王少奎 張海亮 薛 彪

中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司 北京 100161

當(dāng)下國際工程競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，中國企業(yè)處在由大轉(zhuǎn)強(qiáng)的關(guān)鍵時(shí)期，培養(yǎng)具備專業(yè)技術(shù)能力的國際化人才更是當(dāng)務(wù)之急。對(duì)于從事國際工程的一線工程師而言，對(duì)當(dāng)?shù)匾?guī)范標(biāo)準(zhǔn)的理解無疑是中方工程師最大的短板，如何深入理解及運(yùn)用當(dāng)?shù)匾?guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，解決現(xiàn)場(chǎng)問題，無疑成為擺在每個(gè)工程師面前的一道不可繞開的障礙。

英美規(guī)范是目前國際上適用范圍較廣的規(guī)范，除歐洲與美洲之外，中東地區(qū)及新興經(jīng)濟(jì)體國家也較傾向于使用。本文以英美標(biāo)準(zhǔn)為例，參照國內(nèi)規(guī)范對(duì)施工中常碰到的幾個(gè)問題進(jìn)行對(duì)比分析，希望能給讀者一定的啟示[1-2]。

1 鋼筋的等級(jí)、規(guī)格劃分

中國標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)）GB 1499將混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋分為三大類，即熱軋光圓鋼筋、熱軋帶肋鋼筋和鋼筋焊接網(wǎng)。鋼筋按加工工藝劃分為普通熱軋鋼筋、細(xì)晶粒熱軋鋼筋和余熱處理鋼筋。在GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，按屈服強(qiáng)度特征值將鋼筋等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)，具體如表1所示。

表1 鋼筋等級(jí)劃分

其中一級(jí)鋼筋僅有圓鋼，二級(jí)以上鋼筋根據(jù)工藝的不同還分為普通熱軋帶肋鋼筋和細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋。GB 50010—2010規(guī)定梁柱縱向受力鋼筋必須采用400 MPa及以上等級(jí)鋼筋，一般縱向受力鋼筋及箍筋根據(jù)設(shè)計(jì)要求等級(jí)可以低至300 MPa。

在美國標(biāo)準(zhǔn)（美標(biāo)）當(dāng)中，混凝土結(jié)構(gòu)用鋼分為碳化鋼與合金鋼兩類。按照屈服強(qiáng)度分為5個(gè)等級(jí)，即280、420、520、550、690 MPa，每一等級(jí)鋼筋均有圓鋼和螺紋鋼。公稱直徑分布范圍為10～64 mm，中間尺寸的劃分與國標(biāo)也有些差異，美標(biāo)推薦的鋼筋公稱直徑有10、13、16、19、22、25、29、32、36、43、57、64 mm。

在英國標(biāo)準(zhǔn)（英標(biāo)）中，混凝土結(jié)構(gòu)用帶肋鋼筋只有屈服強(qiáng)度500 MPa等級(jí)鋼筋，根據(jù)延性的不同分為A、B、C這3種。為方便區(qū)分，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)3種鋼筋表面肋的樣式進(jìn)行了規(guī)定。鋼筋的公稱直徑變化范圍為6～50 mm，但規(guī)格數(shù)量較國標(biāo)少，標(biāo)準(zhǔn)推薦的鋼筋直徑有6、7、8、9、10、12、16、20、25、32、40、50 mm，其中6、7、9 mm較常見于焊接鋼筋網(wǎng)片中。強(qiáng)度等級(jí)250 MPa鋼只在光圓鋼筋中應(yīng)用，且光圓鋼筋公稱直徑為2.5～12.0 mm。

值得注意的是，對(duì)于屈服強(qiáng)度，國標(biāo)及美標(biāo)中采用下屈服點(diǎn)強(qiáng)度作為屈服強(qiáng)度，而英標(biāo)則選用上屈服點(diǎn)強(qiáng)度。

2 鋼筋的質(zhì)量偏差與拉伸性能的比較

對(duì)于鋼筋每單位長度實(shí)際與理論質(zhì)量偏差，在GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中規(guī)定，鋼筋公稱直徑在6～12 mm時(shí)，實(shí)際質(zhì)量與理論質(zhì)量偏差不超過±7%；鋼筋公稱直徑在14～20 mm時(shí)，不超過±5%；鋼筋公稱直徑在22～50 mm時(shí)，不超過±4%。美標(biāo)中對(duì)于不同直徑的鋼筋，統(tǒng)一規(guī)定不得小于理論計(jì)算值的94%，而在英標(biāo)中規(guī)定，對(duì)于公稱直徑大于8 mm的鋼筋，實(shí)際與理論質(zhì)量偏差不得超過4.5%；公稱直徑不大于8 mm時(shí)，質(zhì)量偏差不得超過6%。

