2020年以來，受疫情等多方影響，建筑行業(yè)迎來材料大漲價。主要建材螺紋鋼價格的上漲更是方興未艾，對此，中建五局華東公司設計管理部【設計創(chuàng)新工作室】積極思考低成本運營之對策，針對鋼筋優(yōu)化計劃推出三篇連續(xù)稿：
從細節(jié)著手，節(jié)省無效鋼筋量，從構造中優(yōu)化結構設計。
從理論著手，探討節(jié)省無效鋼筋量，從構造中優(yōu)化結構設計。
從材料入手，探討如何在工程中合理應用高強鋼筋，減少土建造價。
優(yōu)化建筑構造 節(jié)省鋼筋材料
梁上開小洞構造
01
《混凝土結構構造手冊》梁上開洞加強構造做法：
《手冊》明確：當孔洞直徑d0小于h/10及150mm時，孔洞周邊可不設傾斜補強鋼筋。梁上開小洞的加強構造可按下圖進行優(yōu)化：
梁腰筋設置
02
依據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》 9.2.13條：梁的腹板高度hw不小于450mm時，在梁的兩個側面應沿高度配置縱向構造鋼筋。每側縱向構造鋼筋的間距不宜大于200mm，截面面積不應小于腹板截面面積（bhw）的0.1％。
梁腰筋設置應注意：
（1）梁腰筋由抗扭控制時，應根據(jù)計算結果配置腰筋。
（2）地方規(guī)范對梁腰筋配筋可能有更高要求，如《江蘇省住宅工程質量通病控制標準》第7.1.1-7條規(guī)定：梁兩側腰筋直徑不應小于12mm。
（3）如當?shù)貨]有特殊要求，梁的構造腰筋可按下表配置：
分布筋和抗裂筋設置
03
分布筋和抗裂筋的設置應注意：
（1）地方規(guī)范對板配筋可能有更高要求，如《江蘇省住宅工程質量通病控制標準》第7.1.1-4條規(guī)定：建筑物兩端開間及變形縫兩側的現(xiàn)澆板應設置雙層雙向鋼筋，鋼筋直徑不應小于8mm，間距不應大于100mm。
（2）如當?shù)貨]有特殊要求，板內分布筋可按下表配置：
板內抗裂筋可按照下表配置：
梁頂架立筋的搭接長度
04
梁頂架立筋與非貫通鋼筋的搭接長度為150（與鋼筋直徑無關）。在梁的平法標注中，架立筋寫在括號內，如梁上部縱筋標注：2?22+(4?12)，其中2?22為通長筋，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)點大樣
06
嚴控大樣尺寸，當混凝土標號為C30，受力鋼筋為HRB400時，受力鋼筋配筋率0.178%，非受力鋼筋配筋率0.15%。
空調板配筋
07
《構造手冊》P127：空調板長度小于600時，單層配件；全國工程空調板長度不大于1200時，可單層配筋。
構造邊緣構件內套箍改為拉筋
08
案例：
原設計剪力墻邊緣構件采用外套箍+內套箍的復合箍筋形式，而規(guī)范允許在外套箍中使用拉筋作為箍筋。改進后可節(jié)省內套箍與外套箍重疊部分的鋼筋。
構造邊緣構件采用墻身水平筋代替外箍
09
案例：
原設計剪力墻構造邊緣構件采用外套箍，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)化后取消原設計外套箍。注意：此時構造邊緣構件的體積配箍率仍應滿足規(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?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抗浮的有利作用時，底板不外挑。
（2）當?shù)鼗临|較好，即使基底不外挑，也能滿足承載力、沉降、抗浮計算要求，且有柔性防水層時，底板不外挑。
（3）其它條件同第（2）條，但無柔性防水層時，底板可選擇外挑或者不外挑（優(yōu)先不外挑）。
（4）當?shù)鼗临|較差，承載力或沉降不滿足設計要求時，可根據(jù)計算結果，將底板向外挑出。
參考文件：
[1]《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）
[2]《混凝土結構構造手冊》（第五版）
[3]《混凝土結構施工圖平法圖集》16G101-1
第二篇
淺談結構構件的經(jīng)濟配筋率
在混凝土結構設計中，安全適用、經(jīng)濟合理是其基本原則。當跨度和荷載確定后，在不考慮層高的前提下，決定梁的結構成本，就是截面尺寸和截面鋼筋量。
單位長度的截面尺寸就是混凝土量
單位長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
