高强钢筋及其在工程中的应用(与“钢筋”相关共89张)

高强钢筋及其在工程中的应用

胡泓一

李强2014

一、推广应用高强钢筋的目的意义

二、高强钢筋的应用研发与国内外应用概况

三、推广应用高强钢筋中应注意的问题

四、推广应用高强钢筋的政策目标与部署

五、高强钢筋在设计软件中的应用一、推广应用高强钢筋的目的意义节能减排、节约投资，减少用钢量促进钢铁行业结构调整和产业升级与发达国家接轨结构设计更加科学合理，促进施工技术的进步1、我国的巨大建设规模与节能减排的紧迫性

当前，我国经济与社会发展仍处于重要战略机遇期，其中的城镇化和工业化是推动我国经济持续发展的最强劲动力。2013年底我国的城镇化率为5%，现仍以每年约1%的速度发展，每年超过1000万人口进入城镇，这必然要求加快城镇的基础设施与房屋建设，提升城镇功能，改善居住与生活水平。可以预计，未来的10～20年，仍将是我国房屋建设的高速发展期。

按2011年底统计，我国当年房屋的在建面积为亿平方米，竣工面积高达亿平方米，其中住宅竣工面积亿平方米。2009～2011年竣工面积均已超过20亿平方米。2011年底，城镇居民人均建筑面积已达32平方米，有了较大的提高，但与发达国家相比，仍有一定的差距。除住宅建筑以外，城镇周边的工业建筑、城市的公共建筑都还有很大的需求和建设量。在2025年前，我国的房屋建设必将保持较大的建设规模与较快的建设速度。近6年我国建筑施工与竣工面积（亿平方米）

原材料的消耗（2013年统计数据）全国水泥年产量亿吨，占世界产量的58%；全国钢材产量达到亿吨，粗钢产量亿吨，占世界产量的48.5%。建筑用钢筋产量达亿吨，建筑的钢筋用量约占全国钢产量的20%，是钢铁工业的第一大用户；大量应用钢筋水泥等建筑材料，需要消耗大量的铁矿石、石灰石等原材料，需要消耗大量的煤炭与电力，大量的运输，这些都对节能减排构成了很大的压力。引起北京雾霾天气，长期超标的原因之一是北京周边河北省的钢铁、水泥、电力工业比较发达。

中国粗钢产量占世界产量的比例2、钢铁行业面临的形势和对策目前钢铁行业存在的最大问题是产能过剩，产业集中度低，技术含量不高，资源与能源消耗过大。大量原材料依靠进口，进口铁矿石比例达60%，铁矿石价格从2002年的22美元/吨涨到最高近180美元/吨，2013年均价为134美元/吨。总体产能过剩，众多设备简陋的小型钢铁企业大量生产低强度等级的建筑用钢筋，造成原材料利用率低、环境污染严重；

一些技术含量高、生产效率高，能生产高强钢筋的企业，其产能得不到充分利用；必须以推广应用高强钢筋为契机促进钢铁行业的结构调整与产业升级，淘汰部分企业；

3、推广应用高强钢筋对节能减排的作用400MPa、500MPa钢筋强度设计值比335MPa钢筋

高与倍。价格分别为335MPa钢筋的倍与倍，性能价格比分别为与倍。钢筋强度设计值钢筋强度等级钢筋性能价格比使用高强钢筋，可以在确保结构安全性能的同时，有效减少单位面积钢筋用量；使用高强钢筋，在考虑构造等因素后，平均可减少单位面积钢筋用量约12～18％；按钢筋工程节约的钢筋用量考虑，土建工程每平方米可节约25元～38元；因此，推广应用高强钢筋的经济效益十分显著。按照当前我国房屋建设规模计算，将高强钢筋应用比例从2011年的35%----2015年提高到65%；预计可节省2400万吨钢筋，总值为1000亿人民币；减少消耗3840万吨铁矿石、1440万吨标准煤、9840万吨水，减排4800万吨CO2、4800万吨污水和3600万公斤粉尘。在减少钢铁生产能源资源消耗和污染物排放的同时，将有效缓解铁矿石进口、煤炭和电力供应压力，减少货运压力。提高建筑“四节一环保”水平，促进建筑业可持续发展。

