CRB600H钢筋在板类构件中的应用

  摘要 CRB600H高延性冷轧带肋钢筋是国内近年来研制开发的新型冷轧带肋钢筋，它具有明显的屈服点、塑性好、强度高与混凝土握裹力强等优点。结合工程实例，对配置不同强度等级钢筋的楼板进行了承载力极限状态和争产更实用极限状态计算，分析对比出了各种强度等级钢筋在楼板中的用量，指出CRB600H高延性冷轧带肋钢筋用于现浇筑楼板中，具有较高的经济效益和社会意义，建议在工程实践中大力推广应用CRB600H钢筋，促进钢筋升级换代。
   概述
   冷轧带肋钢筋是指用热轧盘条作为母材，经多道冷轧减径、一道压肋并经消除内应力后在其表面形成沿长度方向均匀分布的三面或两面月牙形横肋的钢筋，最早为1968年有德国、荷兰、比利时研制成功，随后在欧洲（德国、奥地利、意大利、美国、英国等）得到了大量的应用，国际标准化组织ISO也制定了相应的国际标准。我国自80年代后期开始引进冷轧带肋钢筋生产设备，并且在引进的基础上有了新的发展，使钢筋的抗拉强度由一个强度级别发展到三个级别（LL550、LL650、LL800），应用范围也由非预应力混凝土结构构件扩大到预应力混凝土构件。特别是1995年以来，550级冷轧带肋钢筋在普通钢筋混凝土楼板代替HPB235、HRB335级钢筋，它不但为我国节约了大量的  建筑用钢，而且符合我国国情，具有我国特色，取得了较好的经济效益和社会效益。
   CRB600H钢筋是国内近年来开发的新型冷轧带肋钢筋，可加工性能良好。由于轧制时适当加大面缩率并通过回火热处理，进一步提高了钢筋强度和伸长率指标，并使其有明显的屈服台阶，临近拉断时有明显晋缩，破坏预兆也教明显，具有较好的综合性能和性价比指标。
国家工信部发布的《高延性冷轧带肋钢筋》（YB/T4260-2011）以及国家住房建设部发布的《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》（JGJ95-2011），为CRB600H钢筋在工程中的应用提供了依据，国家发改委发布的2011年产业结构调整指导目录，为高延性冷轧带肋钢筋的生产提供了政策支持。本文结合工程实例，利用中国建筑科学研究院PKPM系列软件，从承载力极限状态和正常使用极限状态两方面，对不同配筋的楼板进行了计算分析，以探讨CRB600H在板类构件中的合理性和经济型。
   1 CRB600H的力学性能和主要特点
   CRB600H高延性冷轧带肋钢筋的直径规格为5~12mm，外形与细直径热轧带肋钢筋相似，为沿长度方向均匀分布的两面横肋，可加工性能良好（图1）。    CRB600H钢筋的横肋间距、横肋高以及横肋面积的变化幅度较小。CRB600H钢筋有明显的屈服台阶，抗拉强度标准值为600Mpa，屈服强度标准值为520Mpa，断后伸长率≥5%，屈服强度和极限抗拉强度的波动均较小。CRB600H钢筋的粘结锚固性能同普通冷轧带肋钢筋并无明显差异，影响粘结锚固性能的因素与月牙肋热轧钢筋相同。CRB600H钢筋施工方便，在用做板底筋时不需要加弯钩，节省了钢筋和劳动力。CRB600H钢筋生产过程中不需要添加任何合金元素，节约了珍贵的合金资源；同时在生产过程中，无废水、废弃排放，有利于环境保护。CRB600H钢筋市场价格低于HRB400钢筋100~150元，具有明显的价格优势。
   2 影响楼板配筋量的主要因素
   2.1 钢筋的主要指标
   钢筋的抗拉强度大小直接影响构件配筋量的大小；钢筋的弹性模量不仅影响构件的配筋量，主要影响构件的裂缝和扰度；钢筋的伸长率反映了钢筋的塑性性能。    2.2 楼板的纵向受拉钢筋的最小配筋率