所以要控制結構成本，必須控制配筋率
結構規(guī)范對配筋率也提出了要求，即小、大配筋率。簡單的說小配筋率就是鋼筋用量少時，不斷加大混凝土量，滿足結構承載力要求；大配筋率就是鋼筋用量大時，不斷減少混凝土量，滿足結構承載力要求。
鋼材價遠高于混凝土價，所以鋼筋用量大，一定提高造價，那么小配筋率是否就是??？當然也不是，原因是截面越大，自重越大，一部分承載力用來抵抗自身的荷載，結構效率反而更低。
我們認為，在滿足構件承載力和延性要求的前提下（所謂延性就是破壞前構件能產(chǎn)生足夠大的變形），能實現(xiàn)小造價的構件尺寸即為合理的構件尺寸，此時的構件配筋率就稱為經(jīng)濟配筋率。
本文通過混凝土受彎構件的平衡公式得出梁、板造價方程，從理論上分析梁、板經(jīng)濟配筋率的極值問題（求下圖所示梁配筋率與造價關系曲線的小值）。
經(jīng)濟配筋率的理論分析
01
在結構設計中，當結構體系確定后，在合理范圍內調整構件的截面尺寸，對構件內力影響較小。我們可以假設彎矩M為定值，根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范（GB50010），單筋受彎構件配筋按下式計算：
公式中省略了受壓鋼筋與預應力鋼筋的部分，對普通結構構件，此部分是無需考慮的。
假設條件如下：某根梁的跨中彎矩為M（kN.m），梁的截面為b*h（mm），梁的保護層為25mm，梁的底筋As由內力計算確定（配筋率在規(guī)范規(guī)定的0.2%~2.5%區(qū)間內），面筋為兩根架立鋼筋2?d1，箍筋為2?d2@200，鋼筋的強度為fy，混凝土的強度為fc，混凝土單位體積造價為Kc，鋼筋單位體積造價為Ks。
在梁彎矩一定的情況下，可以推導出每延米梁關于梁截面有效高度h0的造價函數(shù)Z(h0)，將造價函數(shù)Z(h0)對h0求導，則當dZ(h0)/dh0 = 0時，可取得造價的小值，即省造價ZE，并可導出對應的經(jīng)濟配筋率公式（不考慮箍筋因素）。因公式復雜，推導過程本文從略，我們直接給出結論：
（3）式中
代表梁箍筋在經(jīng)濟配筋率中的因素，如不考慮箍筋因素則公式變?yōu)椋?/span>
（4）式亦為板的經(jīng)濟配筋率，由上兩式可知，正常配筋的混凝土梁、板構件經(jīng)濟配筋率與鋼筋、混凝土強度比及價格比之和成反比，與構件的彎矩無關。
經(jīng)濟配筋率成果表
02
經(jīng)過以上分析，根據(jù)市場上鋼材、混凝土的商品價格波動情況，從式（3）可總結出如下成果表格：
表一（假設鋼材價格為3000元/噸，商品混凝土價格為500元/m3，即Ks/Kc = 46.8）經(jīng)濟配筋率（%）
表二（假設鋼材價格為5000元/噸，商品混凝土價格為500元/m3，即Ks/Kc = 78）經(jīng)濟配筋率（%）
由表一、二可見，市場上鋼材與混凝土價格的變動，直接影響了Ks/Kc值，對經(jīng)濟配筋率的影響還是很明顯的，當鋼材價格由3000元/噸變?yōu)?/span>5000元/噸，經(jīng)濟配筋率也隨之減小了近40%~50%。
結束語
03
利用混凝土規(guī)范中由彎矩求配筋的計算公式，推導出配筋率與造價的函數(shù)關系，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，造價變動并不敏感，在此范圍之外則比較敏感。
表一（假設鋼材價格為3000元/噸，商品混凝土價格為500元/m3，即Ks/Kc = 46.8）經(jīng)濟配筋率（%）
表二（假設鋼材價格為5000元/噸，商品混凝土價格為500元/m3，即Ks/Kc = 78）經(jīng)濟配筋率區(qū)間（%）
設計人員需根據(jù)市場上的材料價格、混凝土強度及鋼筋的強度選擇適當?shù)慕?jīng)濟配筋率。
參考文件：
［1］《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）．
第三篇
高強鋼筋在工程中的應用
HRB500鋼筋俗稱四級鋼，其強度是三級鋼的1.25倍，我國在開發(fā)HRB500級鋼筋方面正步入發(fā)展階段。作為一種新型材料，四級鋼與三級鋼相比存在哪些優(yōu)、劣勢？創(chuàng)新工作室通過多方面的對比，嘗試對這一問題提出自己的見解。
三、四級鋼筋應用現(xiàn)狀
01
1. 國家規(guī)范
