持續推動高強度鋼筋應用促進我國經濟可持續發展

劉朝建

持續推動高強度鋼筋應用促進我國經濟可持續發展

劉朝建

推廣高強度鋼筋應用符合科學發展觀的要求，對降低建筑成本、節約資源和節能減排等方面具有重大意義。文章針對高強度鋼筋應用進行了闡述并提出了相應對策。

高強度鋼筋 建筑工程 節約資源與節能減排

鋼筋是工程建設中最主要的應用材料之一。隨著經濟持續高速增長，工程建設規模的不斷擴大，鋼筋消耗量大量增加，對我國經濟可持續發展產生了重大影響。為在工程建設中降低鋼筋用量，提高工程質量，減少能源資源消耗，推動高強鋼筋應用是擺在工程建設界的重要課題之一。

近幾年，為推動高強鋼筋的應用，國家采取了一系列積極措施，如建設部將高強鋼筋應用列入“建設部節能省地型住宅和公共建筑推廣應用技術”進行推廣；進一步完善工程建設標準；積極開展高強鋼筋應用試點，總結經驗加以推廣等等。高強鋼筋的推廣應用無疑將推進能源資源的節約與合理利用，有力促進工程建設的科學發展。

1.分析現狀，明確差距

鋼筋是指鋼筋混凝土用鋼材，包括光圓鋼筋、帶肋鋼筋（螺紋鋼筋）。按照生產工藝不同，鋼筋分為微合金鋼筋（HRB）、余熱處理鋼筋（RRB）和細晶粒鋼筋（HRBF）。按照強度等級劃分，鋼筋分為Ⅰ級鋼筋、Ⅱ級鋼筋、Ⅲ級鋼筋、Ⅳ級鋼筋等，其中，Ⅰ級鋼筋為圓鋼，牌號為HPB235；Ⅱ級鋼筋、Ⅲ級鋼筋、Ⅳ級鋼筋均為螺紋鋼筋，Ⅱ級鋼筋牌號有HRB335（E）、RRB335和HRBF335（E）；Ⅲ級鋼筋牌號有HRB400（E）、RRB400和HRBF400（E）；

Ⅳ級鋼筋牌號有HRB500（E）、RRB500和HRBF500（E）。鋼筋牌號后加“E”的為抗震專用鋼筋。

1.1國外應用高強鋼筋基本情況

目前，國外采用高強鋼筋較為普遍，如德國、英國等，主筋取消了335MPa級鋼筋，只采用500MPa級鋼筋一個品種，歐洲規范EN2－2002鋼筋強度規定為400MPa-600MPa。俄羅斯、美國、日本、新西蘭等，其建筑設計規范中雖保留了335MPa級鋼筋，但都積極采用高強鋼筋。俄羅斯規范中規定最高鋼筋到600MPa，日本為490MPa，美國最高為550MPa，新西蘭為500MPa，采用高強鋼筋的規定較為明顯。

1.2國內高強鋼筋應用情況

400MPa級鋼筋是國家在“六五”、“七五”期間重點研發并成功投入使用的新一代鋼筋產品，1995年寫入《混凝土結構設計規范》。多年來，為推廣應用400MPa等高強鋼筋，國家有關管理及研究部門做了大量工作，采取了修訂規范、完善工程建設標準、開展試點工程等多種措施。目前400MPa級鋼筋在建筑工程中已經有了一定的應用。

據統計資料表明，2009年我國鋼鐵企業生產的熱軋帶肋鋼筋共13074萬噸，占國內鋼材總產量的24%。其中，HRB335鋼筋產量8600萬噸，占鋼筋總量的65.8%；HRB400鋼筋產量4072萬噸，占鋼筋總量的31.1%；HRB500產量85萬噸，占鋼筋總量的0.6%。

500Mpa鋼筋已開始在建筑工程中試點應用，一些地方建設行政主管部門如河北、河南等給與高度重視，積極開展試點，取得了良好效果，為高強鋼筋的應用積累了經驗。

目前我國建筑行業使用高強鋼筋比率仍然偏低，與國外差距較大。特別在市政工程、鐵路、高速公路、軌道交通等重點工程中，目前還鮮見應用HRB400（Ⅲ級）鋼筋的案例。因此，在土建工程領域積極擴大使用高強度鋼筋，已成為迫切的任務。

1.3使用高強鋼筋的效益明顯

經濟效益。使用高強度鋼筋代替低強度鋼筋，可以在保證建筑結構安全度不變的前提下，減少鋼筋用量。據研究測算，以HRB400鋼筋替代HRB335鋼筋的省鋼率在12%～14%左右，以HRB500替代HRB400鋼筋的省鋼率在5%-7%左右。同時，還有利于優化鋼鐵產業結構，解決“低檔過剩，高檔不足”的矛盾，有利于國家將更多的財力、精力投入到國民經濟的重要發展方向中。

