600 MPa 高強鋼筋的工程應用探析

林家民，袁丹，紀紀念，劉天同，王銳

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

鋼筋混凝土結構在我國建設工程中占主要地位，鋼筋消耗量大。2010 年，全國城鎮房屋建筑鋼筋和線材用量1.3×108t，占鋼鐵總產量的16%，占其總產量50%以上。高強鋼筋推廣應用在建設工程使用中能夠降低鋼筋用量。據測算，以500 MPa 取代400 MPa 鋼筋可以節約鋼筋用量5%～7%；400 MPa 鋼筋替代335 MPa 鋼筋的可以節約鋼筋用量12%～14%。推廣應用600 MPa 鋼筋在高層或大跨度建筑中，效果更加顯著，可以節約鋼筋用量30%。2010 年，全國高強鋼筋用量比例約35%，按照當前我國工程建設規模，如果高強鋼筋用量比例達到65%，每年大約可節省鋼筋1.0×107t，相應緩解煤電等能源供應的壓力，達到節能減排的目的。

2 高強鋼筋的技術特點

高強鋼筋是指國家標準GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》[1]中規定的屈服強度≥400 MPa級的普通熱軋帶肋鋼筋以及細晶粒子熱軋帶肋鋼筋。通過加釩、鈮等合金元素微合金化的其牌號為HRB；通過控軋和控冷工藝，使鋼筋金相組織的晶粒細化的其牌號為HRBF。在材料力學性能、施工適應性以及可焊性方面，以微合金化（HRB）最為可靠。

不是所有建設工程都要使用高強鋼筋，也不是使用高強鋼筋的強度越高越好，要加強以減排節能為主，以結構安全為前提，可靠合理地使用。鑒于其利于保障建筑安全質量和節材效果顯著的特點，建議高層和大跨度建筑使用高強鋼筋。

3 高強鋼筋技術指標

現行GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）[2]推薦使用屈服強度400 MPa 和500 MPa 的高強熱軋帶肋鋼筋，400 MPa 鋼筋抗拉和抗壓強度設計值360 N/mm2，500 MPa 鋼筋抗拉和抗壓強度設計值435 N/mm2。2018 年11月1 日實施的GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》中刪除了屈服強度335 MPa 的熱軋帶肋鋼筋，增加了屈服強度600 MPa 的新一代高強鋼筋。600 MPa 高強鋼筋應用在我國處于初步發展階段，國家級規范體系中尚無600 MPa 高強鋼筋強度設計值指標。

根據住建部、工業和信息化部2012 年共同發布的《關于加快應用高強鋼筋的指導意見》，各省市積極開展600 MPa 級及以上螺紋鋼筋產品研發，加快高強鋼筋產品及應用技術開發，加強高強鋼筋和高強混凝土結構構件抗震性能的研究。2019 年10 月，河北省批準了DB 13/T 5055—2019《600 MPa級高強鋼筋混凝土結構應用技術導則》[3]。2020 年3 月，湖北省批準了DB42/T 1534—2019《高強熱軋帶肋鋼筋應用技術規程》[4]，該規程適用于配置600 MPa 高強熱軋帶肋鋼筋的鋼筋混凝土結構。

湖北省DB42/T 1534—2019《高強熱軋帶肋鋼筋應用技術規程》，600 MPa 高強鋼筋規定牌號為HRB600 和HRB600E，抗拉強度設計值520 N/mm2，抗壓強度設計值490 N/mm2，對于軸心受壓構件，抗壓強度設計值400 N/mm2。600 MPa 鋼筋其鋼筋在最大拉力下的總伸長率、抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值、屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值均滿足現行國家規范的要求。

4 600 MPa 高強鋼筋的實際工程應用

某公司智能制造產業園項目總裝車間建筑面積9.1×104m2，2～4 層鋼筋混凝土框架結構，主要柱網尺寸8 m×17 m，樓面荷載8.0 kN/m2。

受配置鋼筋數量的影響，為保證鋼筋的合適間距，有時候不得不加大梁的截面寬度，導致梁截面加大，混凝土用量增加，結構自重加大。該工程樓面荷載大，混凝土梁跨度較大，合理采用高強鋼筋，可有效減少配筋數量，有效減小梁截面，有效提高施工效率。

600 MPa 高強鋼筋的工程應用如圖1 所示。

圖1 廠房局部梁平面示意圖

400 MPa 鋼筋與600 MPa 鋼筋力學及經濟性指標見表1。

表1 400 MPa 鋼筋與600 MPa 鋼筋力學及經濟性指標

600 MPa 鋼筋價格比400 MPa 鋼筋高18.4%，600 MPa 抗拉強度比400 MPa 鋼筋提高了44.4%。該工程混凝土梁，荷載大、跨度大，計算內力值較大，梁縱向受力鋼筋的抗拉強度可充分利用。梁縱向受力鋼筋采用600 MPa 高強鋼筋，有明顯的經濟優勢。經綜合分析比較，基礎、柱、樓板鋼筋和梁箍筋采用400 MPa 鋼筋較為經濟合理。

