HRB500钢筋在加固改造工程中的应用

2016-10-19魏利研邵学军

天津建设科技 2016年4期

关键词：高强腹板型钢

□文/魏利研邵学军

HRB500钢筋在加固改造工程中的应用

□文/魏利研邵学军

文章分析了HRB500级高强钢筋（500 MPa）在军博展览大楼加固改造工程设计、施工中应用的重要意义，介绍高强钢筋的设计、施工要点，对高强钢筋工程应用的经济和社会效益进行阐述。

HRB500；高强钢筋；加固；改造

我国工程建设中应用的钢筋品种主要为HPB300、HRB335、HRB400，强度等级分别为300、335、400 MPa，HPB300为热轧光面钢筋，HRB335、HRB400为热轧带肋钢筋，HRB400是当前国内钢筋应用的主要品种，已使用近20 a，由于我国经济快速发展，建筑高度及构件体量不断扩大，现有HRB400级钢筋已难以满足超高超长超大结构的要求。HRB400级以上高强钢筋的优势逐渐体现，国外主要工业国家1990年以后就开始进一步开发HRB500级及以上钢筋，400～600 MPa级钢筋用量达到95%以上。我国在1998年将HRB500级钢筋与HRB400级钢筋同时纳入GB 1499—1998《钢筋混凝土热轧带肋钢筋》，但是多年来由于宣传、推广力度不够，HRB500级钢筋需定制、加工周期较长、造价较HRB400级高很多、产品规格不全，使得HRB500级钢筋难以得到大范围使用，在2011年7月1日GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》颁布实施后，对现有钢筋等级进行了升级换代，HPB300级钢筋取代HPB235钢筋，推广设计、使用HRB500钢筋，与此同时HRB500级钢筋在价格上已接近HRB400钢筋，经济效益凸显，一批重大项目使用HRB500钢筋得到了良好的经济效益和社会效益，使得HRB500钢筋近年来得以快速推广应用。

1　工程概况

中国人民革命军事博物馆扩建工程扩建建筑面积119 817 m2，地上4层、地下2层，建筑平面最大长度为214 m，最大宽度为122.85 m，建筑高度34.3 m，扩建建筑人防区域建筑面积共计6 227 m2，地下2层，工程设计使用年限为50 a（结构耐久年限为100 a），抗震设防烈度为8度，基本风压0.50 kN/m（100 a一遇）；基本雪压0.45 kN/m（100 a一遇）。基础结构形式为柱平托板及筏板基础，工程结构形式为框架及框架剪力墙结构。工程包括3部分：扩建工程一期、扩建工程二期（人防工程）和老楼改造工程。扩建工程一期和改造工程同时施工，扩建工程二期（人防工程）在扩建工程一期主体结构完成后开始施工，见图1。

图1　改扩建区域

2　建筑特点

工程涵盖大跨度、大截面预应力梁，梁最大截面1 800 mm×2 000 mm，最大跨度24 m，预应力梁最大截面800 mm×1 600 mm，单层最大建筑高度9 m，柱最大截面1 500 mm×1 500 mm，钢骨混凝土柱最大截面1 400 mm×1 800 mm，大空间展厅柱网最大16.0 m× 26.0 m。混凝土墙柱强度最大为C60。中央兵器大厅钢结构屋盖高28.75 m，屋盖跨度64.0 m×136.0 m，钢结构屋盖总质量892 t，由12个1 400 mm×1 400 mm及14个1 400 mm×1 600 mm独立柱托起。

基于以上建筑特点，若采用HRB400级钢筋作为纵向受力钢筋，则需要相当数量的钢筋保证承载力，会造成钢筋过密导致混凝土对钢筋握裹力下降威胁结构安全、增加结构自重且不经济。于是在相关结构构件中采用HRB500级高强钢筋就显得尤为重要，HRB500钢筋可使钢筋用量减少，能有效降低结构构件中钢筋的密集程度，从而提高施工质量。

