高强钢材的应用和发展前景综述

许兆辉 卢秋霞 王 斌

(江苏大学土木工程与力学学院，江苏 镇江 212013)

伴随经济的增长，我国处于基本建设的高潮期，建筑业得到了长足的发展，成为经济发展的支柱产业，与此同时带来的是我国建筑用材的大量消耗。据预计，2012年我国建筑业用钢量为3.5亿t。建筑业作为资源消耗量较大行业之一，要实现可持续发展，就必须调整建筑材料消耗结构，大力推广应用高强钢筋和高性能混凝土，走节约型发展道路。因此必须逐步采用高强钢筋，它可以节省大量钢材，既环保，又节能，是环保型的绿色钢材。

1 目前国内及全球钢材的应用现状及趋势

所谓高强钢筋，是指抗拉屈服强度达到400 MPa及以上的螺纹钢。近年来，高强钢筋在国内占比逐步提高。2000年我国高强钢筋的占比仅为0.93%;2008年国内钢筋总产量为9 574万t，其中高强钢筋占比为27.6%;2009年国内钢筋总产量为1.2亿t，其中高强钢筋占比为31.8%;2010年，我国钢筋产量约为1.41亿t，其中高强钢筋产量为5 707万t，占钢筋总产量的40.5%，较2008年上升了12.9%;2011年，我国钢筋产量约为1.51亿t，其中高强钢筋的比例约为45%。国内高强钢筋普及率逐年提高固然可喜，但与发达国家高强钢筋普及率相比，差距不可同日而语，眼前还有漫长的追赶之路。据了解，英国、德国、澳大利亚、日本等国家400 MPa左右的钢筋采用率达到80%～90%。以日本为例，日本是地震多发国家，在建筑领域普遍采用400 MPa(三级)及以上钢筋，并采用微合金化工艺提高钢材的强屈比、均匀伸长率等指标，并且每一次地震后都会提出修改意见。

2 高强钢材的优势

高强度钢材的优点有很多，研究结果表明，在同样的轴心受压条件下，采用高强度钢材的钢柱，在整体稳定方面，极限应力δu与屈服强度fy的比值δu/fy(即整体稳定系数φ)，要比普通强度钢材钢柱高很多。相对于普通钢材，钢结构采用高强度钢材具有以下优势:能够减小构件尺寸和结构重量，相应地减少焊接工作量和焊接材料用量，减少各种涂层(防锈、防火等)的用量及其施工工作量，使得运输安装更加容易，降低钢结构的加工制作、运输和安装成本;在建筑物使用方面，减小构件尺寸能够创造更大的使用净空间;特别是能够减小所需板的厚度，从而相应减小焊缝厚度，改善焊缝质量，提高结构疲劳使用寿命。高强度钢材能够降低钢材用量，从而大大减少铁矿石资源的消耗;焊接材料和各种涂层(防锈、防火等)用量的减少，也能够大大减少不可再生资源的消耗，同时能够减少因资源开采对环境的破坏。

3 目前高强钢材在建筑中的应用

欧美国家以及日本，对高强度钢材的发展及应用均十分重视，像欧洲的建筑用高强度钢材规范EN10025－6，给出了高强度钢材的力学性能等，从而保证钢材具有良好的焊接性能。近些年来，我国也已在如央视新台址主楼、国家体育场、深圳湾体育中心、凤凰国际传媒中心等多个建筑结构工程中成功采用了高强度钢材，举例如下。

3.1 索尼中心(Sony Center)

德国柏林索尼中心大楼(Sony Center)为了保护已有的一个砌体结构建筑物，将大楼的一部分楼层悬挂在屋顶桁架上。屋顶桁架杆件用600 mm×100 mm矩形实心截面，采用了S460和S690钢材(强度标准值460 MPa和690 MPa)，以尽可能减小构件截面。

3.2 Latitude大厦

Latitude大厦位于澳大利亚悉尼中心区的世界广场(World Square)，2005年建成，55层。由于场地上已有一个部分完成的建筑物，出于经济效益的考虑，为了尽快完工，结构工程师在第16层采用7 m高的钢结构转换层将荷载从新增结构的柱子传到既有建筑物上。在转换层的钢结构中，采用了16 mm厚的Bisplate80(690 MPa)钢板，以减小结构重量。

