2020年以來(lái)，受疫情等多方影響，建筑行業(yè)迎來(lái)材料大漲價(jià)。主要建材螺紋鋼價(jià)格的上漲更是方興未艾，對(duì)此，中建五局華東公司設(shè)計(jì)管理部【設(shè)計(jì)創(chuàng)新工作室】積極思考低成本運(yùn)營(yíng)之對(duì)策，針對(duì)鋼筋優(yōu)化計(jì)劃推出三篇連續(xù)稿：
從細(xì)節(jié)著手，節(jié)省無(wú)效鋼筋量，從構(gòu)造中優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
從理論著手，探討節(jié)省無(wú)效鋼筋量，從構(gòu)造中優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
從材料入手，探討如何在工程中合理應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，減少土建造價(jià)。
優(yōu)化建筑構(gòu)造 節(jié)省鋼筋材料
梁上開(kāi)小洞構(gòu)造
01
《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊(cè)》梁上開(kāi)洞加強(qiáng)構(gòu)造做法：
《手冊(cè)》明確：當(dāng)孔洞直徑d0小于h/10及150mm時(shí)，孔洞周邊可不設(shè)傾斜補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。梁上開(kāi)小洞的加強(qiáng)構(gòu)造可按下圖進(jìn)行優(yōu)化：
梁腰筋設(shè)置
02
依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 9.2.13條：梁的腹板高度hw不小于450mm時(shí)，在梁的兩個(gè)側(cè)面應(yīng)沿高度配置縱向構(gòu)造鋼筋。每側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋的間距不宜大于200mm，截面面積不應(yīng)小于腹板截面面積（bhw）的0.1％。
梁腰筋設(shè)置應(yīng)注意：
（1）梁腰筋由抗扭控制時(shí)，應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果配置腰筋。
（2）地方規(guī)范對(duì)梁腰筋配筋可能有更高要求，如《江蘇省住宅工程質(zhì)量通病控制標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.1-7條規(guī)定：梁兩側(cè)腰筋直徑不應(yīng)小于12mm。
（3）如當(dāng)?shù)貨](méi)有特殊要求，梁的構(gòu)造腰筋可按下表配置：
分布筋和抗裂筋設(shè)置
03
分布筋和抗裂筋的設(shè)置應(yīng)注意：
（1）地方規(guī)范對(duì)板配筋可能有更高要求，如《江蘇省住宅工程質(zhì)量通病控制標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.1-4條規(guī)定：建筑物兩端開(kāi)間及變形縫兩側(cè)的現(xiàn)澆板應(yīng)設(shè)置雙層雙向鋼筋，鋼筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于100mm。
（2）如當(dāng)?shù)貨](méi)有特殊要求，板內(nèi)分布筋可按下表配置：
板內(nèi)抗裂筋可按照下表配置：
梁頂架立筋的搭接長(zhǎng)度
04
梁頂架立筋與非貫通鋼筋的搭接長(zhǎng)度為150（與鋼筋直徑無(wú)關(guān)）。在梁的平法標(biāo)注中，架立筋寫(xiě)在括號(hào)內(nèi)，如梁上部縱筋標(biāo)注：2?22+(4?12)，其中2?22為通長(zhǎng)筋，4?12為架立筋。
圖集《16G101-1》P84：
梁底第二排鋼筋
05
圖集《16G101-1》P90，除框支梁和框扁梁外，梁底第二排鋼筋可不深入支座：
女兒墻等節(jié)點(diǎn)大樣
06
嚴(yán)控大樣尺寸，當(dāng)混凝土標(biāo)號(hào)為C30，受力鋼筋為HRB400時(shí)，受力鋼筋配筋率0.178%，非受力鋼筋配筋率0.15%。
空調(diào)板配筋
07
《構(gòu)造手冊(cè)》P127：空調(diào)板長(zhǎng)度小于600時(shí)，單層配件；全國(guó)工程空調(diào)板長(zhǎng)度不大于1200時(shí)，可單層配筋。
構(gòu)造邊緣構(gòu)件內(nèi)套箍改為拉筋
08
案例：
原設(shè)計(jì)剪力墻邊緣構(gòu)件采用外套箍+內(nèi)套箍的復(fù)合箍筋形式，而規(guī)范允許在外套箍中使用拉筋作為箍筋。改進(jìn)后可節(jié)省內(nèi)套箍與外套箍重疊部分的鋼筋。
構(gòu)造邊緣構(gòu)件采用墻身水平筋代替外箍
09
案例：