5 600 MPa 高強鋼筋的應用需要關注的問題

1）國家相關標準規范滯后。混凝土結構設計主要依據的GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）尚未把600 MPa 鋼筋列入其中。目前，只有部分省市發布了600 MPa鋼筋的地方標準，實際工程應用中需注意地域性。

2）相關輔助設計圖集尚不完善。《混凝土結構施工圖平面整體表示方法圖規則和構造詳圖》（16G101-1）中無600 MPa鋼筋錨固長度、搭接長度等構造措施。施工圖中需交代鋼筋錨固長度、搭接長度等相關參數。

3）合理選擇鋼筋連接方式。600 MPa 鋼筋宜優先選擇機械連接和綁扎搭接。慎用焊接，由于普通鋼筋與600 MPa 鋼筋的金相組織區別，焊接不當會破壞原有的金相組織。焊接連接方式不宜在重要的受力部位采用。直徑小于14 mm 的鋼筋不宜采用機械連接。縱向受力鋼筋的綁扎搭接接頭的要求及搭接接頭范圍內配置箍筋要求詳見17G101-11（第1～12 頁）。縱向受力鋼筋機械連接接頭的要求詳見17G101-11 的第1～10 頁。機械連接的接頭性能應符合JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術規程》的Ⅰ級接頭性能；機械連接優先采用鋼筋直螺紋套筒接頭。鋼筋直徑≥16 mm 的HRB600、HRB600E 鋼筋采用直螺紋套筒接頭。

4）600 MPa 鋼筋彎弧內直徑不同于400 MPa 鋼筋。由于大部分鋼筋加工人員對600 MPa 高強鋼筋不熟悉，習慣采用400 MPa 鋼筋彎弧內直徑進行鋼筋加工，會對鋼筋造成破壞。HRB600、HRB600E 鋼筋，直徑在28 mm 以下時，鋼筋彎折的彎弧內直徑應大于鋼筋直徑的6 倍；在直徑28 mm 及以上時，鋼筋彎折的彎弧內直徑應大于鋼筋直徑的7 倍。建議施工圖中特別注明鋼筋彎弧內直徑。

5）合理確定混凝土強度等級。高強鋼筋使用時候需要采用強度較高的混凝土。應用600 MPa 級熱軋帶肋鋼筋的混凝土結構，板采用的混凝土強度等級應不小于C30，梁采用的混凝土強度等級應不小于C40；剪力墻、柱的混凝土強度等級應不小于C50。相關輔助設計圖集尚不完善，《混凝土結構施工圖平面整體表示方法圖規則和構造詳圖》（16G101-1）中無600 MPa 鋼筋錨固長度、搭接長度等構造措施。施工圖中需交代鋼筋錨固長度、搭接長度等相關參數。

6）高強熱軋帶肋鋼筋作為受力鋼筋混凝土結構，在規定的荷載組合下的結構效應分析與現行國家標準GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）完全相同。高強熱軋帶肋鋼筋作為受力鋼筋混凝土受彎構件的設計方法同現行國家標準GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）。因此，GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）在混凝土結構設計軟件中被采用，但鋼筋的計算參數需要調整。鋼筋代換后應復核裂縫寬度、最小配筋率等。盡量選用直徑較小的高強熱軋帶肋鋼筋，以滿足裂縫寬度的要求。

7）配置高強鋼筋的混凝土受彎構件撓度驗算，需要符合國家規范GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）中的第7.2 節相關要求。

8）配置高強鋼筋的混凝土結構，按承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態驗算的結構效應分析，需要符合GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）的相關要求。采用塑性內力重分布分析方法進行承載能力極限狀態計算時應符合下列要求：（1）配置高強鋼筋的混凝土連續梁和連續單向板，可采用塑性內力重分布方法進行分析。重力荷載作用下的現澆連續梁以及雙向板等，經彈性分析求得內力后，可對支座彎矩進行適當調幅，并確定相應跨中彎矩。（2）按考慮塑性內力重分布分析方法設計的結構和軟件，應滿足正常使用極限狀態要求且采用有效的構造措施。對于直接承受動力荷載的構件，以及要求不出現裂縫或處于三a、三b 類環境情況下的結構，不采用考慮塑性內力重分布的分析方法。

6 結語

從合理性和經濟性等角度進行高強鋼筋和普通鋼筋比較，根據不同單體上部結構荷載和跨度的差別，選擇合理的強度鋼筋，節省工程造價。節能減排是我國的基本國策。設計人員在合理的設計中需要綜合考慮節能減排效果，尤其大型基建項目。鋼筋作為建筑業的重要材料之一，結構設計中合理選擇鋼筋強度等級對節約能源、降低能耗有著重要影響。在高層或大跨度建筑中推廣應用600 MPa 高強鋼筋，可大幅減少鋼筋用量，有效降低工程造價，是實現節能減排目標的有效方法之一，是建設環境友好型、資源節約型社會的重要舉措，對我國建筑業產業結構調整和升級具有重要意義。