钢筋优化技术在项目降本增效中的应用

2020-04-09赵华颖宋春桃

建筑施工 2020年12期

陈凯陈浩赵华颖宋春桃

中建二局第三建筑工程有限公司北京 100070

在建设项目实践中，钢筋工程往往存在很大的优化及创效空间，优化不到位会导致钢筋材料浪费、钢筋算量小于实际用量等问题，给项目带来较大的经济损失。目前，相关文献[1-2]研究较多的是钢筋下料的优化，而对钢筋优化方面的研究较少且不够深入。本文通过对钢筋节点做法的深入研究，打破常规对钢筋进行优化，实现了项目较好的降本增效的目的。本文主要介绍施工时经常忽略的钢筋优化问题，以供类似项目借鉴。

1 工程概况

深圳市民治第三工业区项目共包含3栋超高层办公楼及1栋超高层公寓，如图1所示，建筑面积约580 000 m2。本项目地下室4层，裙房3/4层。A栋56层，结构高度262.5 m，标准层层高4.4 m；B栋47层，结构高度219.5 m，标准层层高4.4 m；C栋57层，结构高度219.5 m，标准层层高4.2 m；D栋公寓楼61层，结构高度203.35 m，标准层层高3.15 m。办公楼结构形式为框架-核心筒，公寓楼结构形式为部分框支剪力墙。本项目混凝土强度最大为C70，直径28 mm的钢筋采用四级钢，其余均为三级钢，钢筋最大直径为40 mm。

图1 民治项目效果图

2 承台/柱墩配筋优化

本项目承台配筋如图2所示，首先分析①/②号钢筋的配置形式问题。

根据图集及其他惯用设计方式，亦可采取图3的钢筋配置方式，其中⑤号钢筋配置为φ14 mm@200 mm。

图2 承台钢筋构造剖面（形式一）

图3 承台钢筋构造剖面（形式二）

本项目此类承台高度为2.0 m，对应位置底板厚0.8/1.0/1.2/1.5/1.8 m。对原设计承台底筋（φ28 mm、φ32 mm、φ40 mm）1/2向上弯起和形式二作对比，形式二钢筋用量明显偏低，且原设计形式部分承台尺寸较大时还需要设置钢筋接头。

对于上述问题，实际工程采用的时候要考虑承台底筋的具体配置、承台及底板厚度、底筋两端是否需要向上弯折10d（d为钢筋直径）等，根据具体情况分析判断哪种配置形式的钢筋用量较少，还要注意有些项目图纸中均标识承台底筋向上弯折10d，而根据图集要求有些情况可不向上弯折。

本项目的柱墩④号筋配置主要为φ22 mm@150 mm和φ 25 mm@150 mm这2种情况，本项目底板面筋主要为φ 22 mm@150 mm、φ 25 mm@150 mm、φ28 mm@150 mm这3种设置情况，如图4所示。

图4 柱墩钢筋构造剖面

本项目ZD-A3的④号筋为φ22 mm@150 mm，周边底板面筋φ25 mm@150 mm，柱墩尺寸为4.2 m×4.2 m。按图纸要求柱墩范围内单向单根面筋共计需要φ22 mm钢筋4.2 m长、φ25 mm钢筋（底板面筋锚固进柱墩内）1.6 m长，总计18.676 kg；如果按底板面筋φ25 mm@150 mm拉通设置，共计需要φ25 mm钢筋4.2 m长，总计16.17 kg。对于ZD-A3单个柱墩而言，按底板面筋拉通设置进行配筋共计可节约135.324 kg的钢筋材料。另外，底板钢筋拉通设置不可避免地需要增加钢筋接头数量，但也可避免钢筋断开增加钢筋余料的问题，整体来看经济效益良好。

对于承台/柱墩底筋的上层钢筋，考虑钢筋向上弯折进底板la，上层钢筋在下料时竖向长度要注意比下层钢筋减小一个钢筋直径。对于ZD-A3而言，柱墩底筋配置为φ 25 mm@100 mm双向，采用此条内容可节约41×0.025×2×3.85＝7.89 kg。当承台/柱墩面筋大于周边底板面筋时，可采用底板面筋拉通之后，再根据配筋面积进行额外附加钢筋。此条内容同样适用于高低跨、集水井、电梯井等类似部位。对于本项目，最终采用的是正方形柱墩/承台未扣掉钢筋直径长度，以避免钢筋安装方向做反，对于长方形柱墩/承台则采用了此条做法。

