論高強度鋼筋在建筑設計中的運用范文

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1鋼筋應用現狀調研及分析

通過對鋼筋應用現狀及人們對鋼筋性能認識的了解，可以獲知現階段仍大量使用HRB235級、HRB335級鋼筋，少用甚至不用HRB400級鋼筋的真正原因。本文共搜集120份調研材料，由從事建筑行業設計、房產、施工等單位的專業人員填寫。

從調研中可以看出制約HRB400級鋼筋應用的主要因素:

(l)裂縫控制。裂縫控制會直接影響到鋼筋混凝土構件鋼筋強度的發揮程度。裂縫控制下若采用HRB4OO級鋼筋勢必會導致強度發揮不足而浪費材料。區分是否為裂縫控制及如何有效地避免出現裂縫控制、發揮鋼筋強度是HRB400級鋼筋推廣應用首要解決的問題。

(2)使用性能及產品質量穩定性。HRB400級鋼筋的使用性能及產品質量穩定性直接關系到工程的質量，也是決定其自身能否被大眾接受并采用的先決條件。調研中，超過半數的人認為HRB400級鋼筋的塑性、抗震性能、疲勞性能、機械連接、焊接性能不如HRB335級鋼筋。可見，對HRB400級鋼筋性能的擔憂，是制約其推廣應用的重要因素。

(3)最小配筋率。受彎構件的一側受拉鋼筋最小配筋率及受壓構件的全部縱向鋼筋最小配筋率均與鋼筋級別有關。調研中，相當比例的人認為有最小配筋率限制要求的構件，不宜采用HRB40O等高強鋼筋。可見，最小配筋率控制是影響人們選擇HRB40O級鋼筋推廣應用的另一個重要因素。

(4)對投資的影響。能否為工程建設節省成本是推廣應用HRB400級鋼筋的價值體現。當HRB400級鋼筋的價值真正被大眾所認同，人們就會主動采用而不需要國家花費大量精力去倡導和推廣了。下面分別從這四個方面闡述HRB40O級鋼筋的應用前景。

2HRB400級鋼筋性能綜合分析

2.1鋼筋強度發揮與裂縫寬度

裂縫控制是否會限制HRB400級鋼筋強度的發揮應區別對待。一類環境下的樓板，常用直徑下鋼筋強度可以得到充分發揮而無需考慮裂縫控制;一類環境下的梁，應注意鋼筋直徑的選擇和裂縫寬度的驗算;二(a)類環境下的底板、擋墻、基礎等構件，不宜采用HRB40O級鋼筋。

2.2HRB400級鋼筋的使用性能

在闡述HRB400級鋼筋的使用性能之前，需要先了解HRB400級鋼筋的化學成分和生產工藝。111級鋼筋的發展經歷了兩個重要的階段，分別以Mn一si系鋼的25MnSi(老l級)和以微合金化工藝生產的HRB40o級(新111級)鋼筋為代表。25Mnsi鋼筋與HRB335級鋼筋一樣，是屬以碳為主導強化機制生產而成，通過提高碳的含量從而提高鋼的強度，但鋼的塑、韌性損失也很明顯，特別是焊接性能等鋼材綜合使用性能惡化。HRB400級鋼筋是在不提高碳含量的條件下，通過微合金技術向鋼中添加微量合金元素釩(V)、妮(Nb)或欽(Ti)等，從而獲得高強度和高塑、韌性的鋼材。

列出了鋼中添加釩、欽等對建筑鋼材性能的影響。HRB400級鋼筋多是添加了微量元素釩，故與HRB335級鋼筋相比，延伸率降低、塑性降低;抗震性能受塑性、疲勞性能影響較大，HRB400級鋼筋的塑性有所降低，但疲勞性能得到大幅提高，抗震性能是否提高很難衡量。文獻[6」論證了HRB400級鋼筋作為框架柱的受力鋼筋，可明顯改善框架結構的抗震性能。釩對可焊性影響不大，故HRB400與HRB335級鋼筋的可焊性能相差不大，而調研中普遍認為HRB400級鋼筋的可焊性能不如HRB335級鋼筋，且認為是HRB40O級鋼筋的碳含量的增加所致，故這種認知還是停留在老111級鋼筋的基礎上，不再適用于HRB400級鋼筋。文獻【7」通過試驗論證了HRB400級鋼筋的抗震性能、疲勞性能、焊接性能、粘結性能均能達到相關標準的規定。更何況，《建筑抗震設計規范》〔’〕指出普通鋼筋宜優先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋，并將HRB400級鋼筋放在縱向受力鋼筋的首選位置。可見，HRB400級鋼筋的各方面性能是良好的。

2.3最小配筋率比較

2.3.1受彎構件采用HRB400與HRB235、HRB335級鋼筋的最小配筋率比較

受彎構件一側受拉鋼筋的最小配筋率見表1。混凝土等級為C30時，板受力鋼筋采用HRB400級鋼筋與HRB235級鋼筋相比，最小配筋率之比為0.200%:0.306%，節省板受力鋼筋用量34.6%;梁受力鋼筋采用HRB40O級鋼筋與HRB335級鋼筋相比，最小配筋率比為0，200%:0.2巧%，節省梁受力鋼筋用量7.0%。且節省比例隨混凝土等級的提高而增大。