4、高强钢筋对建筑结构性能的影响提高结构的配筋效率按承载能力控制时充分发挥高强钢筋的效率，在确保安全性能的同时减少构件配筋率，减少原大型构件多排钢筋密集配筋时的钢筋排数，提高钢筋施工效率。对于大型公建、对于高层建筑的柱、大柱网的梁采用500MPa级高强钢筋效果很好。按构造配筋时大量构件为构造配筋（如抗震构造要求、构件基本构造要求），按构造配筋时，由于采用高强钢筋，则增加了结构的安全储备。对结构性能的影响采用高强钢筋后对结构延性与裂缝宽度有一定

影响。高强钢筋的强度高，但延性也相应降低。构件的配筋面积减少、构件中钢筋应力相应提高。在正常使用极限状态下，受弯构件的裂缝要予以重视。结构在间接作用下（温度应力、混凝土收缩等）的裂缝要重视。对抗震性能的影响高强钢筋随着强度的提高，其延性也相应减小。钢筋的延性是确保混凝土结构与构件抗震性能的一个重要方面。高强钢筋随着强度的提高，其强屈比也随之减小（特别是余热处理钢筋），在抗震性能方面也随之降低。抗震设计时，对一、二、三级抗震等级的框架和斜撑构件（含梯段），必须采用符合抗震性能要求的钢筋。强屈比

钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于；超强比钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于；延伸率钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。钢筋牌号及标识带肋钢筋：第一个字母表示钢种，C—细晶粒钢筋、K—余热处理钢筋；无字母表示普通热轧钢筋（HRB）；第一个数字表示强度级别，用3、4、5表示；E—抗震钢筋；中间字母为企业标志；最后两个数字表示钢筋的公称直径。

光圆钢筋：表面无标志，强度只有一种，直径直接量测。例如：3、4、5分别为HRB335、HRB400、HRB500；C3、C4、C5分别为HRBF335、HRBF400、HRBF500；K4为RRB400；

4E表示HRB400E（抗震钢筋）；C4E——HRBF400E（抗震钢筋）钢筋延性的影响：汶川地震中，不同延性钢筋断裂耗能的差异对构件破坏形态及结构倒塌的影响十分明显。热轧钢筋有很好的延性和耗能能力，在屈服以后没有断裂而成为抗倒塌拉结模型中的受力钢筋（图）。而强度较高的冷加工钢筋，由于延性太差，断裂耗能很小而在地震中普遍断裂，引起构件解体-结构倒塌。5、应用高强钢筋对于提高混凝土施工技术

水平的作用

减少钢筋加工与运输安装量单位面积配筋率的降低，即提高了钢筋工程效率（钢筋工程包括调直、下料、成形、螺纹加工或焊接、钢筋绑扎）。有效减少人员消耗与钢筋加工的人工量。减少现场吊运与安装、提高机械台班效率。有利于提高梁柱节点钢筋绑扎质量有利于混凝土浇筑，保证混凝土施工质量对钢筋的加工与连接、锚固技术提出了新的要求对钢筋的采购与质量检验要求更高施工企业要提高高强钢筋的加工技术水平对高强钢筋的连接要积极采用机械连接技术为减少钢筋的锚固长度要积极研发与应用高强钢筋机械锚固技术锚固板在工程中的应用发展钢筋综合加工与配送技术倡导钢筋专业化加工配送（提高钢筋加工效率、提高钢筋加工质量、减少施工现场人员消耗，提高钢筋利用率、减少现场建筑垃圾）。改变目前我国钢筋在施工工地单机加工的落后施工方法，开发和推广应用商品钢筋配送成套设备和钢筋构件现场加工成套设备，实现钢筋加工的工厂化、专业化及钢筋配送商品化。包括钢筋加工成型（线材的调直与切断、棒材弯曲、箍筋弯曲加工）、钢筋网成型和钢筋笼柱成型等，减少施工现场钢筋加工的浪费，节约钢筋用量5%，并提高工效、保证质量。二、高强钢筋的应用研发与国内外应用概况1、我国高强钢筋的定义高强钢筋是指强度级别为400MPa及以上的钢筋即《混凝土结构设计规范》GB50010—2010