在國標(biāo)中，鋼筋最大力總伸長率為7.5%，對(duì)于抗震鋼筋則不小于9%。美標(biāo)中對(duì)不同直徑、不同等級(jí)的鋼筋最大力總伸長率則做了如表2所示的規(guī)定。英標(biāo)中規(guī)定等級(jí)為500 MPa的A、B、C這3種鋼筋，其對(duì)應(yīng)的最大力伸長率分別為2.5%、5.0%、7.5%。

表2 美標(biāo)中鋼筋最大力總伸長率

3 鋼筋的入場(chǎng)檢驗(yàn)

國標(biāo)中規(guī)定對(duì)鋼筋原材按批進(jìn)行檢查驗(yàn)收，要求同一牌號(hào)、同一爐罐號(hào)、同一規(guī)格的鋼筋組成一個(gè)檢驗(yàn)批，每批質(zhì)量通常不大于60 t，超過60 t的部分，每增加40 t （或不足40 t的余量），增加1個(gè)拉伸試件和1個(gè)彎曲試件。每批鋼筋中從不同鋼筋上截取5個(gè)試件，先對(duì)5個(gè)試件進(jìn)行質(zhì)量偏差檢驗(yàn)，再取其中2個(gè)試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，檢驗(yàn)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率；取其中2個(gè)試件進(jìn)行彎曲性能檢驗(yàn)，剩余1個(gè)試件進(jìn)行反彎曲試驗(yàn)。對(duì)于牌號(hào)帶“E”的鋼筋，除以上3項(xiàng)測(cè)試外，還須檢驗(yàn)最大力下總伸長率，且實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比不小于1.25，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度特征值比值不大于1.3。需要說明的是，GB/T 1499.2—2018中所述取樣方法及檢測(cè)項(xiàng)目適用于鋼筋交貨檢驗(yàn)，要求每批鋼筋需抽樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，而GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》主要針對(duì)鋼筋進(jìn)場(chǎng)復(fù)試，遵從GB/T 1499.2—2018中的抽樣原則及檢驗(yàn)方法，但沒有對(duì)鋼筋的化學(xué)成分分析作出要求。在GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》及GB 50204—2015中提到，當(dāng)施工中發(fā)現(xiàn)鋼筋脆斷、焊接性能不良或者力學(xué)性能顯著不正常等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)對(duì)該批鋼筋進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)或其他專項(xiàng)檢驗(yàn)。

美標(biāo)中要求同一牌號(hào)、同一爐罐號(hào)、同一規(guī)格的鋼筋，取1個(gè)拉伸試件，檢驗(yàn)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率；取1個(gè)彎曲試件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，再取1個(gè)試件進(jìn)行外觀（肋或螺紋的間距及高度）和質(zhì)量檢驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，拉伸試驗(yàn)失敗，當(dāng)試驗(yàn)值抗拉強(qiáng)度低于規(guī)定值不超過14 MPa、屈服強(qiáng)度低于規(guī)定值不超過7 MPa，或伸長率不超過規(guī)定值2個(gè)百分點(diǎn)時(shí)可以雙倍取樣復(fù)測(cè)。當(dāng)因試驗(yàn)設(shè)備問題、試件準(zhǔn)備問題或者試件缺陷而導(dǎo)致彎曲試驗(yàn)失敗的，則允許雙倍取樣重新試驗(yàn)。由于試件缺陷導(dǎo)致質(zhì)量試驗(yàn)失敗的，可以雙倍取樣復(fù)試。

英標(biāo)中同一爐罐號(hào)為一個(gè)檢驗(yàn)批，每個(gè)檢驗(yàn)批中取1個(gè)試件進(jìn)行化學(xué)成分分析。每個(gè)檢驗(yàn)批中每種型號(hào)的鋼筋取1個(gè)試件進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)、表面檢驗(yàn)及反彎曲檢驗(yàn)；對(duì)于拉伸試樣，每批鋼筋每種型號(hào)每30 t抽取1個(gè)試件，但每批次鋼筋中每種型號(hào)至少抽取3個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，當(dāng)以上任何一種試驗(yàn)失敗時(shí)，應(yīng)從相同批次中選取2個(gè)試樣復(fù)試，其中一個(gè)試樣不合格則認(rèn)為該批鋼筋不合格。

