭和電力供應(yīng)的壓力。加快應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，可以為我國(guó)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2、高強(qiáng)鋼筋的性能及特點(diǎn)

高強(qiáng)鋼筋是指抗拉屈服強(qiáng)度達(dá)到400MPa級(jí)（俗稱Ⅲ級(jí)鋼）、500MPa級(jí)（俗稱Ⅳ級(jí)鋼）及以上的帶肋鋼筋，具有強(qiáng)度高、綜合性能優(yōu)的特點(diǎn)。上世紀(jì)末，國(guó)外大幅度提高了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的強(qiáng)度，普遍以400MPa、500MPa（甚至600MPa）強(qiáng)度等級(jí)的鋼筋作為主要受力鋼筋；我國(guó)目前的用鋼水平遠(yuǎn)低于國(guó)際水平，根據(jù)住建部、工信部《關(guān)于加快應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的指導(dǎo)意見》，2013年底，在建筑工程中淘汰335MPa級(jí)帶肋鋼筋，2015年底，高強(qiáng)鋼筋的使用量達(dá)到建筑用鋼筋總量的65%以上。

高強(qiáng)鋼筋是指鋼鐵企業(yè)在冶煉過程中，在鋼中加入V、Nb、Ti等合金元素，因而金屬組織晶粒細(xì)、強(qiáng)度高、韌性好、易焊接。以20MnSiV為例，其化學(xué)成分與20MnSi相比，C、Si、Mn元素含量基本相同，只是在20MnSi中加入了V。在20MnSi中加入了釩后，釩在鋼中生成氮化釩，沉淀析出后提高了鋼的強(qiáng)度，同時(shí)由于氮化釩的沉淀析出，阻止了奧氏晶體的長(zhǎng)大，從而也就細(xì)化了鐵素體晶粒。由于釩的加入，還能加速珠光體的形成，它能促進(jìn)焊接熱影響區(qū)奧氏體晶界上鐵素體的形成，從而增加焊接熱影響區(qū)的韌性，達(dá)到提高焊接質(zhì)量目的。HRB400與HRB335相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）強(qiáng)度高、延性好，可節(jié)省建筑用鋼；（2）性能穩(wěn)定，應(yīng)變時(shí)效敏感性低，安全儲(chǔ)備大；（3）焊接性能優(yōu)良；（4）強(qiáng)屈比大于1.25，抗震性能好；（5）韌脆性轉(zhuǎn)變溫度低，在—40℃以下斷裂仍為塑性斷口；（6）具有較高的高應(yīng)變低周疲勞性能，有利于提高工程結(jié)構(gòu)的抗破壞能力。

3、高強(qiáng)鋼筋在建筑工程中的應(yīng)用原則

高強(qiáng)鋼筋的推廣應(yīng)用是混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，有廣闊的市場(chǎng)需求，HRB400鋼筋于1996年開始在建筑工程領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，HRB500鋼筋于2005年正式開始工程試設(shè)計(jì)和施工，并建造了第一幢高層住宅，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，2006年我國(guó)鋼筋產(chǎn)量中HRB500鋼筋已達(dá)到25萬噸，占當(dāng)年鋼筋總產(chǎn)量的0.2%～0.3%。在建筑工程中應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，不僅可以減少鋼筋用量，減低工程造價(jià)，提高工程質(zhì)量，而且目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)與應(yīng)用條件已經(jīng)成熟。在實(shí)際應(yīng)用中，建設(shè)管理及專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)抓好幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（1）選材方面：主要是執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用鋼第二部分：熱軋帶肋鋼筋》GB1499.2-2007，鋼筋的各項(xiàng)性能應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB1499.2-2007的規(guī)定。目前常用的高強(qiáng)鋼筋牌號(hào)有HRB400、HRB500、HRB400E、HRB500E，常用的公稱直徑為6、8、10、12、16、20、25、32、40㎜。對(duì)于熱軋細(xì)晶粒HRBF500級(jí)帶肋鋼筋，在工藝技術(shù)方面還需改進(jìn)研究。

（2）設(shè)計(jì)方面：熱軋帶肋高強(qiáng)鋼筋的適用范圍與一般鋼筋相同，并且可以和其他鋼筋搭配使用，相應(yīng)結(jié)構(gòu)梁、板、墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25，柱不宜低于C30。工程設(shè)計(jì)時(shí)主要是依據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010—2010。

采用400MPa、500MPa級(jí)鋼筋的混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其內(nèi)力分析、截面設(shè)計(jì)的基本原則，仍然是按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于受彎構(gòu)件，其設(shè)計(jì)原理與計(jì)算公式基本不變，只是鋼筋的強(qiáng)度有所調(diào)整。

