賀彩峰 周 朕 呼 洋 劉 才 周凱誼

北京建工集團有限責(zé)任公司 北京 100055

海外建筑行業(yè)在結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用新型強度高的HRB 500鋼筋。國內(nèi)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第二部分：肋骨鋼筋》引進了HRB500鋼筋，但在國內(nèi)還沒有形成大規(guī)模的普及應(yīng)用。在北京市副中心建設(shè)中，尤其是在地下結(jié)構(gòu)建造中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系仍然占有很大的比重，大規(guī)模地推廣HRB500鋼筋在城市副中心建設(shè)中的應(yīng)用，對提高建筑行業(yè)水平、提升建筑材料的科技進步都具有極其重要的意義，同時也符合國家綠色環(huán)保、節(jié)能減排的政策要求。本文依托北京市副中心第二期建設(shè)項目，開展HRB500鋼筋在工程中效益的具體分析研究。

1 HRB500鋼筋受力性能

1.1HRB500鋼筋物理性能

HRB500、HRB500E鋼筋與HRB400、HRB335鋼筋相比，在材料中添加了V、Nb、Ti等合金元素，材料性能穩(wěn)定、物理性能良好，具有強度高、延性好、焊接性能好，安全儲備大、抗震性能好等優(yōu)點。表1為HRB400、HRB500鋼筋化學(xué)組成成分。

表1 HRB400、HRB500鋼筋化學(xué)組成成分

1.2HRB500鋼筋受力性能

HRB500鋼筋屈服強度為500 MPa，HRB400鋼筋屈服強度為400 MPa，兩者相比，HRB500鋼筋比HRB400鋼筋屈服強度提高25.0%。HRB500鋼筋的抗拉強度為630 MPa，HRB400鋼筋抗拉強度為540 MPa，兩者相比，HRB500鋼筋比HRB400鋼筋抗拉強度提高16.7%。表2是HRB400鋼筋和HRB500鋼筋的受力性能指標(biāo)對比。

表2 HRB400與HRB500鋼筋受力性能指標(biāo)對比

1.3HRB500鋼筋的工藝性能

HRB500鋼筋連接方式有綁扎連接、焊接連接和機械連接。國內(nèi)外學(xué)者對HRB500鋼筋連接方式進行過大量的試驗研究。焊接時，HRB500鋼筋閃光焊焊接接頭性能良好，達到JGJ 18—2012《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》的合格要求[1]，但是焊接質(zhì)量不高，離散性很大，對于重要工程不建議采用。機械連接時，HRB500鋼筋接頭都能滿足拉伸強度。但從鋼筋變形性能來看，剝肋滾壓直螺紋和擠肋滾壓直螺紋連接在破壞時具有較好的伸長率和良好的延性[2-3]。綁扎連接時，HRB500鋼筋在直徑≥25 mm以及在配筋密集區(qū)域現(xiàn)場操作困難。綜合考慮HRB500鋼筋現(xiàn)場施工難度系數(shù)、成本以及連接質(zhì)量保證率，國外大量工程實例表明，擠壓連接的質(zhì)量保證率最高。

2 HRB500鋼筋效益研究

2.1HRB500鋼筋社會效益研究

冶煉鋼材的原料為鐵礦石和煤炭，根據(jù)冶金行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，冶煉1 t鋼筋，需要消耗1.660 t鐵礦石和0.669 t標(biāo)準(zhǔn)煤。假設(shè)工程使用HRB500鋼筋比HRB400鋼筋節(jié)省鋼材1 t，則配置HRB500鋼筋比配置HRB400鋼筋節(jié)約鐵礦石1.660 t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.669 t。1 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒將產(chǎn)生2.2 t的CO2、1.4 kg的SO2、9 kg的NOx、11 kg的粉塵。對于建筑結(jié)構(gòu)按相同的荷載效應(yīng)組合設(shè)計，使用HRB500鋼筋要比使用HRB400鋼筋節(jié)約鋼筋用量12%～14%。配置HRB500鋼筋可以減少1.471 8 t的CO2、0.936 6 kg的SO2、6.021 0 kg的NOx的排放量，還能夠減少7.359 0 kg粉塵排放量。因而，HRB500鋼筋是建筑工程綠色施工的必然選擇，其可滿足建筑行業(yè)科技高速發(fā)展的需要，符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2.2HRB500鋼筋經(jīng)濟效益研究

國內(nèi)外學(xué)者對HRB500鋼筋在各種應(yīng)力狀態(tài)下承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的性能進行了很多研究[4-9]。研究表明：HRB500鋼筋與較低強度鋼筋受力性能相比，強度高、破壞時延性好、地震作用下抗震性能良好，這些優(yōu)良性能使得HRB500鋼筋在同樣的受力工況下，比使用HRB400鋼筋可節(jié)省14.3%的用量。據(jù)采購資料統(tǒng)計，HRB500鋼筋的單價較HRB400鋼筋增加了5.0%。根據(jù)鋼筋等強原則，如果用HRB500鋼筋代替HRB400鋼筋，鋼筋的購買費用可以節(jié)省7.6%～8.9%。鋼筋的用量及市場價單價越高，鋼筋的采購費節(jié)省越多。另一方面，由于使用高強度HRB500鋼筋，鋼筋數(shù)量減少了12%～14%，意味著該規(guī)模的工程項目的物資儲存成本大幅減少。除此之外，對于相同條件下的構(gòu)件，使用HRB500鋼筋，構(gòu)件中鋼筋數(shù)量大大下降，這既有利于勞務(wù)工人鋼筋綁扎，同時也顯著提高工程混凝土澆筑質(zhì)量，工程勞務(wù)成本大幅度下降。綜上所述，在工程項目中應(yīng)用HRB500鋼筋經(jīng)濟效益顯著。