2.3.2框架柱采用HRB40O級鋼筋與HRB335級鋼筋的最小配筋率比較

規范川在注釋中明確指出:柱全部縱向受力鋼筋最小配筋百分率，當采用HRB400級鋼筋時，應按表中數值減小0.1，且普遍使用的SATWE程序(2005版)在計算配筋時，若框架柱采用HRB400級鋼筋作為縱向受力鋼筋，配筋輸出確實是按照規范注釋中減小0.1的要求控制。柱采用HRB40。與HRB335級鋼筋的全截面最小配筋率比較見表2。當抗震等級為二級，相比HRB335級鋼筋而言，采用HRB400級鋼筋時，框架中柱、邊柱的全截面最小配筋率減少了12.5%，框架角柱的全截面最小配筋率減少了10.0%，且減少的程度隨著抗震等級的降低而增大。

2.4使用HRB4OO級鋼筋的經濟效益分析

樓板及框架柱縱向受力鋼筋在建筑工程中占有相當的比重，合理地選擇樓板和框架柱的縱向受力鋼筋等級可很大程度上節約鋼筋成本。下面分別以樓板和框架柱為例，說明采用HRB400級鋼筋與采用

HRB235級、HRB335級鋼筋的區別。

2.4.1樓板采用HRB400級鋼筋與HRB235級鋼筋的比較

對鋼筋強度發揮與裂縫寬度控制的分析可見，一類環境下樓板鋼筋在常用直徑8一14mm下采用HRB40O級鋼筋，均為承載力或最小配筋率控制;不存在裂縫控制問題。計算配筋方面:HRB230級、HRB400級鋼筋的抗拉強度比為1:1.714，即承載力控制下樓板采用HRB400級鋼筋，相比HRB235級鋼筋，最大節省比例為41.7%。構造方面:最小配筋率控制下的最小節省比例為34.6%(取C30混凝土計算)。綜合而言，鋼筋用量節省范圍為34.6%一41.7%，鋼筋成本節省范圍為30.7%一38.2%(以HRB400級鋼筋高出HRB235級鋼筋6%的價格計算[‘〕)。節省的鋼筋量約占樓板受力鋼筋總量的三分之一。可見，樓板鋼筋采用HRB4OO級鋼筋相比采用HRB235級鋼筋有無可比擬的優勢。

2.4.2框架柱采用HRB335級鋼筋與HRB40O級鋼筋的比較

計算配筋方面:HRB335級和HRB4oo級鋼筋的抗拉強度設計值分別是30oN/mmZ和360N/m擴，強度比為1:1.2。即承載力控制下，使用HRB4OO級鋼筋可節約16.7%左右的鋼筋量。構造方面:全截面最小配筋率控制下，HRB40O級鋼筋相比HRB335級鋼筋可節省8.3%一16.7%。綜合而言，HRB400級鋼筋比HRB335級鋼筋工程量可節省8.3%一16.7%，鋼筋成本節省范圍為2.8%一11.7%(按HRB400級鋼筋高出HRB335級鋼筋6%的價格計算[4:)。同時還可以改善梁柱節點因鋼筋過密帶來的諸多問題。可見，框架柱采用HRB40O比HRB335級鋼筋有明顯的優勢。

3工程實例與分析

某工程為五層現澆混凝土框架結構。表3顯示:柱采用HRB400級鋼筋比采用HRB335級鋼筋的用鋼量節省13.8%，很好地印證了框架柱采用HRB400級鋼筋比HRB335級鋼筋可節省8.3%一16.7%用鋼量的結論。本工程鋼筋成本節約8.6%(按HRB400級鋼筋高出HRB335級鋼筋6%的價格計算)。

4總結與建議

4.1總結

合理地選擇HRB400級鋼筋不僅能帶來直接、顯著的經濟效益，更是我國實現可持續發展、與國際接軌的重要舉措。根據上面的理論分析和工程實例，可歸納如下:

(l)受力重要的部位，如跨度大、荷載重時，宜采用HRB400等高強鋼筋。

(2)一類環境下的樓板、框架柱，宜采用HRB4OO級鋼筋，可獲得顯著的經濟效益;一類環境下的梁，采用HRB400級鋼筋時應注意裂縫寬度的驗算;二(a)類環境下的基礎，擋土墻等，不宜采用HRB400級鋼筋。

4.2建議

(l)我國規范相比國際規范對裂縫的控制較嚴，而過度的裂縫控制不但沒有必要，還造成了經濟的巨大浪費和施工不便、違背強柱弱梁概率設計理念、更嚴重限制HRB400等高強鋼筋的應用。建議參考國際規范對我們規范裂縫控制進行調整，適當放寬對裂縫的控制。

(2)產品質量穩定性應嚴格控制，并確保市場供應、規格齊全、方便購買。仍有很多地區小直徑HRB400級鋼筋難采購，影響工程進度。

(3)冷軋帶肋、冷軋扭等經過冷加工的鋼筋，其塑韌性較差，不利于抗震。建議用HRB400級鋼筋取代冷加工鋼筋作為樓板的受力鋼筋，尤其在樓板薄弱位置及抗震不利處。