論高強度鋼筋在建筑設(shè)計中的運用

1、論高強度鋼筋在建筑設(shè)計中的運用 1鋼筋應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研及分析 通過對鋼筋應(yīng)用現(xiàn)狀及人們對鋼筋性能認(rèn)識的了解，可以獲知現(xiàn)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(diào)研材料，由從事建筑行業(yè)設(shè)計、房產(chǎn)、施工等單位的專業(yè)人員填寫。 從調(diào)研中可以看出制約hrb400級鋼筋應(yīng)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(gòu)件鋼筋強度的發(fā)揮程度。裂縫控制下若采用hrb4oo級鋼筋勢必會導(dǎo)致強度發(fā)揮不足而浪費材料。區(qū)分是否為裂縫控制及如何有效地避免出現(xiàn)裂縫控制、發(fā)揮鋼筋強度是hrb400級鋼筋推廣應(yīng)用首要解決的問題。 (2)使用性

2、能及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。hrb400級鋼筋的使用性能及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程的質(zhì)量，也是決定其自身能否被大眾接受并采用的先決條件。調(diào)研中，超過半數(shù)的人認(rèn)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?？梢姡瑢rb400級鋼筋性能的擔(dān)憂，是制約其推廣應(yīng)用的重要因素。 (3)最小配筋率。受彎構(gòu)件的一側(cè)受拉鋼筋最小配筋率及受壓構(gòu)件的全部縱向鋼筋最小配筋率均與鋼筋級別有關(guān)。調(diào)研中，相當(dāng)比例的人認(rèn)為有最小配筋率限制要求的構(gòu)件，不宜采用hrb40o等高強鋼筋?？梢?，最小配筋率控制是影響人們選擇hrb40o級鋼筋推廣應(yīng)用的另一個重要因素。 (4)對投資的影響。能

3、否為工程建設(shè)節(jié)省成本是推廣應(yīng)用hrb400級鋼筋的價值體現(xiàn)。當(dāng)hrb400級鋼筋的價值真正被大眾所認(rèn)同，人們就會主動采用而不需要國家花費大量精力去倡導(dǎo)和推廣了。下面分別從這四個方面闡述hrb40o級鋼筋的應(yīng)用前景。 2hrb400級鋼筋性能綜合分析 2.1鋼筋強度發(fā)揮與裂縫寬度 裂縫控制是否會限制hrb400級鋼筋強度的發(fā)揮應(yīng)區(qū)別對待。一類環(huán)境下的樓板，常用直徑下鋼筋強度可以得到充分發(fā)揮而無需考慮裂縫控制;一類環(huán)境下的梁，應(yīng)注意鋼筋直徑的選擇和裂縫寬度的驗算;二(a)類環(huán)境下的底板、擋墻、基礎(chǔ)等構(gòu)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

4、用性能之前，需要先了解hrb400級鋼筋的化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝。111級鋼筋的發(fā)展經(jīng)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(chǎn)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(dǎo)強化機制生產(chǎn)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(shù)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

5、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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(diào)研中普遍認(rèn)為hrb400級鋼筋的可焊性能不如hrb335級鋼筋，且認(rèn)為是hrb40o級鋼筋的碳含量的增加所致，故這種認(rèn)知還是停留在老111級鋼筋的基礎(chǔ)上，不再適用于hrb400級鋼筋。文獻(xiàn)【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

6、、粘結(jié)性能均能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。更何況，建筑抗震設(shè)計規(guī)范指出普通鋼筋宜優(yōu)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?？梢姡琱rb400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(gòu)件采用hrb400與hrb235、hrb335級鋼筋的最小配筋率比較 受彎構(gòu)件一側(cè)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(jié)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.

7、2巧%，節(jié)省梁受力鋼筋用量7.0%。且節(jié)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(guī)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(dāng)采用hrb400級鋼筋時，應(yīng)按表中數(shù)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(guī)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(dāng)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%

8、，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(jīng)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(dāng)?shù)谋戎兀侠淼剡x擇樓板和框架柱的縱向受力鋼筋等級可很大程度上節(jié)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(qū)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(fā)揮與裂縫寬度控制的分析可見，一類環(huán)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

9、、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(jié)省比例為41.7%。構(gòu)造方面:最小配筋率控制下的最小節(jié)省比例為34.6%(取c30混凝土計算)。綜合而言，鋼筋用量節(jié)省范圍為34.6%一41.7%，鋼筋成本節(jié)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(jié)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(yōu)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hrb

10、4oo級鋼筋的抗拉強度設(shè)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(jié)約16.7%左右的鋼筋量。構(gòu)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(jié)省8.3%一16.7%。綜合而言，hrb400級鋼筋比hrb335級鋼筋工程量可節(jié)省8.3%一16.7%，鋼筋成本節(jié)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(jié)點因鋼筋過密帶來的諸多問題?？梢?，框架柱采用hrb40o比hrb335級鋼筋有明顯的優(yōu)勢。 3工程實例與分析 某工程為五層現(xiàn)澆混凝土框架

11、結(jié)構(gòu)。表3顯示:柱采用hrb400級鋼筋比采用hrb335級鋼筋的用鋼量節(jié)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(jié)省8.3%一16.7%用鋼量的結(jié)論。本工程鋼筋成本節(jié)約8.6%(按hrb400級鋼筋高出hrb335級鋼筋6%的價格計算)。 4總結(jié)與建議 4.1總結(jié) 合理地選擇hrb400級鋼筋不僅能帶來直接、顯著的經(jīng)濟效益，更是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、與國際接軌的重要舉措。根據(jù)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(huán)境下的樓板、框架柱，宜采用hrb4oo級鋼筋，可獲得顯著的經(jīng)濟效益;一類環(huán)境下的梁，采用hrb400級鋼筋時應(yīng)注意裂縫寬度的驗算;二(a)類環(huán)境下的基礎(chǔ)，擋土墻等，不宜采用hrb400級鋼筋。 4.2建議 (l)我國規(guī)范相比國際規(guī)范對裂縫的控制較嚴(yán)，而過度的裂縫控制不但沒有必要，還造成了經(jīng)濟的巨大浪費和施工不便、違背強柱弱梁概率設(shè)計理念、更嚴(yán)重限制hrb400等高強鋼筋的應(yīng)用。建議參考國際