李 星

(山西潞安工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046204)

高強(qiáng)鋼筋用于梁與柱的縱向受力鋼筋、大開間樓板、基礎(chǔ)筏板以及高層剪力墻的受力鋼筋時(shí)節(jié)材效果顯著。隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑鋼筋已是鋼材產(chǎn)品中消耗量最大的品種。因此在不斷提高建筑鋼筋的性能，特別是實(shí)現(xiàn)其高強(qiáng)度化的同時(shí)，需要合理運(yùn)用低成本生產(chǎn)工藝，從而保障高強(qiáng)鋼筋的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1 高強(qiáng)鋼筋的概述

普通混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的高強(qiáng)鋼筋是指強(qiáng)度級(jí)別為400MPa級(jí)及以上的鋼筋，其通過(guò)對(duì)鋼筋添加一定量的合金元素，利用微合金化技術(shù)冶煉而成。在提高鋼筋強(qiáng)度的同時(shí)又保留了鋼筋的延性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋不僅可以優(yōu)化鋼筋品種、減少鋼筋用量，還可有效改善梁、柱節(jié)點(diǎn)鋼筋密集的現(xiàn)象，有利于混凝土澆筑質(zhì)量。目前在鋼筋混凝土設(shè)計(jì)中應(yīng)用的HRB400、HRB500等級(jí)的熱軋鋼筋就屬于高強(qiáng)鋼筋。其具備以下優(yōu)良特性：第一、強(qiáng)度高：400MPa級(jí)鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為400MPa、極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為540MPa、抗拉抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為360MPa；500 MPa級(jí)鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為500MPa、極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為630MPa、抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為435MPa、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 410MPa；600MPa級(jí)鋼筋則更高。第二、性能穩(wěn)定，應(yīng)變時(shí)效敏感性低。第三、延性好：延伸率≥14%，實(shí)際上平均延伸率可達(dá)20%。第四、冷彎性能好。第五、焊接性能良好，適應(yīng)各種焊接方法。第六、強(qiáng)屈比高，安全儲(chǔ)備大，能滿足抗震要求，抗震性能好。

2 高強(qiáng)鋼筋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及其存在的問(wèn)題

2.1 高強(qiáng)鋼筋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析。

高強(qiáng)鋼筋與普通鋼筋相比，不僅完全滿足了建筑用鋼要求，具有較好的強(qiáng)度和一定的延性，同時(shí)也有效改善了鋼筋的力學(xué)性能。由于高強(qiáng)鋼筋在強(qiáng)度上占有很大優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用高強(qiáng)鋼筋，在提高結(jié)構(gòu)安全性能的同時(shí)，可有效減少單位建筑面積的鋼筋用量。因此采用高強(qiáng)鋼筋具有極好的節(jié)材作用，降低了構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)成本，減少了資源的損耗，符合現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)節(jié)能減排的要求。高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用可以顯著提高構(gòu)件的配筋效率。對(duì)于一些梁柱構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中常常因?yàn)槭艿戒摻钪g合理間距的限制，不得不加大構(gòu)件的截面尺寸，導(dǎo)致梁柱構(gòu)件混凝土用量的增加，減少了建筑的有效空間，降低了社會(huì)效益。如采用高強(qiáng)鋼筋作為受力鋼筋，可明顯降低配筋的數(shù)量，使梁柱截面得到合理優(yōu)化。在結(jié)構(gòu)工程施工中，采用高強(qiáng)鋼筋可以有效地降低施工難度。對(duì)于大跨度或者是重載結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用普通鋼筋配筋時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋過(guò)于密集，造成鋼筋的安裝和綁扎困難。而換用高強(qiáng)鋼筋，不僅可以減少節(jié)點(diǎn)的配筋數(shù)量，同時(shí)降低了鋼筋的綁扎和混凝土的施工難度，便于施工管理，提高了鋼筋工程的施工效率。高強(qiáng)鋼筋較之普通鋼筋生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，對(duì)技術(shù)的要求以及廠家的實(shí)力要求也比較高，因此不容易進(jìn)行假冒，這在一定程度上遏制住了“瘦身鋼筋”的出現(xiàn)，從而保證鋼筋的品質(zhì)，確保建筑工程的質(zhì)量。

2.2 高強(qiáng)鋼筋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用存在的主要問(wèn)題分析