3　HRB500与HRB400钢筋对比

1）柱、梁、墙纵向钢筋直径＜32 mm的采用HRB400级钢筋，直径32mm及以上的钢筋采用HRB500级，主要钢筋直径有32、36、40mm。HRB500级钢筋与HRB400级钢筋相比屈服强度由400 MPa提高到500 MPa，强度提高了25%，钢筋的抗拉强度设计值由360 MPa提高到435 MPa，强度提高了20.8%，抗压强度设计值由360 MPa提高到410 MPa，强度提高了13.9%。本工程要求HRB500钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值之比≮1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值≯1.3且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值≮9%。HRB400钢筋与HRB500钢筋相比，最小配筋率由0.55%降为0.5%。

2）采用HRB500钢筋能够提高结构构件的承载力，但困难在于高应力条件下，挠度和裂缝没有见效，使用状态挠度、裂缝的计算有可能取代承载力强度的计算而成为控制设计的主要因素，使其高强度难以发挥作用。采用高强度钢筋实际配筋效果不佳，但本工程中由于HRB500钢筋强度高、延性好，更适用于百年工程，结构重要性系数为1.1，承载力（强度）要求提高了10%，就会明显减小挠度和裂缝宽度成为控制设计的可能性。这样有利于要求承载力大时，高强钢筋强度的发挥。

3）本工程HRB500钢筋总量4 800 t，若采用HRB400钢筋，则需要约5 800 t，但HRB500钢筋价格仅比HRB400钢筋多300元/t，经济效益显著。

4）本工程型钢柱节点区钢筋绑扎施工是技术难点，梁柱钢筋在此交汇且在无法避开的区域为保证钢筋锚固长度及规范要求，需在型钢钢骨腹板开孔，使型钢腹板截面损失率小于腹板面积的25%并降低施工难度。例如：本工程某梁柱节点，梁筋上部钢筋有2根HRB500直径32 mm钢筋需穿过H型钢腹板，根据12SG904-1《型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图》中的规定，腹板预留孔直径为40 mm，腹板净截面尺寸440 mm，2个预留孔腹板截面损失率为18.2%＜25%，符合规范要求。若采用HRB400同直径钢筋，则需3根钢筋，3个预留孔腹板截面损失率为27.3%＞25%，不符合规范要求。经对比分析，HRB500钢筋相对HRB400可减少开孔个数，降低腹板截面损失率。HRB500级钢筋的使用相对HRB400级钢筋在等强度的情况下减少了钢筋根数，使得节点区的钢筋交错密集度下降，使钢筋加工、运输、绑扎工作量减少，减少了钢筋过密造成的混凝土振捣不到位从而保证了混凝土对钢筋的握裹力，使节点核心区的结构安全得到保障。

4　施工要点

1）由于本工程HRB500钢筋均为直径≥32 mm的钢筋，规范推荐使用机械连接方式，这样不但可以保证连接质量还可以降低施工成本，本工程采用剥肋滚压直螺纹连接，直螺纹套丝机剥肋刀头采用专用高强刀头，直螺纹套筒为四级钢专用套筒，直螺纹丝头加工完毕后所有丝头均佩戴保护帽。机械连接接头的性能应符合JGJ 107—2010《钢筋机械连接通用技术规程》和JG163—2004《滚轧直螺纹钢筋连接接头》的规定。

2）若现场存在HRB500钢筋与同级别钢筋焊接或HRB500梁筋与Q345B材质的钢骨柱平板焊接连接时，应采用E50型焊条，并应符合JGJ 18—2012《钢筋焊接及验收规程》的规定。

3）对进场的HRB500钢筋要与其他强度钢筋分别堆放使用并应有明显的标识，加强管理，严禁错用且需做好防雨雪等防锈措施妥善储存。

4）钢筋加工时关于HRB500钢筋锚固长度的取值，需严格按照13G101-1图集中关于HRB500钢筋的相关要求执行。

5）本工程体量大，工期紧，HRB500钢筋直径大，钢厂需单独开炉加工，加工需提前45 d将加工计划通知厂家，项目生产、采购部门结合现场施工进度计划，科学合理制定钢筋加工计划，保证了项目施工进度要求。