[摘要]高強(qiáng)度鋼筋指的是：HRB400級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010～2002規(guī)定的裂縫計(jì)算方法和相應(yīng)的構(gòu)造方法措施，對(duì)地下和地上結(jié)構(gòu)在受彎條件下的鋼筋用量進(jìn)行控制。在此主要淺介HRB400級(jí)鋼筋的使用要求。
[關(guān)鍵詞]高強(qiáng)鋼筋；地下工程結(jié)構(gòu)；地上工程結(jié)構(gòu)；裂縫寬控制
[中圖分類號(hào)]TU393.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1727-5123(2011)03-098-02
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的控制措施，是根據(jù)現(xiàn)行的(混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范)GB50010-2002規(guī)定的裂縫計(jì)算方法和相應(yīng)的構(gòu)造方法措施，對(duì)地下和地上結(jié)構(gòu)在受彎條件下的鋼筋用量進(jìn)行控制。在普通砼結(jié)構(gòu)中提倡使用HRB400級(jí)鋼筋，作為國(guó)內(nèi)鋼筋砼結(jié)構(gòu)的主要用鋼，目的是推進(jìn)在工程應(yīng)用中提高鋼筋強(qiáng)度的等級(jí)，做到減少鋼材的使用量。但是在工程具體應(yīng)用中，對(duì)于高強(qiáng)度鋼筋的應(yīng)用在某些條件下，是否能夠達(dá)到規(guī)范所提倡的應(yīng)用還是要做具體分析。所謂高強(qiáng)度鋼筋在這里主要指的是：HRB400級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋，在此文主要是：HRB400級(jí)鋼筋的使用。
1 地下工程結(jié)構(gòu)鋼筋用量控制
地下結(jié)構(gòu)主要是指與水和土壤接觸的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，在一般情況下系指建(構(gòu))筑物地下室剪力墻，底板及頂板的結(jié)構(gòu)體，此類結(jié)構(gòu)件的受力特征主要是受彎構(gòu)件或受壓(彎)構(gòu)件。與一般普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)控制條件相同，地下結(jié)構(gòu)仍然需要滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用下的極限狀態(tài)下的驗(yàn)算要求。在眾多的工程實(shí)踐中，地下工程結(jié)構(gòu)的鋼筋配置用量不受承載力極限狀態(tài)控制，一般是受正常使用極限狀態(tài)控制。因正常使用極限狀態(tài)下的裂縫控制應(yīng)該是重點(diǎn)控制的內(nèi)容。
按照(混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范)GB50010-2002規(guī)定的相關(guān)要求，一般地下結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別應(yīng)是二類或三類環(huán)境，在此類環(huán)境中地下結(jié)構(gòu)的裂縫控制等級(jí)也為三級(jí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫控制的寬度值均按0.2ram考慮。GB50010-2002的規(guī)定是：對(duì)于二，三類環(huán)境類別下的墻體，其砼的最小保護(hù)層厚度為20～30mm。對(duì)于相應(yīng)條件下的梁，其砼的最小保護(hù)層厚度為30～40mm；若是按現(xiàn)行(地下工程防水技術(shù)規(guī)范)GB50108～2001的規(guī)定，迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm(且是強(qiáng)制性條文)。對(duì)此可以看出不同的規(guī)范對(duì)同樣是地下砼結(jié)構(gòu)鋼筋的最小保護(hù)層厚度，規(guī)定存在著較大差異，這也給設(shè)計(jì)取值和施工箍筋的制作帶來(lái)一些不便，存在理解上的不同會(huì)產(chǎn)生諸多矛盾。為了確保鋼筋不被很快銹蝕，設(shè)計(jì)中按50mm作為砼的保護(hù)層厚度進(jìn)行分析計(jì)算。裂縫的計(jì)算方法按規(guī)范GB50010～2002中第8.1.2條規(guī)定訴方法進(jìn)行，最大裂縫寬度的計(jì)算見相關(guān)規(guī)范內(nèi)容。
根據(jù)規(guī)范計(jì)算式及地下結(jié)構(gòu)鋼筋用量控制條件，及鋼筋應(yīng)力水平進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，其結(jié)果見表1。
表1地下結(jié)構(gòu)鋼筋用量及鋼筋應(yīng)力計(jì)算表
從上表可以看出，不論是HRB335級(jí)鋼筋還是HRB400級(jí)鋼筋，在承載能力極限狀態(tài)下，即達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，地下結(jié)構(gòu)的最大裂縫的寬度均超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的允許值，而在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫最大寬度為0.2mm，鋼筋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力一般小于180N/mm2。也即是地下結(jié)構(gòu)在以承載能力極限狀態(tài)作為控制條件時(shí)，將不能滿足正常使用極限狀態(tài)；而滿足正常使用極限狀態(tài)下，一定能夠滿足承載能力極限狀態(tài)。很明顯，地下結(jié)構(gòu)一般由正常使用極限狀態(tài)控制設(shè)計(jì)，在此種情況下HRB335級(jí)鋼筋已經(jīng)滿足使用要求了(即鋼筋設(shè)計(jì)應(yīng)力一般不超過(guò)189x1.25=225N/mm2。在此使用高強(qiáng)度等級(jí)鋼筋沒有意義也是浪費(fèi)。
2 地上工程結(jié)構(gòu)鋼筋用量控制