其問(wèn)題主要表現(xiàn)在技術(shù)和推廣方面。從技術(shù)方面來(lái)看，在提高鋼筋強(qiáng)度的同時(shí)，未能很好的解決鋼筋錨固長(zhǎng)度問(wèn)題，以及構(gòu)件的裂縫控制等問(wèn)題，限制了高強(qiáng)鋼筋作用的發(fā)揮。從推廣方面看，我國(guó)對(duì)高強(qiáng)鋼筋相關(guān)理論研究和實(shí)驗(yàn)分析不夠充分，配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的編制還有待完善，尚不能滿足目前建筑發(fā)展的需要。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如采用HRB500級(jí)鋼筋代替普通鋼筋作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的縱向受力鋼筋，在相同的受彎承載力情況下，可以顯著減少鋼筋的用料，從而取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。然而，在實(shí)際工程中若采用高強(qiáng)鋼筋，在使用荷載的作用下鋼筋應(yīng)力會(huì)顯著提高，構(gòu)件的裂縫寬度和撓度可能會(huì)因此而超過(guò)限值，取代承載力計(jì)算成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素，高強(qiáng)鋼筋的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)將難以發(fā)揮作用。針對(duì)這種情況，在新規(guī)范的編寫中已經(jīng)對(duì)裂縫限值的計(jì)算公式中荷載組合和受力特征系數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，一定程度上放松了裂縫寬度對(duì)高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用的限值。采用高強(qiáng)鋼筋時(shí)，對(duì)于一類環(huán)境下的受彎構(gòu)件，如果使用功能許可，其最大裂縫寬度限值可采用0.4mm，取消了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中年平均相對(duì)濕度小于60%的要求；對(duì)于2a類環(huán)境下的地下室底板，當(dāng)不接觸腐蝕性介質(zhì)時(shí)，由于底板鋼筋應(yīng)力偏低，而且迎水面混凝土保護(hù)層厚度較大，其最大裂縫寬度限值可放大至0.3mm。對(duì)于采用高強(qiáng)鋼筋的結(jié)構(gòu)工程，其梁柱節(jié)點(diǎn)處的錨固長(zhǎng)度也是制約高強(qiáng)鋼筋發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。為了確保鋼筋具有足夠的承載力和剛度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須使鋼筋有足夠的錨固長(zhǎng)度。在同等條件下，鋼筋的錨固長(zhǎng)度會(huì)隨著鋼筋強(qiáng)度的變化而變化。而高強(qiáng)鋼筋因其較高的抗拉強(qiáng)度值所需的錨固長(zhǎng)度也增加了很多。這種因鋼筋強(qiáng)度的增加而造成的錨固長(zhǎng)度的變化將給節(jié)點(diǎn)處及主、次梁搭接處的構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)一定困擾。針對(duì)這種情況，可以通過(guò)提高混凝土等級(jí)的方式，降低鋼筋錨固的長(zhǎng)度。因此在高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用中，應(yīng)注意鋼筋與混凝土的合理搭配，選擇適宜的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件尺寸。另一方面由于高強(qiáng)鋼筋尚在推廣過(guò)程中，部分設(shè)計(jì)和施工人員對(duì)高強(qiáng)鋼筋的品種、規(guī)格、性能和應(yīng)用范圍不夠熟悉，對(duì)當(dāng)前的高強(qiáng)鋼筋的供貨狀況缺少了解，不能合理的選用鋼筋。因此應(yīng)加強(qiáng)關(guān)于高強(qiáng)鋼筋的知識(shí)培訓(xùn)，保證高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)與供貨暢通，積極推廣高強(qiáng)鋼筋試點(diǎn)工程，提高建筑人員采用高強(qiáng)鋼筋作為主導(dǎo)鋼筋的意識(shí)。

3 高強(qiáng)鋼筋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的發(fā)展方向

由于受到錨固長(zhǎng)度和裂縫寬度等方面限制，高強(qiáng)鋼筋更適用于不受撓度和裂縫控制的結(jié)構(gòu)中，比如偏壓構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和驗(yàn)算可以滿足正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)等。

3.1 柱類構(gòu)件

框架柱的受力特點(diǎn)是承受壓彎與剪力為主，同時(shí)考慮拉彎和側(cè)向穩(wěn)定性的影響。根據(jù)承載力計(jì)算柱的配筋時(shí)，鋼筋強(qiáng)度越高，鋼筋的經(jīng)濟(jì)效益越明顯，因此對(duì)于柱類構(gòu)件的縱向受力鋼筋按計(jì)算配筋或者是最小配筋率進(jìn)行計(jì)算均可以采用500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋。同時(shí)柱內(nèi)受力鋼筋的錨固相較于梁更容易處理，也不受裂縫寬度的限制。因此，建議在柱類構(gòu)件中推廣高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用，有條件時(shí)應(yīng)積極采用500MPa級(jí)鋼筋。

3.2 板類構(gòu)件

對(duì)于板類構(gòu)件，主要配有承受豎向荷載和彎矩的共同作用的受力鋼筋和分布鋼筋。由于板類構(gòu)件混凝土等級(jí)往往較低，鋼筋的最小配筋率受到混凝土強(qiáng)度等級(jí)與鋼筋強(qiáng)度等級(jí)比值的影響，同時(shí)又有裂縫寬度的限制，進(jìn)而高強(qiáng)鋼筋的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。因此，建議在板類構(gòu)件中根據(jù)工程情況選用高強(qiáng)鋼筋，如跨度大、承載力要求高或者是配筋率高，所需鋼筋較大的板中應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋。

3.3 梁類構(gòu)件

作為主要承受剪力、彎矩和扭矩共同作用的梁類構(gòu)件，在選用鋼筋時(shí)，不僅要考慮撓度和裂縫寬度的限制，同時(shí)又要保證其在地震作用下的延性?？v向受力鋼筋因其錨固的需要以及受剪計(jì)算中箍筋抗拉強(qiáng)度的限制，宜采用400MPa級(jí)鋼筋作為其受力主筋。部分需承受較大荷載或者截面尺寸較大的梁，考慮到鋼筋的經(jīng)濟(jì)效益和施工管理的方便，在可以滿足裂縫寬度的要求情況下優(yōu)先選用500MPa級(jí)鋼筋。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為了適應(yīng)建筑行業(yè)發(fā)展的需要，逐步推廣高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用可以明顯減少鋼筋的用量，大大減少能源和資源的浪費(fèi)，符合我國(guó)當(dāng)前發(fā)展所推行的“節(jié)能減排”政策。雖然高強(qiáng)鋼筋的全面推廣還存在著一些難題，但是隨著技術(shù)的不斷完善以及經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，以后高強(qiáng)鋼筋必然會(huì)得到更好的應(yīng)用。