例如，河北某工程，基礎受力筋和框架梁縱筋采用HRB500級鋼筋，總用鋼量為400噸，經過測算，HRB500級鋼筋與HRB335級鋼筋相比，鋼筋總用量減少了21.2%，共節約鋼筋約107.5噸；HRB500級鋼筋與HRB400級鋼筋相比，鋼筋總用量減少了10.5%，共節約鋼筋約46.7噸。同時，應用HRB500級鋼筋在明顯節約鋼筋的基礎上，還顯著改善目前框架結構中梁、柱節點鋼筋擁擠的現象，提高了工程質量。

節能與環保效益。減少鋼筋用量，可減少鐵礦石、煤電等的消耗，緩解原材料生產、加工、交通運輸、電力供應等行業的壓力；同時，極大地減少了廢水、粉塵、廢氣等污染物的排放。有數據表明，平均生產1噸鋼至少要排放出2.4噸左右的二氧化碳，以及大量的二氧化硫、熱量、廢氣、廢渣、粉塵、污泥和其它污染物。

2.調查研究 找出問題

長期以來，國內推廣應用400MPa（Ⅲ級）及以上高強度鋼筋進展緩慢，影響高強度鋼筋消費的重要原因有：

2.1建筑工程設計建設規范標準是關鍵因素

建筑設計規范有建設部發布的《混凝土結構設計規范》《建筑抗震設計規范》，也有許多行業設計規范，如《地鐵設計規范》、《鐵路橋涵鋼筋混凝土結構設計規范》等等。一些規范新近列入高強鋼筋品種，一些規范中仍沒有400MPa及以上高強鋼筋品種。如《鐵路橋涵混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TBT2003.3-2005，J462-2005）、《地鐵設計規范》（GB50157-2003）中沒有400MPa鋼筋品種；《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）、《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TB10002.3-2005）中對螺紋鋼筋的使用，只規定了HRB335和HRB400兩種牌號；2009年新編制的《高強鋼筋在混凝土結構中應用技術導則》也只規定了最高強度級別為HRB500。設計規范對使用400MPa（Ⅲ級）以上高強度鋼筋的應用沒有具體要求，使設計部門無依據可查。

我國在1998年就將HRB500鋼筋正式納入GB1499-1998標準。近年來，國內已有部分鋼鐵企業（如承鋼、首鋼等）對500MPa級熱軋鋼筋進行了試生產，并在少量工程中得到應用。但由于《混凝土結構設計規范》尚未列入，所以在工程中很少應用。

2.2由裂縫控制的混凝土結構，一般難以采用高強度鋼筋

依《混凝土結構設計規范》裂縫寬度的計算公式：

由上式可以看出，HRB400級鋼筋在彈性模量Es、粘結特性、配筋率ρte等關鍵參數方面與HRB335級鋼筋并無差異，在裂縫控制方面沒有優勢。控制構件裂縫寬度所需要的鋼筋面積僅與類別（光面或螺紋鋼筋）有關，與鋼筋的設計強度無關。采用HRB400級及以上強度較高的鋼筋不能達到減少鋼筋用量或減薄斷面厚度的目的。

目前國內鐵路、公路、市政、水利、民用建筑等建筑工程項目，主要采用裂縫寬度要求控制配筋。因此，在這些工程的結構設計時，基本上采用了HRB235圓鋼和HRB335螺紋鋼筋，很少使用高強鋼筋。

2.3鋼筋混凝土結構中，非受力側由構造要求控制配筋時，最小配筋率要求確定了鋼筋用量，與鋼筋的強度無關，難以使用高強度鋼筋

采用400MPa級鋼筋全面代替335MPa級鋼筋，對于高層建筑具有較好的節約效果，而對于中低層建筑節約效果并不明顯。由于構造配筋、最小配筋率、剛度裂縫控制、錨固長度規定等技術要求，使得高強鋼筋在建筑結構某些部位的應用并未體現出高強度的優勢，反而因使用高強鋼筋而增加成本。

2.4螺紋鋼市場以次充好，影響高強鋼筋的使用

從螺紋鋼生產工藝生產的產品質量來看，微合金400MPa螺紋鋼筋綜合性能最好，建筑施工單位對推廣使用微合金400MPa螺紋鋼筋均持一致贊同意見。特別是在8度及以上地震設防區要求使用微合金化鋼筋。各鋼鐵企業生產400MPa（Ⅲ級）螺紋鋼并未標明生產工藝，各類400MPa（Ⅲ級）螺紋鋼筋生產成本不同，綜合性能不同，但銷售價格相同，給施工單位選用Ⅲ級螺紋鋼筋造成了一定困難。