這里的地上結(jié)構(gòu)為地面以上一般正常情況下的普通鋼筋砼梁，板構(gòu)件。由于地面工程所處環(huán)境類別比地下工程要好，砼保護(hù)層厚度比地下工程薄一些，最大裂縫控制寬度要求略為放松，因此地面上結(jié)構(gòu)的截面鋼筋配置量，主要是由承載能力極限狀態(tài)控制的，鋼筋一般會(huì)達(dá)到屈服強(qiáng)度的，并滿足承載能力極限狀態(tài)下的裂縫和撓度控制的要求。也就是說(shuō)基于與地下結(jié)構(gòu)同樣的分析考慮，地面上結(jié)構(gòu)所處環(huán)境類別多數(shù)為一類，普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫控制為三級(jí)，相應(yīng)最大裂縫控制寬度可取0.3mm。而另一方面砼的保護(hù)層厚度一般可取20～30mm，為了便于探討在這里將保護(hù)層厚度一律按25mm考慮。為了方便對(duì)比，計(jì)算取與地下結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)截面進(jìn)行分析，所受力矩也相同。從而對(duì)地上結(jié)構(gòu)的鋼筋用量控制條件及鋼筋應(yīng)力水平進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)見表2示。
表2地下結(jié)構(gòu)鋼筋用量及鋼筋應(yīng)力計(jì)算表
從表2可以看出，對(duì)于HRB335級(jí)鋼筋，在承載能力極限狀態(tài)下即鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度，地上結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度均滿足規(guī)范規(guī)定的允許值，而在正常使用極限狀態(tài)下即裂縫最大寬度為0.3mm，鋼筋設(shè)計(jì)應(yīng)力己超過(guò)了屈服強(qiáng)度。由此可見對(duì)于HRB335級(jí)鋼筋，只要滿足承載力極限狀態(tài)，則可以滿足正常使用極限狀態(tài)，而滿足正常使用極限狀態(tài)，就不一定滿足承載力極限狀態(tài)，因此，使用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，一般是由承載力極限狀態(tài)來(lái)控制設(shè)計(jì)的。
對(duì)于HRB400級(jí)鋼筋，在承載力極限狀態(tài)下，即鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，地上結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度均超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的允許值，而在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫最大寬度為0.3mm，鋼筋的設(shè)計(jì)應(yīng)力還有很大的富裕量。顯然對(duì)于HRB400級(jí)鋼筋，在滿足承載力極限狀態(tài)時(shí)，會(huì)不能滿足正常使用極限狀態(tài)，而在滿足正常使用極限狀態(tài)下，其高強(qiáng)度性能不能夠得到有效的利用，實(shí)際上使用高強(qiáng)度鋼筋也是一種浪費(fèi)，并沒有實(shí)質(zhì)意義。
通過(guò)上述淺要分析，地上建筑結(jié)構(gòu)在使用HRB335級(jí)鋼筋的情況下，承載力極限狀態(tài)是設(shè)計(jì)者必須控制的，鋼筋的設(shè)計(jì)應(yīng)力是達(dá)到屈服強(qiáng)度的，在此種情況下，HRB335級(jí)鋼筋可以滿足正常使用極限狀態(tài)，而使用高強(qiáng)度鋼筋既浪費(fèi)也無(wú)實(shí)際意義。
3 簡(jiǎn)要小結(jié)
地下建筑物由于直接同土壤接觸，甚至浸漬在飽和水中，為了確保建筑物的耐久性需要，設(shè)計(jì)中將保護(hù)層厚度偏規(guī)范上限。在滿足最大裂縫寬度不超過(guò)0.2mm的情況下，鋼筋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力一般不大于180MPa，此時(shí)的結(jié)構(gòu)用鋼量一般由正常使用極限狀態(tài)控制，在這種應(yīng)力條件下，已經(jīng)可以充分承載力極限狀態(tài)下的強(qiáng)度要求。對(duì)于HRB400級(jí)鋼筋，其強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)在地下結(jié)構(gòu)中不能發(fā)揮作用，也不能減少鋼筋用量的目的，因此在地下結(jié)構(gòu)中可以只采用HRB335級(jí)鋼筋比較合適也滿足需要。
而地上結(jié)構(gòu)在最大裂縫寬控制在0.3mm的情況下，對(duì)于HRB335級(jí)鋼筋來(lái)說(shuō)，此時(shí)的結(jié)構(gòu)用鋼量一般由承載能力極限狀態(tài)控制，在此應(yīng)力條件下可以滿足正常使用極限狀態(tài)下的裂縫和變形需要，鋼筋設(shè)計(jì)應(yīng)力一般可以達(dá)到HRB335級(jí)鋼筋的屈服強(qiáng)度。因此，HRB335級(jí)鋼筋的強(qiáng)度可以得到充分的利用。但是對(duì)于HRB400級(jí)鋼筋，在滿足承載能力極限狀態(tài)時(shí)，正常使用極限狀態(tài)不能得到滿足，而在滿足正常使用極限狀態(tài)時(shí)，相對(duì)于HRB335級(jí)鋼筋的所提高的強(qiáng)度未得到有效的利用，其強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)未充分體現(xiàn)出來(lái)。但是如果地上結(jié)構(gòu)的裂縫寬度和撓度能夠有效的控制，采用HRB400級(jí)鋼筋也是一種合適的選擇。
雖然高強(qiáng)度鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)比較高，但是其強(qiáng)度模量并未有一定的提高�，F(xiàn)行規(guī)范的裂縫寬度計(jì)算理論也未有大的改變，相應(yīng)的裂縫寬度計(jì)算方式并不推薦高強(qiáng)度鋼筋的應(yīng)力充分發(fā)揮掉，也在間接上限制了高強(qiáng)度鋼筋的更廣泛使用。
參考文獻(xiàn)
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