原設(shè)計(jì)剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件采用外套箍，而規(guī)范允許將符合要求的墻體水平筋作為箍筋使用，優(yōu)化后取消原設(shè)計(jì)外套箍。注意：此時(shí)構(gòu)造邊緣構(gòu)件的體積配箍率仍應(yīng)滿足規(guī)范要求。
地下室底板是否外挑
10
地下室底板可按以下原則確定是否外挑：
（1）當(dāng)?shù)装鍨榉浪?，不承受上部荷載作用且不考慮外挑部分覆土自重對(duì)抗浮的有利作用時(shí)，底板不外挑。
（2）當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較好，即使基底不外挑，也能滿足承載力、沉降、抗浮計(jì)算要求，且有柔性防水層時(shí)，底板不外挑。
（3）其它條件同第（2）條，但無(wú)柔性防水層時(shí)，底板可選擇外挑或者不外挑（優(yōu)先不外挑）。
（4）當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較差，承載力或沉降不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將底板向外挑出。
參考文件：
[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）
[2]《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊(cè)》（第五版）
[3]《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平法圖集》16G101-1
第二篇
淺談結(jié)構(gòu)構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)配筋率
在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全適用、經(jīng)濟(jì)合理是其基本原則。當(dāng)跨度和荷載確定后，在不考慮層高的前提下，決定梁的結(jié)構(gòu)成本，就是截面尺寸和截面鋼筋量。
單位長(zhǎng)度的截面尺寸就是混凝土量
單位長(zhǎng)度的截面鋼筋就是鋼筋量
而同截面的鋼筋與截面尺寸之比
我們稱之為配筋率
所以要控制結(jié)構(gòu)成本，必須控制配筋率
結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)配筋率也提出了要求，即小、大配筋率。簡(jiǎn)單的說(shuō)小配筋率就是鋼筋用量少時(shí)，不斷加大混凝土量，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求；大配筋率就是鋼筋用量大時(shí)，不斷減少混凝土量，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求。
鋼材價(jià)遠(yuǎn)高于混凝土價(jià)，所以鋼筋用量大，一定提高造價(jià)，那么小配筋率是否就是??？當(dāng)然也不是，原因是截面越大，自重越大，一部分承載力用來(lái)抵抗自身的荷載，結(jié)構(gòu)效率反而更低。
我們認(rèn)為，在滿足構(gòu)件承載力和延性要求的前提下（所謂延性就是破壞前構(gòu)件能產(chǎn)生足夠大的變形），能實(shí)現(xiàn)小造價(jià)的構(gòu)件尺寸即為合理的構(gòu)件尺寸，此時(shí)的構(gòu)件配筋率就稱為經(jīng)濟(jì)配筋率。
本文通過(guò)混凝土受彎構(gòu)件的平衡公式得出梁、板造價(jià)方程，從理論上分析梁、板經(jīng)濟(jì)配筋率的極值問(wèn)題（求下圖所示梁配筋率與造價(jià)關(guān)系曲線的小值）。
經(jīng)濟(jì)配筋率的理論分析
01
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)體系確定后，在合理范圍內(nèi)調(diào)整構(gòu)件的截面尺寸，對(duì)構(gòu)件內(nèi)力影響較小。我們可以假設(shè)彎矩M為定值，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010），單筋受彎構(gòu)件配筋按下式計(jì)算：
公式中省略了受壓鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼筋的部分，對(duì)普通結(jié)構(gòu)構(gòu)件，此部分是無(wú)需考慮的。
假設(shè)條件如下：某根梁的跨中彎矩為M（kN.m），梁的截面為b*h（mm），梁的保護(hù)層為25mm，梁的底筋As由內(nèi)力計(jì)算確定（配筋率在規(guī)范規(guī)定的0.2%~2.5%區(qū)間內(nèi)），面筋為兩根架立鋼筋2?d1，箍筋為2?d2@200，鋼筋的強(qiáng)度為fy，混凝土的強(qiáng)度為fc，混凝土單位體積造價(jià)為Kc，鋼筋單位體積造價(jià)為Ks。
