高強鋼材的應用和發展前景綜述

許兆輝 盧秋霞 王 斌

(江蘇大學土木工程與力學學院，江蘇 鎮江 212013)

伴隨經濟的增長，我國處于基本建設的高潮期，建筑業得到了長足的發展，成為經濟發展的支柱產業，與此同時帶來的是我國建筑用材的大量消耗。據預計，2012年我國建筑業用鋼量為3.5億t。建筑業作為資源消耗量較大行業之一，要實現可持續發展，就必須調整建筑材料消耗結構，大力推廣應用高強鋼筋和高性能混凝土，走節約型發展道路。因此必須逐步采用高強鋼筋，它可以節省大量鋼材，既環保，又節能，是環保型的綠色鋼材。

1 目前國內及全球鋼材的應用現狀及趨勢

所謂高強鋼筋，是指抗拉屈服強度達到400 MPa及以上的螺紋鋼。近年來，高強鋼筋在國內占比逐步提高。2000年我國高強鋼筋的占比僅為0.93%;2008年國內鋼筋總產量為9 574萬t，其中高強鋼筋占比為27.6%;2009年國內鋼筋總產量為1.2億t，其中高強鋼筋占比為31.8%;2010年，我國鋼筋產量約為1.41億t，其中高強鋼筋產量為5 707萬t，占鋼筋總產量的40.5%，較2008年上升了12.9%;2011年，我國鋼筋產量約為1.51億t，其中高強鋼筋的比例約為45%。國內高強鋼筋普及率逐年提高固然可喜，但與發達國家高強鋼筋普及率相比，差距不可同日而語，眼前還有漫長的追趕之路。據了解，英國、德國、澳大利亞、日本等國家400 MPa左右的鋼筋采用率達到80%～90%。以日本為例，日本是地震多發國家，在建筑領域普遍采用400 MPa(三級)及以上鋼筋，并采用微合金化工藝提高鋼材的強屈比、均勻伸長率等指標，并且每一次地震后都會提出修改意見。

2 高強鋼材的優勢

高強度鋼材的優點有很多，研究結果表明，在同樣的軸心受壓條件下，采用高強度鋼材的鋼柱，在整體穩定方面，極限應力δu與屈服強度fy的比值δu/fy(即整體穩定系數φ)，要比普通強度鋼材鋼柱高很多。相對于普通鋼材，鋼結構采用高強度鋼材具有以下優勢:能夠減小構件尺寸和結構重量，相應地減少焊接工作量和焊接材料用量，減少各種涂層(防銹、防火等)的用量及其施工工作量，使得運輸安裝更加容易，降低鋼結構的加工制作、運輸和安裝成本;在建筑物使用方面，減小構件尺寸能夠創造更大的使用凈空間;特別是能夠減小所需板的厚度，從而相應減小焊縫厚度，改善焊縫質量，提高結構疲勞使用壽命。高強度鋼材能夠降低鋼材用量，從而大大減少鐵礦石資源的消耗;焊接材料和各種涂層(防銹、防火等)用量的減少，也能夠大大減少不可再生資源的消耗，同時能夠減少因資源開采對環境的破壞。

3 目前高強鋼材在建筑中的應用

歐美國家以及日本，對高強度鋼材的發展及應用均十分重視，像歐洲的建筑用高強度鋼材規范EN10025－6，給出了高強度鋼材的力學性能等，從而保證鋼材具有良好的焊接性能。近些年來，我國也已在如央視新臺址主樓、國家體育場、深圳灣體育中心、鳳凰國際傳媒中心等多個建筑結構工程中成功采用了高強度鋼材，舉例如下。

3.1 索尼中心(Sony Center)

德國柏林索尼中心大樓(Sony Center)為了保護已有的一個砌體結構建筑物，將大樓的一部分樓層懸掛在屋頂桁架上。屋頂桁架桿件用600 mm×100 mm矩形實心截面，采用了S460和S690鋼材(強度標準值460 MPa和690 MPa)，以盡可能減小構件截面。

3.2 Latitude大廈

Latitude大廈位于澳大利亞悉尼中心區的世界廣場(World Square)，2005年建成，55層。由于場地上已有一個部分完成的建筑物，出于經濟效益的考慮，為了盡快完工，結構工程師在第16層采用7 m高的鋼結構轉換層將荷載從新增結構的柱子傳到既有建筑物上。在轉換層的鋼結構中，采用了16 mm厚的Bisplate80(690 MPa)鋼板，以減小結構重量。