此外，在下料/计算工程量时应重点注意桩头嵌入承台的尺寸问题以及桩头上钢筋保护层的厚度问题，相应的需要减小承台/条基竖向钢筋的长度（图5）。

图5 柱墩钢筋绑扎现场

在承台/柱墩钢筋现场绑扎施工过程中，需要采取措施钢筋临时固定，如图5中箭头所指部位，在施工过程中需注意在临时措施钢筋使用后进行拆除重复利用。

对于承台/柱墩中③号水平封闭箍筋，当长边≤1.5 m时一般采用封闭箍筋做法，箍筋断口处采用15d弯钩绑扎搭接并放在承台主筋内侧。长边＞1.5 m时，箍筋采用分离式配筋，端部弯折15d并在转角处搭接，如图6、图7所示。水平筋在承台/柱墩做钢筋笼时放置在主筋外侧，本项目均放置在主筋内侧，同时也方便施工。

图6 分离式箍筋配置

图7 分离式箍筋配置现场

3 底板内墙柱插筋优化

在图集[3]第14.1.1条中明确基础高度小于1 200 mm时，柱筋需全部伸至基础板底部支承在底板钢筋网上。此点要求在钢筋施工及算量时较容易被忽略，需要重点进行注意。

本项目塔楼范围底板承台高低差较多，柱/墙/边缘构件在底板高低差临空部位时，主筋保护层厚度不足5d，此部位的插筋锚固构造尤为重要。

本文以A栋塔楼底板临空部位的剪力墙/边缘构件插筋构造为例说明具体处理方式，如图8～图10所示。

图8 A塔底板临空剪力墙/ 边缘构件分布

图9 A塔B4层核心筒墙柱定位

图10 A塔底板局部剖面

图8中云线圈出部分为临空构件具体分布。其中有3个边缘构件（YBZ5、YBZ2、YBZ3）部分在低跨部位（标高H－2.9 m）、部分在高跨部位（标高H），具体见图9箭头所指部位，剖面情况见图10。

按图集[4]要求，当墙某侧竖向钢筋保护层厚度不大于5d时，该侧竖向钢筋需全部伸至基础底部并支承在底部钢筋网片上，不得“隔二下一”。当边缘构件（包括端柱）一侧纵筋位于基础外边缘（保护层厚度不大于5d，且基础高度满足直锚）时，边缘构件所有纵筋均需锚固进低跨底板以下，且锚固区的横向钢筋应满足直径不小于d1/4（d1为纵向钢筋最大直径），间距≤10d2（d2为纵筋最小直径）并且≤100 mm的要求。

由此可见，按原设计图剪力墙单侧钢筋/边缘构件所有纵筋均应以（H－2.9 m）标高为基准进行插筋锚固，且承台侧边横向钢筋φ16 mm@150 mm需调整为100 mm间距。剪力墙/边缘构件临边的纵筋施工时，需要在承台顶面位置做局部弯折保证插筋在承台侧边钢筋内侧，此施工方式操作比较困难。此外，承台侧壁钢筋施工时，应严格控制钢筋平面定位，若偏差较大将导致插筋弯折较大，施工更加困难。

鉴于以上考虑，将临空部位承台尺寸外扩150 mm（已确认不影响建筑空间尺寸），保证剪力墙/边缘构件纵筋保护层厚度＞5d（纵筋最大直径为32 mm）。这样一来，剪力墙/边缘构件插筋可按基础顶面为基准进行插筋。对于图9中3处边缘构件在低跨区域部位时，低跨区域钢筋以低跨为基准锚固、高跨区域钢筋以高跨为基准锚固，低跨区域外箍做开口箍锚固进承台内。

对A塔上述做法进行经济性分析：混凝土增加费用1.8万元，承台钢筋及支撑增加费用1.38万元，剪力墙/边缘构件插筋（含箍筋）节约费用6.16万元，合计节约2.98万元。

对本项目A、B、C塔楼均按上述方式进行处理，D栋塔楼由于考虑到电梯井，承台尺寸无法外扩，按原设计方式进行处理。

对于剪力墙墙身插筋在基础中的锚固问题，当基础高度满足直锚且纵筋保护层厚度大于5d时，常规施工时纵筋按“隔二下一”伸至基础板底部。常常忽略的问题是当施工采取有效措施保证钢筋定位时，墙身竖向分布钢筋伸入基础长度满足直锚即可。在本项目中，核心筒剪力墙厚度较厚且钢筋排数较多，最大厚1 300 mm剪力墙配置了6排钢筋，主筋间距150 mm，考虑到钢筋排数较多且钢筋直径较大，核心筒剪力墙选择每排纵筋“隔五下一”，6排钢筋时下底钢筋布置如图11所示（实心为下底钢筋）。

对于底板上的部分构造分隔墙均按la锚固进底板，在底板面筋上设置通长措施钢筋固定墙体纵筋，并在隔墙两侧设置临时斜撑钢筋以保证墙体钢筋稳定性。

图11 下底钢筋布置平面

本项目B塔楼核心筒范围内的底板承台厚度为3 m，设计图纸显示温度钢筋为居中设置，为减少底板承台上剪力墙/边缘构件下底钢筋长度，将温度钢筋上移400 mm，如图12所示。一方面保证了基础顶面与温度钢筋的距离满足插筋直锚长度，同时也保证了温度钢筋间距不大于2 m，钢筋型钢支撑未导致材料用量变化。B塔共节约钢筋3.76 t，其余塔楼局部部位亦按此方式处理。图12中虚线为原设计温度钢筋标高，实线为上移400 mm后标高。