由以上比較可以看出，國標(biāo)取樣數(shù)量較多，對(duì)批次的劃分較美標(biāo)和英標(biāo)更為具體，但缺少對(duì)原材在入場(chǎng)檢驗(yàn)不合格情況下復(fù)試的規(guī)定。

4 鋼筋的保護(hù)層

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的問題十分復(fù)雜，不僅環(huán)境作用本身多變，帶有很大的不確定和不確知性，而且結(jié)構(gòu)材料在環(huán)境作用下的劣化機(jī)理也有諸多問題待進(jìn)一步明確。本文將從保護(hù)層厚度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響這一角度出發(fā)，對(duì)比分析國標(biāo)與英標(biāo)、美標(biāo)規(guī)定的異同。

作為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限、所處環(huán)境類別及作用等級(jí)，應(yīng)滿足鋼筋防銹、耐火以及混凝土之間黏結(jié)力傳遞的要求，且混凝土保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值不得小于鋼筋的公稱直徑。GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼筋保護(hù)層作出了具體規(guī)定：保護(hù)層不應(yīng)小于鋼筋的公稱直徑；以設(shè)計(jì)年限50年與100年考慮，根據(jù)構(gòu)件所處環(huán)境類別規(guī)定了最小保護(hù)層厚度（表3）；保護(hù)層可以適當(dāng)減小的幾個(gè)條件；當(dāng)梁、柱、墻保護(hù)層厚度超過50 mm時(shí)的構(gòu)造處理措施。

表3 混凝土保護(hù)層的最小厚度

國標(biāo)對(duì)于鋼筋保護(hù)層的取值著重從混凝土碳化、脫鈍、鋼筋銹蝕等耐久性角度進(jìn)行考慮。混凝土保護(hù)層厚度不小于鋼筋直徑，是為了保證鋼筋與混凝土的握裹力，按構(gòu)件分類則主要考慮了碳化反應(yīng)的差異及構(gòu)件的重要性。

GB/T 50476—2019《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)混凝土耐久性問題做了系統(tǒng)研究，對(duì)環(huán)境類別及環(huán)境作用等級(jí)做了更為詳細(xì)的劃分，且以設(shè)計(jì)使用年限、構(gòu)件類型、環(huán)境類別和作用等級(jí)為劃分依據(jù)，給出了混凝土保護(hù)層的最小取值。為方便使用，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)最小混凝土厚度表格進(jìn)行了簡化，在混凝土強(qiáng)度等級(jí)影響方面，C30及以上統(tǒng)一取值，C25及以下均增加5 mm。根據(jù)混凝土碳化反應(yīng)的差異和構(gòu)件的重要性，按平面構(gòu)件（板、墻、殼）及桿狀構(gòu)件（梁、柱、桿）分兩類確定保護(hù)層厚度。

英國/歐盟混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中主要從鋼筋防銹蝕、耐火性、鋼筋混凝土黏結(jié)力、混凝土骨料粒徑及混凝土后期表面處理等方面考慮。從耐久性和防火性兩方面對(duì)保護(hù)層厚度予以確定。在耐久性方面，以構(gòu)件所處的環(huán)境類別和混凝土強(qiáng)度等級(jí)為劃分依據(jù)，給出了鋼筋最小保護(hù)層厚度（表4）。從耐火性方面確定保護(hù)層厚度時(shí)，以耐火極限、構(gòu)件類型、構(gòu)件支撐類型為劃分依據(jù)（表5）。

美標(biāo)中對(duì)于非預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件最小保護(hù)層厚度的規(guī)定如表6所示。