3.3 央視新臺樓主址

CCTV主樓選用的鋼材規格品種多、用量大，凈重約12.6萬t。主要鋼號有 Q235，Q345－B，Q345－C，Q345－GJC，Q390－D，Q420－D 和Q460－E等，其中以 Q390－D 和 Q345－GJC 兩種鋼材為主。鋼結構截面形式復雜多樣，有單箱形、多箱形(目字形、日字形、西字形)、DBOX形等。其中Q345及以上的高強鋼材約11.33萬t，約占用鋼總量89.92%。

4 高強鋼材的推廣意義

據測算，按照到“十二五”末，全國高強鋼筋使用比例達到建筑用鋼的80%計算，每年可在2010年已節材的基礎上，再減少鋼材消耗1 000萬t左右，減少鐵礦石消耗1 600萬t左右，減少能源消耗600萬t標準煤，減少二氧化碳排放2 000萬t左右。另外，在減少鋼筋用量的同時，還可減少混凝土結構施工中鋼筋加工和連接工作量，改善混凝土結構中節點、基礎等部位鋼筋密集分布的現狀，利于混凝土澆筑，提高施工質量。

5 國家“十二五”規劃對高強鋼材發展的態度

正是看到高強鋼筋所具有的種種優勢，我國從2000年以后真正開始推廣使用高強度鋼筋。從目前情況來看，更大范圍地推廣使用高強度鋼筋在未來仍將是政府工作的重點。2011年，在工信部印發的《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》中明確提到，“十二五”期間的重點任務包括:在全國大中城市全面推廣使用400 MPa，500 MPa高強度螺紋鋼筋，促進建筑鋼材升級換代和減量應用。

今年以來，短短不到兩個月的時間，針對加快高強鋼筋的應用推廣問題，國家兩部委連續召開了兩次會議。1月19日，住建部和工信部兩部門聯合出臺《關于加快應用高強鋼筋的指導意見》，意見要求在建筑工程中加速淘汰335 MPa級鋼筋，優先使用400 MPa級鋼筋，積極推廣500 MPa級鋼筋。2月27日，住建部再次會同工信部就此聯合召開高強鋼筋推廣應用協調組第二次會議。業內人士表示，建筑業“十二五”規劃明確指出，要鼓勵采用先進的節能減排技術和材料，逐步提高高強度、高性能建材的使用比例。

6 影響高強鋼材推廣的因素

總體而言，在目前國內市場，除少數地區外，普通鋼筋和高強鋼筋占比一般不相上下，各為一半，且高強鋼筋中一般以三級鋼和抗震鋼居多。目前國內推廣高強鋼筋面臨的阻礙仍不少，目前來看主要包括三方面:首先，對于設計部門，一方面幾十年的設計習慣難以改變;另一方面，若全面推翻之前的設計理念，需巨大的人力、精力和財力。其次，對于中小鋼廠而言，生產高強鋼筋意味著要將一筆不菲的費用用于改進生產工藝和設備上。最后，對于下游使用方而言，普及高強鋼筋之后，意味著其鋼筋加工設備必須進行升級換代，這也是一筆費用。

雖然面臨多重阻礙，但是普及高強鋼筋仍是未來中國的必然趨勢，目前看只是時間問題，經銷商對此并不否認。但是目前看來，市場仍需要時間來適應，比如鋼廠設備的升級，市場普通鋼筋的去庫存化都需要時間。同時，目前公司已經開始重視高強鋼筋這個新品種，準備嘗試起來。上海碧海物資有限公司銷售經理劉朝釧則表示，目前公司配送的工地中二級鋼越來越少，三級鋼則越來越多，現在的比例大概是三七開，相信以后三級鋼的比例將會繼續增大。

7 結語

根據我國建筑結構消耗鋼材的特點，大力推廣應用高強鋼材不僅可以節約材耗，降低成本，同時也能大幅度減少所耗費的水、煤、電、礦石、焦炭等能源和資源，有利于建設資源節約型社會。盡管當前國內高強鋼筋的推廣過程中面臨多重阻礙，但是在推廣高強鋼筋所帶來的顯著經濟和社會效益面前，再加上在相關部門的強力政策支持下，相信今后國內高強鋼筋的普及率必將逐步提高，高強鋼筋必將成為建筑用鋼的大趨勢。

注:指導老師:胡白香。

[1] 施 剛，班慧勇，石永久，等.高強度鋼材鋼結構的工程應用與研究進展[J].工業建筑，2012，42(1):1－7.

[2] 陳振明，張耀林，彭明祥，等.國產高強鋼及厚板在央視新臺址主樓建筑中的應用[J].鋼結構，2009，24(2):34－38.

[3] 中國投資咨詢網.2006年中國鋼材市場分析及投資咨詢報告[R].2008.