HRB400级钢筋在北京奥体公园地下空间工程中的应用

龙太行

【摘要】简要介绍了HRB400级钢筋的材料性能，并结合其在目前国内最大地下空间工程中的应用进行论述比较，应用HRB400级钢筋后经济效益显著，HRB400级钢筋的推广应用，有利于全面促进建筑业科技水平的发展。

【关键词】HRB400级钢筋 性能 地下空间 应用

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

HRB400级钢筋已作为高效钢筋被列为重点推广应用的建筑业10项新技术之一，HRB400级钢筋具有强度高，变形能力强，工艺性能佳、抗震性能好，焊接性能好等优点，《混凝土结构设计规范》GB50010-2002将HRB400(Ⅲ)级钢筋作用混凝土结构的主导钢筋，其应用前景将十分巨大。

1 HRB400级钢筋的材料性能

1.1主要化学成分和规格

HRB400级钢筋是对20MnSi化学成分作了微调，调整了钢材C、Si、Mn元素的含量，添加了V、Nb、Ti微合金元素。利用钒、铌、钛在钢中的沉淀强化作用，细化钢的晶粒、改善金相组织、提高钢材的强度。

HRB400级钢筋产品的直径为6~50mm，推荐直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm。

1.2主要力学性能

HRB400级钢筋的主要力学性能不低于表1所示值。

牌号 公称直径

（mm） 屈服强度σa

(MPa) 抗拉强度σb

(MPa) 伸长率δ5

（%）

HRB400 6~50 400 570 14

表1HRB400级钢筋的主要力学性能

HRB400（Ⅲ）级设计强度为360MPa，比Ⅱ级钢筋设计强度300MPa提高了20%，可大大降低配筋率。HRB400级钢筋伸长率的实际统计值超过24%，平均伸长率为δgt =20%，统计的实测强屈比为1.369，大于1.25，实测超强比为1.165，小于1.3，说明新Ⅲ级钢筋的抗震性能优良。

1.2工艺性能

HRB400级钢筋的弯曲性能和反弯性能在GB1499-1998中都要求钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。经过对HRB400级钢筋进行随机取样，作钢筋的正反向冷弯试验，如正向90°、135°、180°冷弯试验，先正向45°后反向23°冷弯试验，钢筋弯折试验等。检测结果表明：钢筋受弯曲表面无任何裂纹现象。

添加微量氮化钒之后的新Ⅲ级钢筋金相结构起了较大变化，铁素体晶粒细化，加速珠光体的形成从而达到提高与延性，改善焊接性能、疲劳性能和低温工作性能等技术指标，且该钢种都是大厂生产质量稳定，成为抗震设防区工程建设的优良钢种。

2 HRB400级钢筋在北京奥体公园地下空间工程中的应用

北京奥林匹克公园中心区地下商业空间-II段，建筑面积173000平方米，钢筋混凝土框架—挡土墙结构，筏形基础，地上局部一层，地下两层，局部夹层，基底标高-16.5米；负一层层高6.0米，负二层层高5.5米。河北建工集团有限责任公司施工总承包。该工程是我国目前最大的地下空间（商场）工程。

使用HRB400级钢筋，整个结构设计仍按承载力极限状态计算和按正常使用极限状态验算。现取其中一根简支梁分别进行强度和刚度验算，试分析比较新Ⅲ级钢筋和原Ⅰ、Ⅱ级钢筋。

2.1对比计算结果

2.1.1计算简图如图1所示，梁的长度为9.0m，断面尺寸为1000mmx800mm，混凝土的强度等级为C30。运算过程从略，其计算结果如下。

图1梁的计算简图

2.1.2强度计算结果：当采用新Ⅲ级钢筋时，选用10E32（As=8042mm2）,配筋如图2所示。当采用Ⅱ级钢筋时，选用13 D32（As=10112mm2），配筋如图3所示。(E代表Ⅲ级钢，D代表Ⅱ级钢)。