美標(biāo)中在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面將環(huán)境類別劃分為四大類，即凍融環(huán)境、硫化物腐蝕環(huán)境、與水接觸環(huán)境和鋼筋腐蝕環(huán)境，在每一大類中按照不利等級(jí)又進(jìn)行了具體的劃分。關(guān)于保護(hù)層厚度也采取了按照環(huán)境類別與構(gòu)件類型的劃分方法，但類別的劃分較為簡化。需要注意的是，ACI 318中規(guī)定最小混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)滿足表6規(guī)定，除非防火規(guī)范中對(duì)保護(hù)層有更高要求。美標(biāo)當(dāng)中提到在確定保護(hù)層厚度時(shí)，可以考慮混凝土樓面板的裝飾層作為鋼筋保護(hù)的一部分。當(dāng)混凝土構(gòu)筑物處于易腐蝕環(huán)境中時(shí)，混凝土水灰比、強(qiáng)度以及氯離子含量會(huì)有更高要求，且鋼筋保護(hù)層厚度不得小于50 mm，對(duì)于墻板構(gòu)件及其他構(gòu)件要求不小于64 mm。

表4 耐久性要求下的鋼筋保護(hù)層厚度

表5 耐火性要求下的鋼筋保護(hù)層厚度

表6 現(xiàn)場(chǎng)澆筑非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：

1）國標(biāo)中對(duì)保護(hù)層的確定綜合考慮了構(gòu)件類別、環(huán)境類別、環(huán)境作用等級(jí)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)，且給出了較為系統(tǒng)、詳細(xì)的保護(hù)層取值。表3中數(shù)據(jù)綜合考慮了耐火性要求，但未做出詳細(xì)劃分。英標(biāo)中保護(hù)層厚度的確定從耐久性和耐火性兩方面進(jìn)行考慮。同時(shí)將混凝土強(qiáng)度等級(jí)和耐火時(shí)限與保護(hù)層厚度做了對(duì)應(yīng)關(guān)系。美標(biāo)中沒有明確表明考慮構(gòu)件耐火性要求。

2）最小保護(hù)層可以達(dá)到的前提條件：按照國標(biāo)規(guī)定，梁、板、殼構(gòu)件在室內(nèi)干燥環(huán)境下可以取最小保護(hù)層厚度為15 mm。英標(biāo)中規(guī)定，當(dāng)防火等級(jí)為0.5 h，混凝土構(gòu)件處于室內(nèi)或不受侵蝕影響時(shí)，任何構(gòu)件在混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C40且混凝土骨料粒徑不大于15 mm的條件下，可以取最小保護(hù)層厚度為15 mm。英標(biāo)中還規(guī)定，在任何條件下，鋼筋的實(shí)際保護(hù)層厚度都不得小于根據(jù)環(huán)境類別、耐腐蝕性、耐火性確定的保護(hù)層厚度5 mm，即規(guī)定了當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)確定了保護(hù)層厚度時(shí)，實(shí)際操作誤差允許值為5 mm。

3）國標(biāo)特別對(duì)設(shè)計(jì)使用年限為100年的建（構(gòu)）筑物保護(hù)層做了特殊規(guī)定。英國與美標(biāo)中并未按照設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行規(guī)定，此外英美標(biāo)準(zhǔn)中也沒有對(duì)保護(hù)層超過50 mm的情況單獨(dú)說明。

5 鋼筋的連接方式

鋼筋的連接方式有搭接、機(jī)械連接以及焊接。目前國內(nèi)常用做法為12 mm及以下采用搭接連接，14 mm及以上鋼筋采用機(jī)械連接。但在中東地區(qū)，公稱直徑32 mm以下鋼筋的連接仍以搭接連接為主。鋼筋的連接宜設(shè)置在構(gòu)件受力較小的部位。我們將以搭接連接為例，討論一下國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定異同。

國標(biāo)中關(guān)于搭接連接的規(guī)定：在結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件和關(guān)鍵傳力部位，縱向受力鋼筋不宜設(shè)置連接接頭；軸心受拉及小偏心受拉桿件的受力鋼筋不得采用綁扎搭接，其他桿件中受拉鋼筋直徑不大于25 mm，受壓鋼筋不大于28 mm；綁扎搭接的連接區(qū)域?yàn)?.3倍鋼筋搭接長度，且搭接接頭率一般不大于50%；縱向受拉鋼筋的搭接長度以鋼筋錨固長度為基準(zhǔn)值，考慮接頭率影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，且不小于300 mm；受壓鋼筋的搭接長度應(yīng)不小于受拉鋼筋搭接長度的70%，且不小于200 mm；當(dāng)受壓鋼筋直徑大于25 mm時(shí)，尚應(yīng)在搭接接頭2個(gè)端面外100 mm范圍內(nèi)各設(shè)置2道箍筋；不同直徑的鋼筋進(jìn)行搭接時(shí)，搭接長度按直徑較小的鋼筋計(jì)算。

