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论高强度钢筋在建筑设计中的运用范文

时间:2022-01-30 10:26:58

论高强度钢筋在建筑设计中的运用

1钢筋应用现状调研及分析

通过对钢筋应用现状及人们对钢筋性能认识的了解,可以获知现阶段仍大量使用HRB235级、HRB335级钢筋,少用甚至不用HRB400级钢筋的真正原因。本文共搜集120份调研材料,由从事建筑行业设计、房产、施工等单位的专业人员填写。

从调研中可以看出制约HRB400级钢筋应用的主要因素:

(l)裂缝控制。裂缝控制会直接影响到钢筋混凝土构件钢筋强度的发挥程度。裂缝控制下若采用HRB4OO级钢筋势必会导致强度发挥不足而浪费材料。区分是否为裂缝控制及如何有效地避免出现裂缝控制、发挥钢筋强度是HRB400级钢筋推广应用首要解决的问题。

(2)使用性能及产品质量稳定性。HRB400级钢筋的使用性能及产品质量稳定性直接关系到工程的质量,也是决定其自身能否被大众接受并采用的先决条件。调研中,超过半数的人认为HRB400级钢筋的塑性、抗震性能、疲劳性能、机械连接、焊接性能不如HRB335级钢筋。可见,对HRB400级钢筋性能的担忧,是制约其推广应用的重要因素。

(3)最小配筋率。受弯构件的一侧受拉钢筋最小配筋率及受压构件的全部纵向钢筋最小配筋率均与钢筋级别有关。调研中,相当比例的人认为有最小配筋率限制要求的构件,不宜采用HRB40O等高强钢筋。可见,最小配筋率控制是影响人们选择HRB40O级钢筋推广应用的另一个重要因素。

(4)对投资的影响。能否为工程建设节省成本是推广应用HRB400级钢筋的价值体现。当HRB400级钢筋的价值真正被大众所认同,人们就会主动采用而不需要国家花费大量精力去倡导和推广了。下面分别从这四个方面阐述HRB40O级钢筋的应用前景。

2HRB400级钢筋性能综合分析

2.1钢筋强度发挥与裂缝宽度

裂缝控制是否会限制HRB400级钢筋强度的发挥应区别对待。一类环境下的楼板,常用直径下钢筋强度可以得到充分发挥而无需考虑裂缝控制;一类环境下的梁,应注意钢筋直径的选择和裂缝宽度的验算;二(a)类环境下的底板、挡墙、基础等构件,不宜采用HRB40O级钢筋。

2.2HRB400级钢筋的使用性能

在阐述HRB400级钢筋的使用性能之前,需要先了解HRB400级钢筋的化学成分和生产工艺。111级钢筋的发展经历了两个重要的阶段,分别以Mn一si系钢的25MnSi(老l级)和以微合金化工艺生产的HRB40o级(新111级)钢筋为代表。25Mnsi钢筋与HRB335级钢筋一样,是属以碳为主导强化机制生产而成,通过提高碳的含量从而提高钢的强度,但钢的塑、韧性损失也很明显,特别是焊接性能等钢材综合使用性能恶化。HRB400级钢筋是在不提高碳含量的条件下,通过微合金技术向钢中添加微量合金元素钒(V)、妮(Nb)或钦(Ti)等,从而获得高强度和高塑、韧性的钢材。

列出了钢中添加钒、钦等对建筑钢材性能的影响。HRB400级钢筋多是添加了微量元素钒,故与HRB335级钢筋相比,延伸率降低、塑性降低;抗震性能受塑性、疲劳性能影响较大,HRB400级钢筋的塑性有所降低,但疲劳性能得到大幅提高,抗震性能是否提高很难衡量。文献[6」论证了HRB400级钢筋作为框架柱的受力钢筋,可明显改善框架结构的抗震性能。钒对可焊性影响不大,故HRB400与HRB335级钢筋的可焊性能相差不大,而调研中普遍认为HRB400级钢筋的可焊性能不如HRB335级钢筋,且认为是HRB40O级钢筋的碳含量的增加所致,故这种认知还是停留在老111级钢筋的基础上,不再适用于HRB400级钢筋。文献【7」通过试验论证了HRB400级钢筋的抗震性能、疲劳性能、焊接性能、粘结性能均能达到相关标准的规定。更何况,《建筑抗震设计规范》〔’〕指出普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋,并将HRB400级钢筋放在纵向受力钢筋的首选位置。可见,HRB400级钢筋的各方面性能是良好的。

2.3最小配筋率比较

2.3.1受弯构件采用HRB400与HRB235、HRB335级钢筋的最小配筋率比较

受弯构件一侧受拉钢筋的最小配筋率见表1。混凝土等级为C30时,板受力钢筋采用HRB400级钢筋与HRB235级钢筋相比,最小配筋率之比为0.200%:0.306%,节省板受力钢筋用量34.6%;梁受力钢筋采用HRB40O级钢筋与HRB335级钢筋相比,最小配筋率比为0,200%:0.2巧%,节省梁受力钢筋用量7.0%。且节省比例随混凝土等级的提高而增大。