中的400MPa、500MPa级的热轧带肋钢筋

2、钢筋的材料组成及生产工艺钢筋的材料组成碳含量的影响钢筋的主要成分为铁（Fe）和碳（Ｃ），低碳钢可以通过轧制的方法将强度提高到300MPa，如HPB300级光圆钢筋。合金化的影响加入2%的锰（Mn）和硅（Si）以后，20MnSi钢筋强度提高到335MPa，此即在我国长期大量应用的HRB335级热轧带肋钢筋。微量元素的影响

在20MnSi钢筋中加入稀有元素钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb），钢筋强度可以提高到400MPa、500MPa，这就是生产高强钢筋HRB400、HRB500的基本方法。

轧制工艺的影响微合金热轧钢筋（HRB400、HRB500）加入了微量元素，强度高延性好，弯曲性能、焊接性能、加工性能、施工适应性等都很优良。细晶粒钢筋（HRBF400、HRBF500）不加入微量元素，通过特殊的轧制设备和工艺生产。强度

高延性较好，性能接近微合金热轧钢筋。焊接性能、施工

适应性等稍差。余热处理钢筋（RRB400）

在钢筋轧制后期，通过淬水使表层强化以提高强度，利用芯部余热对钢筋表层回火处理以恢复部分延性。延性降低较多，冷弯性能变差，难以焊接，接头加工螺纹较难，施工适应性差。

HRB微合金化HRBF细晶粒RRB余热处理

不同品牌钢筋的金相结构各工艺高强钢筋的性能对比3、钢筋的强度指标钢筋的强度级别——指钢筋的屈服强度

如HRB400级，屈服强度标准值为400MPa钢筋的极限强度——指钢筋拉断的强度

如HRB400级，极限强度为540MPa钢筋的强度设计值——指计算时采用的值

强度设计值=屈服强度标准值/材料分项系数材料分项系数：1.1（300MPa～400MPa）1.15（500MPa）有屈服点的钢筋应力-应变图如HRB335级，强度设计值为300MPa（335/1.1=300）HRB400级，强度设计值为360MPa（400/1.1=360）HRB500级，强度设计值为435MPa（500/1.15=435）普通钢筋强度标准值与设计值4、国外高强钢筋应用情况高强钢筋普遍应用目前国外混凝土结构所采用的钢筋等级基本上以300MPa、400MPa、500MPa级三个等级为主。工程中采用400MPa级及以上高强钢筋较为普遍，其用量一般达70～80%，其中以400MPa级的应用为主。英国和德国：采用500MPa一个强度等级；主要原因是这些国家属于非地震区，不考虑抗震，总体建设量不大，钢筋牌号种类少也方便了钢筋的生产加工、工程设计与施工应用。澳大利亚采用250MPa、500MPa级二个强度等级；新西兰则采用300MPa、500MPa级二个强度等级。

欧盟：欧洲绝大部分地区属非地震区，欧盟规范EN1992钢筋强度规定为400～600MPa级。对于钢筋延性分为A、B、C三个等级，其中的C级有极限应变应大于等于7.5%的要