配置于混凝土結(jié)構(gòu)中的熱軋帶肋高強(qiáng)鋼筋，對(duì)鋼筋的錨固（包括在節(jié)點(diǎn)中的錨固）、連接以及縱向受力鋼筋的最小配筋率等應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范的構(gòu)造規(guī)定。

按一、二級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)各類框架結(jié)構(gòu)梁、柱的縱向受力鋼筋，宜采用牌號(hào)帶后綴字母“E”的專用抗震鋼筋，鋼筋的強(qiáng)屈比、超強(qiáng)比和極限拉應(yīng)變應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定。

（3）施工方面：鋼筋進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。工程技術(shù)人員應(yīng)檢查出廠質(zhì)量證明書和試驗(yàn)報(bào)告單，按照規(guī)定分批進(jìn)行見證取樣并送檢復(fù)試，鋼筋表面或每捆（盤）均應(yīng)有明顯標(biāo)志，鋼筋的牌號(hào)、強(qiáng)度等級(jí)、規(guī)格型號(hào)應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件的規(guī)定。

鋼筋代換應(yīng)遵守構(gòu)件承載力相等的代換原則，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行最小配筋率、保護(hù)層厚度、裂縫寬度、剛度、錨固長(zhǎng)度、搭接長(zhǎng)度、焊接接頭及機(jī)械連接接頭的型式檢驗(yàn)、抗震鋼筋的延性等復(fù)核。

鋼筋的彎鉤或彎折應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定。采用機(jī)械連接的受力鋼筋應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)程進(jìn)行鋼筋連接施工，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械連接施工的管理和質(zhì)量控制。采用焊接方式連接的受力鋼筋應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)定進(jìn)行焊接施工，鋼筋焊接施工前應(yīng)按規(guī)定對(duì)焊接試件進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后方可正式進(jìn)行焊接施工；500MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋為新品種鋼筋，不易保證焊接質(zhì)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，500MPa級(jí)鋼筋連接方式不宜采用電渣壓力焊；對(duì)于采用焊接方式連接的細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋和直徑大于25㎜普通熱軋帶肋鋼筋的焊接工藝，應(yīng)進(jìn)行專門檢驗(yàn)，并具有可靠的工程經(jīng)驗(yàn)。

鋼筋在加工過程中，出現(xiàn)脆斷、力學(xué)性能異常以及焊接性能不良等現(xiàn)象時(shí)，施工技術(shù)人員應(yīng)對(duì)該批鋼筋進(jìn)行鋼筋牌號(hào)鑒別檢驗(yàn)，如仍不能確定，需進(jìn)一步做化學(xué)成分檢驗(yàn)或其他專項(xiàng)檢驗(yàn)。

4、應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋存在的問題

我國(guó)目前常用的高強(qiáng)鋼筋主要是400MPa級(jí)鋼筋，500MPa級(jí)鋼筋已在京津城際快速鐵路、京滬高鐵等國(guó)家重點(diǎn)工程中應(yīng)用。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家常用的是500MPa、600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋，甚至還用到700MPa級(jí)。高強(qiáng)鋼筋在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用比較緩慢，關(guān)鍵問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)新技術(shù)認(rèn)識(shí)不夠。長(zhǎng)期以來我國(guó)生產(chǎn)和應(yīng)用的建筑鋼材主要是HPB235和HRB335鋼筋，由于設(shè)計(jì)、施工人員對(duì)新技術(shù)認(rèn)識(shí)不到位，從習(xí)慣考慮偏愛選擇Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)鋼筋。國(guó)家相關(guān)部門對(duì)高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用缺少宣傳和強(qiáng)制手段，造成國(guó)內(nèi)地區(qū)之間、行業(yè)之間對(duì)高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用存在嚴(yán)重不平衡，東部地區(qū)應(yīng)用好于西部地區(qū)，大城市應(yīng)用好于中小城市，房屋建筑工程推廣應(yīng)用比較積極，交通、水利、電力等行業(yè)有待進(jìn)一步加大推廣應(yīng)用力度。

（2）生產(chǎn)供給和市場(chǎng)需求矛盾。豐富市場(chǎng)供給，滿足工程需要，是推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的基礎(chǔ)條件。建筑工程對(duì)鋼筋需求量大、規(guī)格要求多，建筑企業(yè)希望能夠便捷采購(gòu)到所需貨物，但是目前市場(chǎng)上高強(qiáng)鋼筋產(chǎn)能分布區(qū)域不均，規(guī)格單一，產(chǎn)品批量供貨短缺，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)積極性不高，造成有些區(qū)域，還難以便捷地買到高強(qiáng)鋼筋，制約了高強(qiáng)鋼筋的推廣應(yīng)用。