在梁彎矩一定的情況下，可以推導(dǎo)出每延米梁關(guān)于梁截面有效高度h0的造價(jià)函數(shù)Z(h0)，將造價(jià)函數(shù)Z(h0)對(duì)h0求導(dǎo)，則當(dāng)dZ(h0)/dh0 = 0時(shí)，可取得造價(jià)的小值，即省造價(jià)ZE，并可導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)配筋率公式（不考慮箍筋因素）。因公式復(fù)雜，推導(dǎo)過(guò)程本文從略，我們直接給出結(jié)論：
（3）式中
代表梁箍筋在經(jīng)濟(jì)配筋率中的因素，如不考慮箍筋因素則公式變?yōu)椋?/span>
（4）式亦為板的經(jīng)濟(jì)配筋率，由上兩式可知，正常配筋的混凝土梁、板構(gòu)件經(jīng)濟(jì)配筋率與鋼筋、混凝土強(qiáng)度比及價(jià)格比之和成反比，與構(gòu)件的彎矩?zé)o關(guān)。
經(jīng)濟(jì)配筋率成果表
02
經(jīng)過(guò)以上分析，根據(jù)市場(chǎng)上鋼材、混凝土的商品價(jià)格波動(dòng)情況，從式（3）可總結(jié)出如下成果表格：
表一（假設(shè)鋼材價(jià)格為3000元/噸，商品混凝土價(jià)格為500元/m3，即Ks/Kc = 46.8）經(jīng)濟(jì)配筋率（%）
表二（假設(shè)鋼材價(jià)格為5000元/噸，商品混凝土價(jià)格為500元/m3，即Ks/Kc = 78）經(jīng)濟(jì)配筋率（%）
由表一、二可見(jiàn)，市場(chǎng)上鋼材與混凝土價(jià)格的變動(dòng)，直接影響了Ks/Kc值，對(duì)經(jīng)濟(jì)配筋率的影響還是很明顯的，當(dāng)鋼材價(jià)格由3000元/噸變?yōu)?/span>5000元/噸，經(jīng)濟(jì)配筋率也隨之減小了近40%~50%。
結(jié)束語(yǔ)
03
利用混凝土規(guī)范中由彎矩求配筋的計(jì)算公式，推導(dǎo)出配筋率與造價(jià)的函數(shù)關(guān)系，分析其函數(shù)曲線，得出配筋率大約在區(qū)間（ρE - 0.3%，ρE + 0.6%）范圍內(nèi)，造價(jià)變動(dòng)并不敏感，在此范圍之外則比較敏感。
表一（假設(shè)鋼材價(jià)格為3000元/噸，商品混凝土價(jià)格為500元/m3，即Ks/Kc = 46.8）經(jīng)濟(jì)配筋率（%）
表二（假設(shè)鋼材價(jià)格為5000元/噸，商品混凝土價(jià)格為500元/m3，即Ks/Kc = 78）經(jīng)濟(jì)配筋率區(qū)間（%）
設(shè)計(jì)人員需根據(jù)市場(chǎng)上的材料價(jià)格、混凝土強(qiáng)度及鋼筋的強(qiáng)度選擇適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)配筋率。
參考文件：
［1］《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）．
第三篇
高強(qiáng)鋼筋在工程中的應(yīng)用
HRB500鋼筋俗稱四級(jí)鋼，其強(qiáng)度是三級(jí)鋼的1.25倍，我國(guó)在開(kāi)發(fā)HRB500級(jí)鋼筋方面正步入發(fā)展階段。作為一種新型材料，四級(jí)鋼與三級(jí)鋼相比存在哪些優(yōu)、劣勢(shì)？創(chuàng)新工作室通過(guò)多方面的對(duì)比，嘗試對(duì)這一問(wèn)題提出自己的見(jiàn)解。
三、四級(jí)鋼筋應(yīng)用現(xiàn)狀
01
1. 國(guó)家規(guī)范
由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》從GB 50010-2002版到現(xiàn)行GB 50010-2010（2015年更新版）的更新過(guò)程來(lái)看，規(guī)范已明確將三級(jí)鋼（HRB400）作為主力鋼筋，提倡應(yīng)用四級(jí)鋼（HRB500）。
2. 各地政策
從國(guó)家和行業(yè)政策導(dǎo)向判斷，逐步、禁止使用低強(qiáng)度建筑材料，推廣應(yīng)用高強(qiáng)度建筑材料將是大勢(shì)。例如：《江蘇省綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力鋼筋使用不低于400Mpa級(jí)的高強(qiáng)鋼筋用量不低于受力鋼筋總量的85%，其中500Mpa級(jí)以上高強(qiáng)鋼筋用量不低于受力鋼筋總量的25%。
3. 國(guó)內(nèi)HRB500鋼筋生產(chǎn)現(xiàn)狀
根據(jù)中鋼協(xié)對(duì)部分重點(diǎn)鋼廠鋼筋產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，2014-2015年，高強(qiáng)鋼筋的產(chǎn)量占比（占螺紋鋼總量）基本在55%左右。隨著2016年高強(qiáng)鋼筋普及政策的推出，2017年開(kāi)始，高強(qiáng)鋼筋占比有所提升，目前基本達(dá)到72%左右水平。而從HRB500系列產(chǎn)品來(lái)看，2014年至今，其在高強(qiáng)鋼筋中的產(chǎn)量占比由9%上升至10-11%，生產(chǎn)比例上雖略有上升，但從增速來(lái)看較為緩慢，2016年甚至出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)。