由《混凝土結構設計規(guī)范》從GB 50010-2002版到現(xiàn)行GB 50010-2010（2015年更新版）的更新過程來看，規(guī)范已明確將三級鋼（HRB400）作為主力鋼筋，提倡應用四級鋼（HRB500）。
2. 各地政策
從國家和行業(yè)政策導向判斷，逐步、禁止使用低強度建筑材料，推廣應用高強度建筑材料將是大勢。例如：《江蘇省綠色建筑設計標準》要求鋼筋混凝土結構構件受力鋼筋使用不低于400Mpa級的高強鋼筋用量不低于受力鋼筋總量的85%，其中500Mpa級以上高強鋼筋用量不低于受力鋼筋總量的25%。
3. 國內HRB500鋼筋生產(chǎn)現(xiàn)狀
根據(jù)中鋼協(xié)對部分重點鋼廠鋼筋產(chǎn)量統(tǒng)計，2014-2015年，高強鋼筋的產(chǎn)量占比（占螺紋鋼總量）基本在55%左右。隨著2016年高強鋼筋普及政策的推出，2017年開始，高強鋼筋占比有所提升，目前基本達到72%左右水平。而從HRB500系列產(chǎn)品來看，2014年至今，其在高強鋼筋中的產(chǎn)量占比由9%上升至10-11%，生產(chǎn)比例上雖略有上升，但從增速來看較為緩慢，2016年甚至出現(xiàn)了負增長。
我國部分重點鋼廠高強鋼筋及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，目前國內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、西南等地因地域問題，對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，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，因此產(chǎn)量占比可達10%，而華北、東北、西北等地資源輻射區(qū)域對于HRB500E產(chǎn)品需求量較少，故產(chǎn)量偏低，三個區(qū)域總和僅能達到5%。
HRB500E鋼筋區(qū)域產(chǎn)量占比
宏觀對比分析
02
1. 材料性能對比
由上表可知：抗拉強度提高：(435-360)/360=21%，抗壓強度提高：(410-360)/360=14%；受剪、受扭、受沖切箍筋的抗拉強度設計值無提高，但體積配箍率計算時可提高。
2. 高強鋼筋價格對比
注：價格數(shù)據(jù)來自網(wǎng)絡，僅供參考。
由上表可知：對比強度和價格的漲幅后，HTRB600的經(jīng)濟性更顯著。
精細化對比分析
03
1. 各項指標對比
2. 外觀差異
三級鋼（HRB400）
四級鋼（HRB500）
由上圖可知：三、四級鋼均為帶肋鋼筋，僅靠鋼筋上面標識的“3”、“4”字樣來區(qū)分，所以對于混用三、四級鋼的項目，一定要加強現(xiàn)場管理。
模擬地下室工程對比測算
04
我們模擬設計了一個典型的單建地下室工程，并對其作材料和造價的對比測算（不考慮地下室底板和基礎）。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，大板結構（只設主梁，不設次梁），頂板厚250毫米，柱截面為500毫米*500毫米，梁截面根據(jù)實際配筋率調整。地下室結構均采用C35標號混凝土，梁、柱箍筋均為三級鋼，梁、板、柱的主筋分別用HRB400、HRB500和HTRB600進行設計，對這三種設計方案分別測算其混凝土、鋼筋用量和整體造價。
模擬地下室工程平面圖
具體對比分析見下表：
注：梁、板配筋按裂縫寬度0.3mm控制。
結論與建議
05
1. 結論
綜合各項分析后，我們認為四級鋼在以下情況使用會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，但抗震等級高（乙類建筑，超限結構）；
（3）荷載大、跨度大（地下室、倉儲、大商業(yè)）；
（4）在框架結構上的經(jīng)濟性優(yōu)于剪力墻結構。
2. 建議
對于想采用四級鋼替換三級鋼的項目，我們有如下建議：
（1）梁、柱箍筋由于采用四級鋼后抗剪強度不再提高，因此不建議替換；
（2）三、四級鋼筋混用的項目一定要做好現(xiàn)場鋼筋管理工作；
（3）為了降低施工過程中出現(xiàn)誤用的概率，可以考慮統(tǒng)一按照直徑來設定采購情況，即一般大于等于直徑16的鋼筋全部使用四級鋼，小于直徑16的全部使用三級鋼。
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