3 工程案例

3.1工程概況

北京城市副中心二期建設(shè)項目，工程總建筑面積166 076 m2，由1#、2#單體建筑組成，結(jié)構(gòu)形式均為地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、地上鋼結(jié)構(gòu)，地上8層、地下3層，地下結(jié)構(gòu)長度分別約為134 m×110 m和109 m×110 m。基礎(chǔ)埋深14.5～16.5 m。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，工程所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，設(shè)計地震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防（丙）類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。工程設(shè)計時，下返柱墩以及框架梁使用HRB500E鋼筋，其余鋼筋均為HRB400E，鋼筋接頭采用擠壓機械連接。工程中鋼筋化學(xué)成分及受力性能及接頭報告如表3～表5所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出本工程鋼筋化學(xué)成分、受力性能及機械接頭檢驗均合格。

表3 鋼筋化學(xué)成分檢驗

表4 鋼筋受力性能指標(biāo)

表5 部分鋼筋機械連接檢驗

3.2HRB500鋼筋應(yīng)用經(jīng)濟效益分析

北京城市副中心二期項目在施工圖設(shè)計階段，地下結(jié)構(gòu)框架梁及下返柱墩采用HRB400、HRB500鋼筋分別進行結(jié)構(gòu)計算，在滿足極限承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求下，框架梁及下返柱墩的鋼筋用量及成本分析如表6所示。

表6 HRB400、HRB500鋼筋用量比較

從表6中看出使用HRB500鋼筋梁的鋼筋用量減少了25.359 260 t，鋼筋節(jié)約量大約為10.4%，按照近期鋼筋采購價格，HRB400鋼筋價格5 130元/t，HRB500鋼筋價格為5 280元/t，鋼筋直接采購成本造價降低了9.735萬元，成本節(jié)約率為6.7%，這對于EPC工程造價控制具有顯著成果。

同時以施工圖設(shè)計前期階段地下2層覆土區(qū)頂板梁配筋為分析對象，地下2層頂板覆土區(qū)段截面700 mm×1 200 mm的梁，下鐵鋼筋多達16根（上7根、下9根），上鐵鋼筋多達16根（上下各8根）。然而當(dāng)采用HRB500鋼筋作為框架梁主筋，地下2層同一位置頂板覆土區(qū)段同一根梁配筋下鐵13根（上4根、下9根），下鐵鋼筋14根（上8根、下6根）。同一區(qū)段鋼筋數(shù)量減少了3根，鋼筋加工、綁扎、焊接量得到減少，在一定程度上降低了工程勞務(wù)費用及垂直運輸和交通運輸?shù)馁M用。與此同時，由于鋼筋數(shù)量的減少，改善了梁、柱節(jié)點和框架柱、梁中鋼筋密集的狀況，可以提高工程質(zhì)量，為公司后續(xù)贏得更大的市場奠定了基礎(chǔ)。

3.3HRB500鋼筋應(yīng)用社會效益分析

本項目在地下結(jié)構(gòu)框架梁及柱墩上配置HRB500鋼筋節(jié)約鋼筋總量25.359 260 t，可以減少1.471 8 t的CO2、0.936 6 kg的SO2、6.021 0 kg的NOx和7.359 0 kg粉塵的排放量。從上述數(shù)據(jù)可以明顯看出，HRB500鋼筋是實現(xiàn)綠色工程和國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的必然選擇，具有較大的環(huán)保價值。目前HRB500鋼筋在我國還沒有形成大規(guī)模的應(yīng)用，中國年鋼筋使用量約2 500萬 t，若根據(jù)鋼筋等強原則采用HRB500鋼筋代換，鋼材量可以節(jié)省375萬 t左右。由此，間接減少551.925 000萬 t的CO2、0.355 000萬 t的SO2、2.257 875萬 t的NOx、2.596 250萬 t的粉塵的排放量。使用HRB500鋼筋環(huán)保效益顯著。

4 結(jié)語

本文通過分析HRB500鋼筋在北京城市副中心二期項目中的應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

1）混凝土結(jié)構(gòu)采用高性能HRB500鋼筋代替HRB400鋼筋，可以大大減少CO2、SO2、NOx和粉塵的排放量。有利于建筑工程的綠色施工、節(jié)能減排，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。在建筑工程中，大量普及HRB500鋼筋，具有顯著的社會效益。

2）在混凝土結(jié)構(gòu)中，HRB500鋼筋替代HRB400鋼筋，可以節(jié)約鋼筋總量的10%左右。減少鋼筋直接采購成本約6%。在建筑工程中大量普及HRB500鋼筋有明顯的經(jīng)濟效益。

3）通過對試點工程質(zhì)量控制發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中用HRB500鋼筋取代HRB400鋼筋在相同受力條件下減少了鋼筋數(shù)量，增大了鋼筋的間隙，提高了各種配筋的焊接、綁扎及混凝土澆灌空間，給施工過程帶來方便，保證了鋼筋混凝土的施工質(zhì)量。

本文依托北京市城市副中心二期實際項目，對工程中僅地下梁及柱墩鋼筋采用等強代換進行了效益研究，應(yīng)用規(guī)模較小，數(shù)據(jù)樣本局限。在以后的研究中可以開展HRB500鋼筋在工程項目中全面大規(guī)模地應(yīng)用，進行社會效益和經(jīng)濟效益的大數(shù)據(jù)分析。