我國(guó)部分重點(diǎn)鋼廠高強(qiáng)鋼筋及HRB500鋼筋產(chǎn)量占比情況
HRB500E是HRB500系列中主要用在梁柱中的鋼筋，目前國(guó)內(nèi)大部分全流程鋼廠均具備生產(chǎn)HRB500E的能力，但因區(qū)域需求的局限性，區(qū)域的產(chǎn)量較為不平衡。其中中南、西南等地因地域問(wèn)題，對(duì)HRB500E產(chǎn)品用量較大。因此，目前中南地區(qū)的鋼廠兼具區(qū)域、需求、鋼廠等多重優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)量占比高，約占63%，華東地區(qū)鋼廠多、資源輻射范圍廣，占比次之，約23%；西南鋼廠雖少，但有龐大的需求優(yōu)勢(shì)，因此產(chǎn)量占比可達(dá)10%，而華北、東北、西北等地資源輻射區(qū)域?qū)τ?/span>HRB500E產(chǎn)品需求量較少，故產(chǎn)量偏低，三個(gè)區(qū)域總和僅能達(dá)到5%。
HRB500E鋼筋區(qū)域產(chǎn)量占比
宏觀對(duì)比分析
02
1. 材料性能對(duì)比
由上表可知：抗拉強(qiáng)度提高：(435-360)/360=21%，抗壓強(qiáng)度提高：(410-360)/360=14%；受剪、受扭、受沖切箍筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值無(wú)提高，但體積配箍率計(jì)算時(shí)可提高。
2. 高強(qiáng)鋼筋價(jià)格對(duì)比
注：價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，僅供參考。
由上表可知：對(duì)比強(qiáng)度和價(jià)格的漲幅后，HTRB600的經(jīng)濟(jì)性更顯著。
精細(xì)化對(duì)比分析
03
1. 各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比
2. 外觀差異
三級(jí)鋼（HRB400）
四級(jí)鋼（HRB500）
由上圖可知：三、四級(jí)鋼均為帶肋鋼筋，僅靠鋼筋上面標(biāo)識(shí)的“3”、“4”字樣來(lái)區(qū)分，所以對(duì)于混用三、四級(jí)鋼的項(xiàng)目，一定要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理。
模擬地下室工程對(duì)比測(cè)算
04
我們模擬設(shè)計(jì)了一個(gè)典型的單建地下室工程，并對(duì)其作材料和造價(jià)的對(duì)比測(cè)算（不考慮地下室底板和基礎(chǔ)）。該地下室柱網(wǎng)為8.1米*5.4米，共6*6跨，總面積約1575平米，層高3.7米，頂板覆土1.5米，大板結(jié)構(gòu)（只設(shè)主梁，不設(shè)次梁），頂板厚250毫米，柱截面為500毫米*500毫米，梁截面根據(jù)實(shí)際配筋率調(diào)整。地下室結(jié)構(gòu)均采用C35標(biāo)號(hào)混凝土，梁、柱箍筋均為三級(jí)鋼，梁、板、柱的主筋分別用HRB400、HRB500和HTRB600進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)這三種設(shè)計(jì)方案分別測(cè)算其混凝土、鋼筋用量和整體造價(jià)。
模擬地下室工程平面圖
具體對(duì)比分析見(jiàn)下表：
注：梁、板配筋按裂縫寬度0.3mm控制。
結(jié)論與建議
05
1. 結(jié)論
綜合各項(xiàng)分析后，我們認(rèn)為四級(jí)鋼在以下情況使用會(huì)有比較好的降本效果：
（1）高烈度區(qū)（8度及以上）；
（2）烈度不高，但抗震等級(jí)高（乙類建筑，超限結(jié)構(gòu)）；
（3）荷載大、跨度大（地下室、倉(cāng)儲(chǔ)、大商業(yè)）；
（4）在框架結(jié)構(gòu)上的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于剪力墻結(jié)構(gòu)。
2. 建議
對(duì)于想采用四級(jí)鋼替換三級(jí)鋼的項(xiàng)目，我們有如下建議：
（1）梁、柱箍筋由于采用四級(jí)鋼后抗剪強(qiáng)度不再提高，因此不建議替換；
（2）三、四級(jí)鋼筋混用的項(xiàng)目一定要做好現(xiàn)場(chǎng)鋼筋管理工作；
（3）為了降低施工過(guò)程中出現(xiàn)誤用的概率，可以考慮統(tǒng)一按照直徑來(lái)設(shè)定采購(gòu)情況，即一般大于等于直徑16的鋼筋全部使用四級(jí)鋼，小于直徑16的全部使用三級(jí)鋼。
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