2.1.3裂缝宽度计算结果：当采用Ⅱ级钢筋时，ωmax=0.002mm

< ωlim=0.400mm, 满足裂缝宽度要求。当采用Ⅲ级钢筋时，

ωmax=0.003mm < ωlim=0.400mm, 满足裂缝宽度要求。

图2新Ⅲ级钢筋T形梁断面示意图

图3Ⅱ级钢筋T形梁断面示意图

2.1.4挠度计算结果：当采用Ⅱ级钢筋时，【f】13mm<36mm(9000/250)

，满足挠度要求。当采用新Ⅲ级钢筋时,【f】14mm<36mm(9000/250)，满足挠度要求。

2.1.5计算结果分析

采用Ⅱ级钢筋时，单梁用钢量为1604.67kg，而采用新Ⅲ级钢筋时单梁用钢量为1164.72kg，可见采用新Ⅲ级钢筋替代Ⅱ级钢筋，单梁配筋量减小了27%。本工程钢筋用量为40059.26t，若不使用Ⅲ级钢筋，钢筋总用量为52653.15t，整个工程总用钢量减小了24%。

2.2 比较分析

2.2.1质量方面

新Ⅲ级钢筋具有良好的性能，主要体现在四大指标上：强度方面，与传统的钢筋相比，新Ⅲ级钢筋的强度提高了20%；强屈比不小于1.25；在塑性方面，国家标准规定HRB400级钢筋的伸长率δ5 大于等于14%，实际平均伸长率可达到24%，换言之，在强度提高的前提下，这种钢筋的塑性指标不降低；在焊接性能方面，新Ⅲ级钢筋可以满足焊接工艺的要求；在锚固性能方面，由于采用了微合金化技术，使之细化晶粒，改善了金相组织，从而提高了综合性能。

奥体公园地下空间工程框架柱钢筋

从本工程梁L1的强度和刚度验算过程，我们可以看出，新Ⅲ级钢筋取代传统Ⅱ级钢筋，其抗拉、抗压强度设计值由300MPa提高到360MPa，在满足刚度的前提下，其配筋量比原Ⅱ级钢筋减小了27%。同样新Ⅲ级钢筋用于取代传统Ⅰ级钢筋，其抗拉、抗压强度设计值由210MPa提高到360MPa，钢筋强度提高了70%。

2.2.2经济方面

工程实践表明，用粗直径的新Ⅲ级钢筋代替粗直径的Ⅱ级钢筋，可节约24%左右的钢材，而市场上原Ⅱ级钢筋和新Ⅲ级钢筋每吨差价为100元左右，经测算采用1t粗直径的新Ⅲ级钢筋可节约300元左右。用小直径的新Ⅲ级钢筋取代小直径的Ⅰ级钢筋，可节省35%左右的钢材，每用1t小直径新Ⅲ级钢筋可节约900元左右的资金。另外，采用新Ⅲ级钢筋可“少而精”，从而大大节省施工中的运输量、场地占用量、施工工作量和加快工程进度，从总体上也降低了工程总造价。

2.3比较结果

从工程实践中可以发现，原Ⅰ、Ⅱ级钢筋的强度偏低，已不适应现代建筑业高速发展的要求。实践证明，原Ⅰ、Ⅱ级钢筋由于尺寸规格的差异、生产季节的更迭、冷却速度的差异等原因，其力学性能波动较大，存在许多不足。由于现在建筑物结构体型的加大，荷载也相应增加，混凝土强度普遍提高，要求受力钢筋也应具有更高的强度，而新Ⅲ级钢筋所具有的高强性能恰恰就能满足要求，且其钢筋型号多，也能满足工程上粗细钢筋的要求。

从施工上也可以看出，使用原Ⅰ、Ⅱ级钢筋往往造成施工困难，常常是结构配筋太密，钢筋间距太小，影响混凝土浇筑，造成实际混凝土强度等级未能达到设计标准，影响工程质量。而使用新Ⅲ级钢筋则能更好地解决这些问题。

3 结束语

综上所述采用HRB400级钢筋生产技术与施工应用已经成熟，相应的技术规范、产品标准也已经配套，质量技术性能优越，规范品种齐全，且价格适中，不仅可做为结构主导钢筋，而且也有利于建筑业新技术的推广应用，有利于全面促进建筑业科技水平的发展。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。