600 MPa 高强钢筋的工程应用探析

林家民，袁丹，纪纪念，刘天同，王锐

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

钢筋混凝土结构在我国建设工程中占主要地位，钢筋消耗量大。2010 年，全国城镇房屋建筑钢筋和线材用量1.3×108t，占钢铁总产量的16%，占其总产量50%以上。高强钢筋推广应用在建设工程使用中能够降低钢筋用量。据测算，以500 MPa 取代400 MPa 钢筋可以节约钢筋用量5%～7%；400 MPa 钢筋替代335 MPa 钢筋的可以节约钢筋用量12%～14%。推广应用600 MPa 钢筋在高层或大跨度建筑中，效果更加显著，可以节约钢筋用量30%。2010 年，全国高强钢筋用量比例约35%，按照当前我国工程建设规模，如果高强钢筋用量比例达到65%，每年大约可节省钢筋1.0×107t，相应缓解煤电等能源供应的压力，达到节能减排的目的。

2 高强钢筋的技术特点

高强钢筋是指国家标准GB/T 1499.2—2018《钢筋混凝土用钢 第2 部分：热轧带肋钢筋》[1]中规定的屈服强度≥400 MPa级的普通热轧带肋钢筋以及细晶粒子热轧带肋钢筋。通过加钒、铌等合金元素微合金化的其牌号为HRB；通过控轧和控冷工艺，使钢筋金相组织的晶粒细化的其牌号为HRBF。在材料力学性能、施工适应性以及可焊性方面，以微合金化（HRB）最为可靠。

不是所有建设工程都要使用高强钢筋，也不是使用高强钢筋的强度越高越好，要加强以减排节能为主，以结构安全为前提，可靠合理地使用。鉴于其利于保障建筑安全质量和节材效果显著的特点，建议高层和大跨度建筑使用高强钢筋。

3 高强钢筋技术指标

现行GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）[2]推荐使用屈服强度400 MPa 和500 MPa 的高强热轧带肋钢筋，400 MPa 钢筋抗拉和抗压强度设计值360 N/mm2，500 MPa 钢筋抗拉和抗压强度设计值435 N/mm2。2018 年11月1 日实施的GB/T 1499.2—2018《钢筋混凝土用钢 第2 部分：热轧带肋钢筋》中删除了屈服强度335 MPa 的热轧带肋钢筋，增加了屈服强度600 MPa 的新一代高强钢筋。600 MPa 高强钢筋应用在我国处于初步发展阶段，国家级规范体系中尚无600 MPa 高强钢筋强度设计值指标。

根据住建部、工业和信息化部2012 年共同发布的《关于加快应用高强钢筋的指导意见》，各省市积极开展600 MPa 级及以上螺纹钢筋产品研发，加快高强钢筋产品及应用技术开发，加强高强钢筋和高强混凝土结构构件抗震性能的研究。2019 年10 月，河北省批准了DB 13/T 5055—2019《600 MPa级高强钢筋混凝土结构应用技术导则》[3]。2020 年3 月，湖北省批准了DB42/T 1534—2019《高强热轧带肋钢筋应用技术规程》[4]，该规程适用于配置600 MPa 高强热轧带肋钢筋的钢筋混凝土结构。

湖北省DB42/T 1534—2019《高强热轧带肋钢筋应用技术规程》，600 MPa 高强钢筋规定牌号为HRB600 和HRB600E，抗拉强度设计值520 N/mm2，抗压强度设计值490 N/mm2，对于轴心受压构件，抗压强度设计值400 N/mm2。600 MPa 钢筋其钢筋在最大拉力下的总伸长率、抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值、屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值均满足现行国家规范的要求。

4 600 MPa 高强钢筋的实际工程应用

某公司智能制造产业园项目总装车间建筑面积9.1×104m2，2～4 层钢筋混凝土框架结构，主要柱网尺寸8 m×17 m，楼面荷载8.0 kN/m2。

受配置钢筋数量的影响，为保证钢筋的合适间距，有时候不得不加大梁的截面宽度，导致梁截面加大，混凝土用量增加，结构自重加大。该工程楼面荷载大，混凝土梁跨度较大，合理采用高强钢筋，可有效减少配筋数量，有效减小梁截面，有效提高施工效率。

600 MPa 高强钢筋的工程应用如图1 所示。

图1 厂房局部梁平面示意图

400 MPa 钢筋与600 MPa 钢筋力学及经济性指标见表1。

表1 400 MPa 钢筋与600 MPa 钢筋力学及经济性指标

600 MPa 钢筋价格比400 MPa 钢筋高18.4%，600 MPa 抗拉强度比400 MPa 钢筋提高了44.4%。该工程混凝土梁，荷载大、跨度大，计算内力值较大，梁纵向受力钢筋的抗拉强度可充分利用。梁纵向受力钢筋采用600 MPa 高强钢筋，有明显的经济优势。经综合分析比较，基础、柱、楼板钢筋和梁箍筋采用400 MPa 钢筋较为经济合理。