求，与我国普通热轧带肋钢筋一致，但小于我国有

抗震性能要求带E的钢筋（均匀伸长率大于9%）。在南欧的地震区（如意大利、西班牙）要求采用延性等级为C级、强度等级为S450的钢筋。美国：美国混凝土结构规范（ACI318）中，碳钢带肋钢筋与光圆钢筋有三种，为40级（280MPa）、60级（420MPa）、75级（520MPa）；低合金带肋钢筋有一种，为60级（420MPa）。欧洲绝大部分地区属非地震区，求，与我国普通热轧带肋钢筋一致，但小于我国有构件配筋计算书的输出：WPJ*.欧洲绝大部分地区属非地震区，减少钢筋加工与运输安装量在大柱网或重荷载梁的纵向钢筋中采用500MPa级钢筋。超强比钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于；1987年开始410MPa级高强钢筋应用的实验研究，主要解决钢筋锚固、连接（搭接、焊接）、受弯-受压构件性能试验（承载力、裂缝宽度、刚度）、抗震性能试验；对于钢筋延性分为A、B、C三个300MPa级钢筋在混凝土结构中的作用主要有三种方式：直螺纹、锥螺纹、套筒挤压；五、高强钢筋在软件中的应用将400MPa级钢筋作为混凝土结构的主力钢筋，充分发挥400MPa级钢筋高强度的特性，在保证与提高结构安全的同时可以比335MPa级钢筋明显减少配筋量。以400MPa级高强钢筋为结构主力配筋，应用量50～55%；能生产HRB400级高强钢筋的企业有4家。逐步限制、淘汰335MPa级钢筋500MPa级高强钢筋的研发应用与规范完善日本：光圆钢筋有二种，SR235（235MPa）SR295（295MPa）；热轧带肋钢筋有四种，SD295（295MPa）、SD345（345MPa）、SD390（390MPa）、SD490（490MPa）。