3.3 央视新台楼主址

CCTV主楼选用的钢材规格品种多、用量大，净重约12.6万t。主要钢号有 Q235，Q345－B，Q345－C，Q345－GJC，Q390－D，Q420－D 和Q460－E等，其中以 Q390－D 和 Q345－GJC 两种钢材为主。钢结构截面形式复杂多样，有单箱形、多箱形(目字形、日字形、西字形)、DBOX形等。其中Q345及以上的高强钢材约11.33万t，约占用钢总量89.92%。

4 高强钢材的推广意义

据测算，按照到“十二五”末，全国高强钢筋使用比例达到建筑用钢的80%计算，每年可在2010年已节材的基础上，再减少钢材消耗1 000万t左右，减少铁矿石消耗1 600万t左右，减少能源消耗600万t标准煤，减少二氧化碳排放2 000万t左右。另外，在减少钢筋用量的同时，还可减少混凝土结构施工中钢筋加工和连接工作量，改善混凝土结构中节点、基础等部位钢筋密集分布的现状，利于混凝土浇筑，提高施工质量。

5 国家“十二五”规划对高强钢材发展的态度

正是看到高强钢筋所具有的种种优势，我国从2000年以后真正开始推广使用高强度钢筋。从目前情况来看，更大范围地推广使用高强度钢筋在未来仍将是政府工作的重点。2011年，在工信部印发的《钢铁工业“十二五”发展规划》中明确提到，“十二五”期间的重点任务包括:在全国大中城市全面推广使用400 MPa，500 MPa高强度螺纹钢筋，促进建筑钢材升级换代和减量应用。

今年以来，短短不到两个月的时间，针对加快高强钢筋的应用推广问题，国家两部委连续召开了两次会议。1月19日，住建部和工信部两部门联合出台《关于加快应用高强钢筋的指导意见》，意见要求在建筑工程中加速淘汰335 MPa级钢筋，优先使用400 MPa级钢筋，积极推广500 MPa级钢筋。2月27日，住建部再次会同工信部就此联合召开高强钢筋推广应用协调组第二次会议。业内人士表示，建筑业“十二五”规划明确指出，要鼓励采用先进的节能减排技术和材料，逐步提高高强度、高性能建材的使用比例。

6 影响高强钢材推广的因素

总体而言，在目前国内市场，除少数地区外，普通钢筋和高强钢筋占比一般不相上下，各为一半，且高强钢筋中一般以三级钢和抗震钢居多。目前国内推广高强钢筋面临的阻碍仍不少，目前来看主要包括三方面:首先，对于设计部门，一方面几十年的设计习惯难以改变;另一方面，若全面推翻之前的设计理念，需巨大的人力、精力和财力。其次，对于中小钢厂而言，生产高强钢筋意味着要将一笔不菲的费用用于改进生产工艺和设备上。最后，对于下游使用方而言，普及高强钢筋之后，意味着其钢筋加工设备必须进行升级换代，这也是一笔费用。

虽然面临多重阻碍，但是普及高强钢筋仍是未来中国的必然趋势，目前看只是时间问题，经销商对此并不否认。但是目前看来，市场仍需要时间来适应，比如钢厂设备的升级，市场普通钢筋的去库存化都需要时间。同时，目前公司已经开始重视高强钢筋这个新品种，准备尝试起来。上海碧海物资有限公司销售经理刘朝钏则表示，目前公司配送的工地中二级钢越来越少，三级钢则越来越多，现在的比例大概是三七开，相信以后三级钢的比例将会继续增大。

7 结语

根据我国建筑结构消耗钢材的特点，大力推广应用高强钢材不仅可以节约材耗，降低成本，同时也能大幅度减少所耗费的水、煤、电、矿石、焦炭等能源和资源，有利于建设资源节约型社会。尽管当前国内高强钢筋的推广过程中面临多重阻碍，但是在推广高强钢筋所带来的显著经济和社会效益面前，再加上在相关部门的强力政策支持下，相信今后国内高强钢筋的普及率必将逐步提高，高强钢筋必将成为建筑用钢的大趋势。

注:指导老师:胡白香。

[1] 施 刚，班慧勇，石永久，等.高强度钢材钢结构的工程应用与研究进展[J].工业建筑，2012，42(1):1－7.

[2] 陈振明，张耀林，彭明祥，等.国产高强钢及厚板在央视新台址主楼建筑中的应用[J].钢结构，2009，24(2):34－38.

[3] 中国投资咨询网.2006年中国钢材市场分析及投资咨询报告[R].2008.