   钢筋混凝土楼板是由钢筋和混凝土两种材料所组成，且混凝土是非弹性、非匀质材料，抗拉强度远小于其抗压强度。当配置过少的钢筋时，构件在外力作用下的破坏特征是直接被拉断，或者拉区混凝土突然出现很宽的裂缝，使其承载力迅速下降，直至破坏。
   国际上通常“以截面受拉区混凝土开裂后受拉钢筋不致立即进入屈服后变形状态为准则”来确定手拉钢筋的最小配筋率的基本思路。在现浇的钢筋混凝土楼盖、屋盖板中，由于板中的超静定特征和双向受力特征，混凝土受拉开裂后一般不致产生过宽裂缝和过大绕度，因此该类构件的纵向受拉钢筋的最小配筋率可以适当降低。    3 工程实例
   为了便于比较，考虑楼板的正常使用极限状态时取楼板的裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度限值为0.3mm，混凝土强度等级为C35，荷载准永久值系数为0.5，最小受力钢筋直径为8mm。
   3.1 实例一 某办公楼
   某办公楼，地下1层，地上12层，结构形式为框架-剪力墙，建筑面积13500㎡.图2为该工程标准层结构平面布置图，主要板跨为3900mm×6300mm，板厚为100mm。表3为各种钢筋的用量统计表。   3.2 实例二 某高层住宅楼
  该工程地下1层，地上30层，结构形式为普通剪力墙结构，建筑面积13009㎡，标准层结构平面图见图3，主要板跨为3600mm×4500mm，板厚为100mm。表4为各种钢筋的用量统计表。    3.3 实例三 某中学教学楼
   该工程地下1层，地上6层，结构形式为框架结构，建筑面积13300㎡.标准层结构平面图见图4，主要板跨为4000mm×8100mm，板厚为100mm，表5为各种钢筋的用量统计表。   3.4 实例四 某高层写字楼
   该工程地下2层，地上29层，结构形式为框架-核心筒结构，建筑面积66800㎡。标准层结构平面图见图5，主要板跨为9000mm×9000mm，板厚为250mm。表6为各种钢筋的用量统计表。   4 用钢量分析
  表7列出了各种工程实例中CRB600H钢筋和其他强度等级钢筋的用量比值。从以上实例计算结构可以看出：    1）由于现浇混凝土上楼板活荷载较小以及板跨较小，其受力钢筋的用量大多由承载能力极限状态控制，且随着钢筋的抗拉强度设计值的增加，钢筋用量逐渐减小。
   2）实例三和实例四由于荷载大、板跨度大，配筋由承载力极限状态控制所以采用高强钢筋可以节省更多的钢筋。当钢筋抗拉强度大于400Mpa时，随着钢筋强度的增加，配筋量并不减少。
   3）由于规定了受力钢筋的最小直径，所以随着钢筋强度的增加，钢筋的节约量小于其强度比值。
   4）采用高强钢筋HRB500后，配筋量采用CRB600H钢筋的用量几乎相等，说明由于采用更高强钢筋后，使得在正常使用极限状态下钢筋的工作应力增大，当使得某些受弯构件的计算裂缝宽度超过规定限值时，不得不增加配筋以满足裂缝宽度限值的要求，此时节省钢筋优势减小。
   5）在板类构件中采用CRB600H级钢筋代替其他低强度的钢筋，无论是按承载力计算配筋还是按最小配筋率配筋，均可显著节约钢筋。
   5 总结
   CRB600H钢筋用作混凝土板类受弯构件的受力钢筋，具有良好的受力性能，其抗拉强度可以充分发挥，不仅减少了钢筋用量，减少了钢筋的运输和加工成本，而且由于该品种钢筋性价比低，可以大幅度节省造价。因此可以预见，随着CRB600H高延性冷轧带肋钢筋的进一步推广应用，其社会效益和经济效益奖更为显著。