日本与我国目前钢筋标准较一致。俄罗斯：钢筋强度等级为300～600MPa。5、我国高强钢筋应用研发情况

早期应用研发工作我国早期应用低碳钢筋，强度235MPa。上世纪六七十年代通过低合金化（加锰、硅），强度提高到335MPa；八十年代通过微合金化（加钒、钛、铌）及淬水余热处理两条途径开发了410MPa级高强钢筋；1987年开始410MPa级高强钢筋应用的实验研究，主要解决钢筋锚固、连接（搭接、焊接）、受弯-受压构件性能试验（承载力、裂缝宽度、刚度）、抗震性能试验；1991年公布冶金标准《410兆帕级可焊热轧钢筋应用技术规程》YB145并开始试点工程（燕莎工程-德国设计），但只在个别工程中应用，未能推广。标准规范为高强钢筋初期应用创造了条件1996年《混凝土结构设计规范》GBJ10—89局部修订，正式列入微合金化与余热处理的400MPa级新Ⅲ级高强钢筋，但供应不足，配套技术有差距，推广应用速度不快。钢筋机械连接技术发展（套筒、锥螺纹、镦粗、剥肋、滚轧），1997年公布《钢筋机械连接技术规程》JGJ107；《钢筋焊接技术规程》JGJ18解决高强钢筋连接问题。2002年公布《混凝土结构设计规范》GB50010全面倡导400MPa级高强钢筋作为主力钢筋，并提供设计程序及配套技术。钢筋机械连接技术执行《钢筋机械连接技术规程》JGJ107--2010；《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107--2003；（废止）《带肋钢筋套筒挤压连接技术规程》JGJ108--96；（废止）《钢筋锥螺纹接头技术规程》JGJ109--96；（废止）主要有三种方式：直螺纹、锥螺纹、套筒挤压；高强钢筋应用的中期推广工作2000年初，我国冶金行业HRB400钢筋生产技术日趋成熟；同时钢筋等强直螺纹连接技术（镦粗直螺纹、剥肋滚轧直螺纹）与钢筋电渣压力焊技术也开始大量工程应用；对推广应用高强钢筋的迫切性、重要性取得了一致认识，即在保证与提高结构安全性能的同时，通过应用高强钢筋，以减少单位面积建筑钢筋用量；高强钢筋开始较为广泛的应用，但各地发展不平衡，总体速度不快。500MPa级高强钢筋的研发应用与规范完善2004-2009年全面开展500MPa级高强钢筋的实验研究，主要解决钢筋机械锚固、机械连接、受弯-受压构件性能试验（承载力、裂缝宽度）、抗震性能、施工技术。2009年在大量实验研究、试点工程设计、施工的基础上，公布了《热轧带肋高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则》RISNTG007，提前开始500MPa级高强钢筋的应用。2010版《混凝土结构设计规范》倡导400MPa作为主力钢筋，推广500MPa级钢筋，用300MPa级作为辅助钢筋。目标是形成一个合理钢筋等级系列希望钢筋产品标准在淘汰HRB335钢筋的同时，新增HRB300带肋钢筋；目标是形成300MPa、400MPa、500MPa级带肋钢筋为主体的合理钢筋系列；以400MPa级高强钢筋为结构主力配筋，应用量50～55%；以500MPa级高强钢筋为大受力构件配筋，应用量20%；以300MPa级光圆钢筋或带肋钢筋为结构辅助配筋，应用量25～30%。我国混凝土结构设计规范的发展混凝土结构出现于19世纪中期，迄今已有150多年的历史。1949年以前，我国没有自己的混凝土结构设计规范，混凝土结构设计规范在我国先后经历了四个发展阶段，即照抄照搬阶段、自主修订规范起步阶段、跨越式发展阶段、全面与国际接轨阶段。第一本《钢筋混凝土结构设计规范》BJG21—66；第二本《钢筋混凝土结构设计规范》TJ10—74（试行）；第三本《混凝土结构设计规范》GBJ10—89；第四本《混凝土结构设计规范》GB50010—2002；第五本《混凝土结构设计规范》GB50010—2010；三、推广应用高强钢筋中应注意的问题1、坚持科学合理的高强钢筋应用原则新版混凝土规范中提出钢筋的应用原则：优先使用400MPa级钢筋积极推广500MPa级钢筋用HPB300钢筋取代HPB235钢筋逐步限制、淘汰335MPa级钢筋优先使用将400MPa级钢筋作为混凝土结构的主力钢筋，充分发挥400MPa级钢筋高强度的特性，在保证与提高结构安全的同时可以比335MPa级钢筋明显减少配筋量。在混凝土结构的梁、柱纵向受力钢筋中应采用400MPa级钢筋。在高层建筑的剪力墙或大开间楼板的配筋中采用400MPa级钢筋。大跨度梁、高层建筑柱的箍筋中宜采用400MPa级钢筋。积极推广在大型公共建筑、超高层建筑中受力较大的框架柱、梁中采用500MPa级钢筋，以取得更好的减少钢筋用量效果。在高层建筑柱的纵向钢筋中采用500MPa级钢筋。在大柱网或重荷载梁的纵向钢筋中采用500MPa级钢筋。取代、淘汰用HPB300钢筋取代HPB235钢筋，要求在构件的构造配筋（如梁柱按构造要求配置的箍筋、板的构造配筋）与一般梁柱的箍筋、普通跨度楼板的配筋、墙的分布钢筋等采用300MPa级钢筋。用300MPa级钢筋取代HPB235钢筋后，当按受力配置时可以减少钢筋用量，当按构造配置时则相应提高了结构安全度。淘汰335MPa级钢筋，形成既与国际接轨又具有中国特色的建筑用钢筋300MPa、400MPa、500MPa的完整系列。余热处理钢筋的合理应用余热处理高强钢筋（RRB400），其生产工艺简单、价格低，但其延性、可焊性、机械连接的加工性能都较差。《混凝土结构设计规范》GB50010建议可用于对钢筋延性要求较低的结构构件与部位，如大体积混凝土的底板、独立基础、楼板及次要的结构构件中。2、正确对待300MPa级钢筋300MPa级钢筋在混凝土结构中的作用经对各类混凝土结构钢筋用量的估算，300MPa级钢筋的配筋用量约占建筑用钢筋总量的25%左右；光圆的300MPa级钢筋，其截面利用率高，用作箍筋时具有施工方便的优点，主要用于大量次梁、小柱等小尺寸构件的箍筋；带肋的HRB300钢筋有很好粘结锚固性能，特别适用于普通楼板与多层、小高层剪力墙墙体的受力配筋及普通梁柱的箍筋。希望新增HRB300钢筋在日本、美国等发达国家都有热轧带肋的300MPa级钢筋。从结构设计来说，在300MPa级中新增热轧带肋这一产品非常必要：1）粘结锚固性能好，用于构造配筋时可有效控制非结构裂缝；2）钢筋强度等级适中，特别适用于小跨度楼板、多层与小高层剪力墙的受力配筋及普通梁柱的箍筋；3）带肋钢筋端部不设弯钩比光圆钢筋简化了钢筋工程的施工。由于300MPa级钢筋为混凝土结构的构造与辅助用钢筋，其产品规格直径从6mm～12mm一般就能满足工程需要了。3、不能盲目应用500MPa级高强钢筋500MPa级高强钢筋应用范围：1）应用于受力大的构件，如高层建筑的柱、