美標(biāo)中關(guān)于搭接連接的規(guī)定：當(dāng)鋼筋直徑為36 mm以上時(shí)不應(yīng)使用搭接連接；受壓鋼筋搭接一般情況下不允許使用36 mm以上鋼筋，但允許直徑43 mm或57 mm鋼筋與直徑36 mm鋼筋或更小的鋼筋搭接；構(gòu)件受拉鋼筋的搭接長度以錨固長度為基準(zhǔn)值，考慮鋼筋實(shí)際配筋面積/計(jì)算配筋面積比值、搭接接頭率影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，且不小于300 mm；受壓鋼筋的搭接考慮混凝土及鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)搭接長度進(jìn)行計(jì)算，且不得小于300 mm；不同直徑受拉鋼筋相搭接，搭接長度取較大鋼筋的抗拉錨固長度與較小鋼筋的受拉搭接長度兩者中的較大值；不同直徑受壓鋼筋相搭接，搭接長度取較大鋼筋的抗壓錨固長度與較小鋼筋的受壓搭接長度兩者中的較大值。

值得指出的是，美標(biāo)中沒有提出搭接區(qū)域?yàn)?.3倍搭接長度的觀點(diǎn)，我們按搭接區(qū)域長度及搭接長度進(jìn)行理解。

通過以上的比較可以發(fā)現(xiàn)，美標(biāo)中鋼筋搭接對(duì)于直徑的限制較寬，當(dāng)不同直徑鋼筋進(jìn)行搭接時(shí)，不僅考慮了按較小鋼筋計(jì)算的搭接長度，還需考慮較大鋼筋的錨固長度。

英標(biāo)中規(guī)定：

1）鋼筋的搭接應(yīng)避開高應(yīng)力區(qū)，宜錯(cuò)開搭接位置。

2）鋼筋搭接最小長度應(yīng)為15倍鋼筋直徑與300 mm中的較大值。

3）在柱梁構(gòu)件中，當(dāng)相搭接的2根鋼筋直徑均超過20 mm且保護(hù)層厚度小于較小鋼筋直徑的1.5倍時(shí)，應(yīng)沿搭接全長布置箍筋，箍筋直徑不小于較小鋼筋直徑的1/4，且間距不得超過200 mm。

4）對(duì)于受拉鋼筋的搭接，搭接長度至少等于鋼筋錨固長度，當(dāng)不同直徑的鋼筋進(jìn)行搭接時(shí)，搭接長度按照較小鋼筋直徑計(jì)算；一般情況下，鋼筋的搭接長度等于錨固長度，當(dāng)出現(xiàn)以下3種情況時(shí)需乘以相關(guān)系數(shù)：

① 搭接位于構(gòu)件上部區(qū)域，且最小保護(hù)層厚度不足搭接鋼筋直徑的2倍時(shí)，搭接長度應(yīng)乘以1.4。

② 當(dāng)搭接位于構(gòu)件截面角部，且兩側(cè)保護(hù)層厚度不足搭接鋼筋直徑的2倍，或與鄰近鋼筋搭接接頭凈距小于75 mm與6倍搭接鋼筋直徑兩者中的較大值時(shí)，搭接長度應(yīng)乘以1.4。

③ 當(dāng)以上2種情形都成立時(shí)，搭接長度應(yīng)乘以2。

5）受壓鋼筋的搭接不小于抗壓錨固長度的1.25倍。當(dāng)不同直徑鋼筋進(jìn)行搭接時(shí)，選取較小直徑鋼筋進(jìn)行計(jì)算。

6 結(jié)語

本文對(duì)照英標(biāo)及美標(biāo)，對(duì)施工中常碰到的鋼筋等級(jí)劃分、入場(chǎng)檢驗(yàn)、保護(hù)層及鋼筋的連接方式等進(jìn)行了對(duì)比分析。中外標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析及整理工作繁冗龐雜，筆者以突出實(shí)操性為出發(fā)點(diǎn)，選擇與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)緊密相關(guān)的點(diǎn)進(jìn)行分析，希望對(duì)一線工程師有所幫助。