（3）技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面存在矛盾。推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋堅(jiān)持以節(jié)材為核心，以結(jié)構(gòu)安全為前提，經(jīng)濟(jì)合理地選用。建筑企業(yè)整體利潤(rùn)微薄，過高的材料價(jià)格影響建筑企業(yè)推廣應(yīng)用的積極性；若材料價(jià)格過低，鋼鐵企業(yè)又缺少積極性，市場(chǎng)供給就成問題。高強(qiáng)鋼筋的價(jià)格適當(dāng)合理，要確保鋼鐵企業(yè)和建筑企業(yè)合理利潤(rùn)空間，形成“共贏”，是高強(qiáng)鋼筋成功應(yīng)用的前提條件和重要保障。在高層和大跨度建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用高強(qiáng)鋼筋；對(duì)一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件，當(dāng)不需要很高強(qiáng)度時(shí)可采用普通強(qiáng)度鋼筋。綜合考慮鋼筋的強(qiáng)度和延性，結(jié)合構(gòu)件受力特點(diǎn)選用鋼筋，降低工程造價(jià)。

（4）應(yīng)用技術(shù)相對(duì)滯后。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和標(biāo)準(zhǔn)圖集還不能滿足高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用的需要。采用高強(qiáng)鋼筋以后，對(duì)混凝土構(gòu)件的變形、裂縫控制問題，原來由鋼筋承載力強(qiáng)度控制，轉(zhuǎn)變成由構(gòu)件的撓度、裂縫寬度所控制，混凝土結(jié)構(gòu)中所配置的鋼筋相當(dāng)一部分用量是作為安全儲(chǔ)備，不能充分發(fā)揮作用，成為設(shè)計(jì)推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的障礙。推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，對(duì)混凝土構(gòu)件的變形裂縫計(jì)算進(jìn)行改進(jìn)，如果撓度、裂縫的計(jì)算方法調(diào)整融合不到設(shè)計(jì)軟件中去，需要設(shè)計(jì)人員手工復(fù)核，會(huì)增加設(shè)計(jì)人員的工作量，將影響設(shè)計(jì)人員推廣的積極性。

（5）施工技術(shù)要求相對(duì)提高。在施工階段，對(duì)鋼筋的加工、連接（包括綁扎、機(jī)械連接、焊接接頭等），需要繼續(xù)加強(qiáng)研究，同時(shí)應(yīng)做好施工人員上崗培訓(xùn)和鋼筋加工機(jī)械換代產(chǎn)品的配套生產(chǎn)。

（6）各行業(yè)間應(yīng)用不平衡帶來不良影響。推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，房屋建筑行業(yè)是最積極的，而且已經(jīng)取得了顯著成效。鐵路橋梁由于相應(yīng)的《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修編滯后，所以我國(guó)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)中很少采用高強(qiáng)鋼筋。水利工程往往由于施工工地偏遠(yuǎn)，鋼筋采購(gòu)難度大，而且主要使用32㎜以上的大直徑鋼筋，制約了高強(qiáng)鋼筋的推廣應(yīng)用。

5、應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的幾點(diǎn)建議

（1）政府主導(dǎo)，政策上支持鼓勵(lì)。政府相關(guān)部門應(yīng)制定推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的“指導(dǎo)意見”和在建筑工程中應(yīng)用的技術(shù)措施文件，并采取優(yōu)惠政策，對(duì)科研、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工等單位給予資金、工程推優(yōu)等政策上的支持，提高大家的積極性。對(duì)設(shè)計(jì)單位在評(píng)選優(yōu)秀設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)給予傾斜，對(duì)施工單位在評(píng)選建筑施工獎(jiǎng)項(xiàng)時(shí)給予傾斜，對(duì)科研及鋼鐵企業(yè)給予政策或資金上的支持。

（2）依靠技術(shù)進(jìn)步，生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉產(chǎn)品。一是加大鋼鐵企業(yè)在高強(qiáng)鋼筋生產(chǎn)技術(shù)方面的創(chuàng)新力度。高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)技術(shù)主要是在生產(chǎn)過程中，加入錳、釩、鈮、鈦等合金元素，而我國(guó)對(duì)錳礦、鈮鐵原料的對(duì)外依存度較高，進(jìn)口原料提高了鋼鐵企業(yè)成本。

（3）加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)研究及其宣傳力度。對(duì)高強(qiáng)鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，包括設(shè)計(jì)與施工相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的修編、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)等并加大宣傳力度，深入開展高強(qiáng)鋼筋的推廣應(yīng)用工作。

（4）加強(qiáng)施工企業(yè)的監(jiān)管。推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，施工企業(yè)需要做好思想和技術(shù)兩方面的準(zhǔn)備，對(duì)不同品種鋼筋的區(qū)分、鋼筋的錨固技術(shù)、機(jī)械連接技術(shù)、焊接技術(shù)、鋼筋加工設(shè)備的使用操作等，施工企業(yè)需要對(duì)相關(guān)人員開展培訓(xùn)，使技術(shù)人員和操作人員掌握高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用技術(shù)。

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