大跨度与重荷载的梁；2）应用于由承载力控制截面配筋的构件；3）可用于大开间的楼板、地下室顶板。500MPa级高强钢筋不宜应用于：1）普通跨度框架结构的纵向受力钢筋；2）普通楼板、住宅中的剪力墙；3）按构造要求的配筋。500MPa级高强钢筋不应用作普通箍筋，可用于高层建筑柱的约束箍筋（连续螺旋箍、焊接封闭箍）。

400MPa级高强钢筋弯到90度再弯直，钢筋完好。500MPa级高强钢筋弯到90度再往回弯到45度，钢筋即发生断裂。四、推广应用高强钢筋的政策目标与部署住建部、工信部二部委的行动住建部、工信部对于高强钢筋的推广应用极为重视，二部委于2011年7月25日组建成立高强钢筋推广应用协调组。2012年1月4日住建部、工信部联合发文，出台了《关于加快应用高强钢筋的指导意见》（建标〔2012〕1号）。启动在河北、江苏、新疆、云南与重庆进行高强钢筋的应用试点。通过在试点地区推广应用高强钢筋的示范方案与政策支持，加速推进高强钢筋应用工作。《关于加快应用高强钢筋的指导意见》用高强钢筋替代目前大量使用的HRB335，平均可节约钢材12%以上；是建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措，对推动钢铁工业和建筑业结构调整、转型升级具有重大意义；2010年建筑钢筋用量已达亿吨，高强钢筋使用量仅达到建筑用钢筋总量的35%左右；目前各地工作不平衡，有必要制定目标和措施，加快推广应用高强钢筋工作。主要目标加速淘汰335兆帕级螺纹钢筋，优先使用400兆帕级螺纹钢筋，积极推广500兆帕级螺纹钢筋；2013年底，在建筑工程中淘汰335兆帕级螺纹钢筋；到2015年底，高强钢筋的产量占螺纹钢筋总产量的80%，在建筑工程中使用量达到建筑用钢筋总量的65%以上；在应用400兆帕级螺纹钢筋为主的基础上，对大型高层建筑和大跨度公共建筑，优先采用500兆帕级螺纹钢筋，逐年提高500兆帕级螺纹钢筋的生产和使用比例。对于地震多发地区，重点应用高强屈比、均匀伸长率高的高强抗震钢筋。五、高强钢筋在软件中的应用1、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中

关于钢筋强度的修改：增加HPB300、HRB500、HRBF500；取消HPB235光圆钢筋，用HPB300代替；取消了02规范“轴心受拉和小偏拉构件，当钢筋强度>300时，仍按300取值”的规定；受剪、受扭、受冲切时钢筋强度取值≤360MPa，但计算柱、墙约束边缘构件箍筋加密区箍筋的体积配箍率时，取消这一规定，按实际强度设计值取值。软件中材料强度的设定梁、柱、墙主筋强度设定软件中材料强度的设定梁、柱箍筋、墙分布筋强度设定软件中材料强度的设定

楼板钢筋强度设定材料强度在设计结果中的体现每层钢筋级别的输出：材料强度在设计结果中的体现构件配筋计算书的输出：WPJ*.OUT2、高强钢筋对配筋结果的影响400MPa、500MPa级别的钢筋强度设计值分别是335MPa级别钢筋的倍、倍，随着强度的提高，计算配筋明显减小。

构造配筋率的要求3、高强钢筋对裂缝、挠度的影响采用高强