图12 B塔核心筒承台温度钢筋上移400 mm剖面示意

4 地下室外墙与底板锚固优化

在图集[4]中，地下室外墙竖向钢筋在底板内的锚固方式为全部下底并弯折，并没有针对详细情况进行区分。本项目的图纸设计方式也是如此，其中底板外伸长度为0.6 m，如图13所示。

图13 地下室外墙钢筋锚固大样

而根据相关文献[5]的说明，地下室外墙或地下室挡土墙的外侧与筏板端部基本平齐，且筏板厚度较薄时，墙外侧竖向钢筋伸至筏板底板后水平弯折不小于15d，筏板下部钢筋伸至墙外侧上弯至筏板顶板，并满足搭接长度要求，内侧竖向钢筋应满足锚固要求的构造作法。当筏板端部有较大的悬挑时，可按锚固要求处理。

基于上述说法，本项目地下室外墙钢筋在底板内锚固均可按照满足锚固长度，并每隔一定间距钢筋下底进行支撑的方式。经调查，市场上也存在一部分项目是按此方式进行设计的。

5 关于钢筋保护层相关问题的优化

混凝土保护层是指最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）的外边缘至混凝土表面的距离。

常规施工时经常忽略拉钩的问题，如对于剪力墙保护层厚度指的是拉钩外边缘至混凝土表面的距离，而常规认知为剪力墙水平筋以外算保护层，带拉钩的结构梁同理。按拉钩以外算保护层可减小拉钩的长度/箍筋的宽度，节约钢筋用量。

另外一个常常忽略的问题是受力钢筋保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d。如本项目部分框架柱主筋直径为40 mm、箍筋为12 mm，保护层厚度就应该为28 mm，而不是常规要求的20 mm。

6 关于结构梁腰筋拉钩的优化

梁的腹板高度常常被认为是梁底至板底的距离，实际上这个认知是错误的。如图14所示[3]，图中s为梁底至梁下部纵向受拉钢筋合力点距离，当梁下部纵向钢筋为1层时，s取至钢筋中心位置；当梁下部纵筋为2层时，s可近似取60 mm。

图14 梁腹板高度

针对上述问题，主要是梁高600 mm时容易误设置构造腰筋。对于本项目D栋标准层，大部分梁高为600 mm，板厚主要为110/130/150 mm。部分梁周边板厚为150 mm时可不设置构造腰筋；对于梁底筋为双排筋的亦可不设置构造腰筋。考虑到上述问题，共计避免了12条结构梁设置腰筋，D栋56层标准层共计避免了6.96 t材料的浪费。

7 钢筋锚固优化

图集[5]要求对于受拉钢筋，当锚固长度范围内纵向受力钢筋周边保护层厚度为3d、5d（d为锚固钢筋的直径）时，表中数据可分别乘以0.8、0.7，中间按内插值。

图集的这一要求，在实际施工时基本没有采纳过。受力钢筋保护层较大的情况有很多，如梁筋在柱内锚固，但考虑到梁面筋位置一般位于墙柱混凝土的水平施工缝位置，或多或少避免不了会对钢筋锚固产生一定的不利影响。本项目主要将此点应用于底板上墙柱插筋和底板承台高低差部位钢筋交叉锚固位置。由于本项目的墙柱在底板面位置拉应力较小或无拉应力，所以对钢筋的锚固长度理论要求低一些，其中对地下室外墙的内侧钢筋也采用了此点。

本项目结构尺寸较大，楼板在角部锚固进结构柱部位的钢筋下料时，应特别注意按进结构柱la下料。对于板筋锚固进端支座，按图集要求：板上部纵筋在端支座应伸至梁或墙支座外侧纵筋内侧后弯折15d，当平直段长度不小于锚固长度时可不弯折，板底筋应至少到墙/梁中线。考虑到墙厚及梁宽较大，经确认板面筋锚固进剪力墙时按la；板面筋锚固进结构梁时按平直段＋15d弯钩并保证总长度不小于la处理，增加弯钩主要是避免板面筋“浮”在梁面上并由于施工扰动影响锚固效果；板底筋锚固进剪力墙/梁时按不小于300 mm处理。

对于办公楼标准层的结构梁，部分结构梁跨度较大，钢筋下料长度比12 m大一些，需要额外设置钢筋接头并满足接头设置位置要求，这对钢筋加工及安装造成了很大的麻烦。此部分纵筋在结构柱内锚固方式修改为机械锚固头的锚固方式，采用长12 m原材钢筋经过两端车丝设置锚固头，对于按图集下料需要长12.2 m的纵筋采取一端车丝设置锚固头的锚固方式。