5 600 MPa 高强钢筋的应用需要关注的问题

1）国家相关标准规范滞后。混凝土结构设计主要依据的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）尚未把600 MPa 钢筋列入其中。目前，只有部分省市发布了600 MPa钢筋的地方标准，实际工程应用中需注意地域性。

2）相关辅助设计图集尚不完善。《混凝土结构施工图平面整体表示方法图规则和构造详图》（16G101-1）中无600 MPa钢筋锚固长度、搭接长度等构造措施。施工图中需交代钢筋锚固长度、搭接长度等相关参数。

3）合理选择钢筋连接方式。600 MPa 钢筋宜优先选择机械连接和绑扎搭接。慎用焊接，由于普通钢筋与600 MPa 钢筋的金相组织区别，焊接不当会破坏原有的金相组织。焊接连接方式不宜在重要的受力部位采用。直径小于14 mm 的钢筋不宜采用机械连接。纵向受力钢筋的绑扎搭接接头的要求及搭接接头范围内配置箍筋要求详见17G101-11（第1～12 页）。纵向受力钢筋机械连接接头的要求详见17G101-11 的第1～10 页。机械连接的接头性能应符合JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》的Ⅰ级接头性能；机械连接优先采用钢筋直螺纹套筒接头。钢筋直径≥16 mm 的HRB600、HRB600E 钢筋采用直螺纹套筒接头。

4）600 MPa 钢筋弯弧内直径不同于400 MPa 钢筋。由于大部分钢筋加工人员对600 MPa 高强钢筋不熟悉，习惯采用400 MPa 钢筋弯弧内直径进行钢筋加工，会对钢筋造成破坏。HRB600、HRB600E 钢筋，直径在28 mm 以下时，钢筋弯折的弯弧内直径应大于钢筋直径的6 倍；在直径28 mm 及以上时，钢筋弯折的弯弧内直径应大于钢筋直径的7 倍。建议施工图中特别注明钢筋弯弧内直径。

5）合理确定混凝土强度等级。高强钢筋使用时候需要采用强度较高的混凝土。应用600 MPa 级热轧带肋钢筋的混凝土结构，板采用的混凝土强度等级应不小于C30，梁采用的混凝土强度等级应不小于C40；剪力墙、柱的混凝土强度等级应不小于C50。相关辅助设计图集尚不完善，《混凝土结构施工图平面整体表示方法图规则和构造详图》（16G101-1）中无600 MPa 钢筋锚固长度、搭接长度等构造措施。施工图中需交代钢筋锚固长度、搭接长度等相关参数。

6）高强热轧带肋钢筋作为受力钢筋混凝土结构，在规定的荷载组合下的结构效应分析与现行国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）完全相同。高强热轧带肋钢筋作为受力钢筋混凝土受弯构件的设计方法同现行国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）。因此，GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）在混凝土结构设计软件中被采用，但钢筋的计算参数需要调整。钢筋代换后应复核裂缝宽度、最小配筋率等。尽量选用直径较小的高强热轧带肋钢筋，以满足裂缝宽度的要求。

7）配置高强钢筋的混凝土受弯构件挠度验算，需要符合国家规范GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）中的第7.2 节相关要求。

8）配置高强钢筋的混凝土结构，按承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算的结构效应分析，需要符合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）的相关要求。采用塑性内力重分布分析方法进行承载能力极限状态计算时应符合下列要求：（1）配置高强钢筋的混凝土连续梁和连续单向板，可采用塑性内力重分布方法进行分析。重力荷载作用下的现浇连续梁以及双向板等，经弹性分析求得内力后，可对支座弯矩进行适当调幅，并确定相应跨中弯矩。（2）按考虑塑性内力重分布分析方法设计的结构和软件，应满足正常使用极限状态要求且采用有效的构造措施。对于直接承受动力荷载的构件，以及要求不出现裂缝或处于三a、三b 类环境情况下的结构，不采用考虑塑性内力重分布的分析方法。

6 结语

从合理性和经济性等角度进行高强钢筋和普通钢筋比较，根据不同单体上部结构荷载和跨度的差别，选择合理的强度钢筋，节省工程造价。节能减排是我国的基本国策。设计人员在合理的设计中需要综合考虑节能减排效果，尤其大型基建项目。钢筋作为建筑业的重要材料之一，结构设计中合理选择钢筋强度等级对节约能源、降低能耗有着重要影响。在高层或大跨度建筑中推广应用600 MPa 高强钢筋，可大幅减少钢筋用量，有效降低工程造价，是实现节能减排目标的有效方法之一，是建设环境友好型、资源节约型社会的重要举措，对我国建筑业产业结构调整和升级具有重要意义。