2.3.2框架柱采用HRB40O级钢筋与HRB335级钢筋的最小配筋率比较

规范川在注释中明确指出:柱全部纵向受力钢筋最小配筋百分率,当采用HRB400级钢筋时,应按表中数值减小0.1,且普遍使用的SATWE程序(2005版)在计算配筋时,若框架柱采用HRB400级钢筋作为纵向受力钢筋,配筋输出确实是按照规范注释中减小0.1的要求控制。柱采用HRB40。与HRB335级钢筋的全截面最小配筋率比较见表2。当抗震等级为二级,相比HRB335级钢筋而言,采用HRB400级钢筋时,框架中柱、边柱的全截面最小配筋率减少了12.5%,框架角柱的全截面最小配筋率减少了10.0%,且减少的程度随着抗震等级的降低而增大。

2.4使用HRB4OO级钢筋的经济效益分析

楼板及框架柱纵向受力钢筋在建筑工程中占有相当的比重,合理地选择楼板和框架柱的纵向受力钢筋等级可很大程度上节约钢筋成本。下面分别以楼板和框架柱为例,说明采用HRB400级钢筋与采用

HRB235级、HRB335级钢筋的区别。

2.4.1楼板采用HRB400级钢筋与HRB235级钢筋的比较

对钢筋强度发挥与裂缝宽度控制的分析可见,一类环境下楼板钢筋在常用直径8一14mm下采用HRB40O级钢筋,均为承载力或最小配筋率控制;不存在裂缝控制问题。计算配筋方面:HRB230级、HRB400级钢筋的抗拉强度比为1:1.714,即承载力控制下楼板采用HRB400级钢筋,相比HRB235级钢筋,最大节省比例为41.7%。构造方面:最小配筋率控制下的最小节省比例为34.6%(取C30混凝土计算)。综合而言,钢筋用量节省范围为34.6%一41.7%,钢筋成本节省范围为30.7%一38.2%(以HRB400级钢筋高出HRB235级钢筋6%的价格计算[‘〕)。节省的钢筋量约占楼板受力钢筋总量的三分之一。可见,楼板钢筋采用HRB4OO级钢筋相比采用HRB235级钢筋有无可比拟的优势。

2.4.2框架柱采用HRB335级钢筋与HRB40O级钢筋的比较

计算配筋方面:HRB335级和HRB4oo级钢筋的抗拉强度设计值分别是30oN/mmZ和360N/m扩,强度比为1:1.2。即承载力控制下,使用HRB4OO级钢筋可节约16.7%左右的钢筋量。构造方面:全截面最小配筋率控制下,HRB40O级钢筋相比HRB335级钢筋可节省8.3%一16.7%。综合而言,HRB400级钢筋比HRB335级钢筋工程量可节省8.3%一16.7%,钢筋成本节省范围为2.8%一11.7%(按HRB400级钢筋高出HRB335级钢筋6%的价格计算[4:)。同时还可以改善梁柱节点因钢筋过密带来的诸多问题。可见,框架柱采用HRB40O比HRB335级钢筋有明显的优势。

3工程实例与分析

某工程为五层现浇混凝土框架结构。表3显示:柱采用HRB400级钢筋比采用HRB335级钢筋的用钢量节省13.8%,很好地印证了框架柱采用HRB400级钢筋比HRB335级钢筋可节省8.3%一16.7%用钢量的结论。本工程钢筋成本节约8.6%(按HRB400级钢筋高出HRB335级钢筋6%的价格计算)。

4总结与建议

4.1总结

合理地选择HRB400级钢筋不仅能带来直接、显著的经济效益,更是我国实现可持续发展、与国际接轨的重要举措。根据上面的理论分析和工程实例,可归纳如下:

(l)受力重要的部位,如跨度大、荷载重时,宜采用HRB400等高强钢筋。

(2)一类环境下的楼板、框架柱,宜采用HRB4OO级钢筋,可获得显著的经济效益;一类环境下的梁,采用HRB400级钢筋时应注意裂缝宽度的验算;二(a)类环境下的基础,挡土墙等,不宜采用HRB400级钢筋。

4.2建议

(l)我国规范相比国际规范对裂缝的控制较严,而过度的裂缝控制不但没有必要,还造成了经济的巨大浪费和施工不便、违背强柱弱梁概率设计理念、更严重限制HRB400等高强钢筋的应用。建议参考国际规范对我们规范裂缝控制进行调整,适当放宽对裂缝的控制。

(2)产品质量稳定性应严格控制,并确保市场供应、规格齐全、方便购买。仍有很多地区小直径HRB400级钢筋难采购,影响工程进度。

(3)冷轧带肋、冷轧扭等经过冷加工的钢筋,其塑韧性较差,不利于抗震。建议用HRB400级钢筋取代冷加工钢筋作为楼板的受力钢筋,尤其在楼板薄弱位置及抗震不利处。

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