2.5設計人員的使用習慣

設計是工程應用的龍頭。一方面是設計規范對HRB400級鋼筋的使用無明確的規定要求，如《地鐵設計規范》中沒有要求使用高強鋼筋；另一方面近若干年來設計院迫于建設規模的不斷擴大，任務多、工作重，設計人員已經習慣于采用335MPa鋼筋，并未投入精力分析和認真研究使用HRB400級及以上高強鋼筋在應用方面的技術問題。

如北京城建設計院對推廣使用高強度鋼筋很重視，該院設計的民用建筑項目中，采用400MPa鋼筋占鋼筋總用量的90%以上，而其它水平一般的建筑設計院或地方設計院，在設計中較少使用高強鋼筋。

2.6不能完全滿足建筑工地采購配送使用要求

一些地區，特別是地區級以下的中小城市及廣大農村，鋼材市場上400Mpa（Ⅲ級）螺紋鋼不僅總量少，規格也不齊全，供需常出現脫節，訂購相對較難，滿足不了建筑工地配送使用要求,制約了工程應用。

2.7宏觀指導力度不夠，對使用高強度鋼筋并沒有采取有效鼓勵措施

雖然國家有關方面積極呼吁提高高強度鋼筋的消費比例，對提高國內高強度鋼筋的消費比例有一定推動作用，但缺乏具體的有效措施，效果一般。

2.8鋼鐵企業生產積極性不高

目前335MPa（Ⅱ級）和400MPa（Ⅲ級）、500MPa（Ⅳ級）螺紋鋼利潤相差不多，鋼鐵企業推薦施工單位使用Ⅱ級螺紋鋼，可增加銷售量，提高經濟效益。特別是一些大型鋼廠退出鋼筋生產領域，小型鋼鐵企業對組織研發、推廣高強度鋼筋不夠重視。

2.9鋼筋施工問題沒有完全解決

受高強鋼筋產品特點的影響，在建筑工程施工現場對高強鋼筋的加工、焊接等技術還存在一定的難度，工人操作有困難，特別是細晶鋼筋焊接區域強度降低較多。需要鋼材生產企業和建筑施工企業共同加快技術研發，在施工技術和管理水平上逐漸改進和適應。

2.10房地產商不十分積極

據調查，住宅房屋建設成本中，一般土地征用及拆遷補償費占50%，土建成本占35%，銷售費用占5%-10%，利潤為5%-10%。在土建成本中，鋼筋使用成本只占10%-15%，即占總成本的4%左右。如住宅房屋建設成本為1億元，鋼筋使用成本僅為400萬元，按使用高強度鋼筋節約鋼筋使用成本15%計，只節約60萬元，經濟效益不十分明顯。

2.11我國建筑物設計使用壽命較國外發達國家短，也影響了高強度鋼筋的使用

國內一般建筑設計壽命70年，國外為100年。混凝土結構耐久性要求降低，對鋼筋的使用強度及單位消耗要求也降低。

3.推廣使用，條件優越

3.1國家有關管理部門高度重視

使用400MPa（Ⅲ級）以上鋼筋不僅可節約大量鋼材，而且可以促進鋼鐵工業的結構調整，提高建筑物的質量安全。對建設資源節約型、環保友好型社會具有重要意義。

為此，國務院領導同志先后做出重要批示，要求大力推廣應有400MPa（Ⅲ級）以上螺紋鋼；工信部為提高高強度鋼筋消費進行專項研究；2008年國家《鋼鐵產業調整和振興規劃》提出，2012年我國400MPa及以上熱軋帶肋鋼筋使用比例達到60%以上。國家有關方面的重視，將有力推動國內高強度鋼筋消費水平的升級。

另外，2009年建設部新編制的《高強鋼筋在混凝土結構中應用技術導則》規定了鋼筋最高強度達到500MPa（Ⅳ級），并建議推薦使用400MPa鋼筋，在一定程度上也將對使用高強度鋼筋起到積極推動作用。

3.2鋼鐵行業整體裝備水平提高，為大量生產高強度鋼筋創造條件

目前棒材軋機中，連續及半連續軋機占總生產能力的80%以上，這些軋機具備生產低合金及調質處理高強螺紋鋼筋的條件，部分軋機具備生產細晶高強度螺紋鋼筋的條件。即使裝備水平落后的橫列式棒材軋機，一般也具備生產熱軋低合金高強鋼筋的能力。

3.3高強鋼筋價格與低強度鋼筋差價減少到合理范圍

高強度鋼筋與普通鋼筋的差價是影響高強鋼筋推廣的主要因素之一。將成本控制在比335MPa鋼筋高100元/噸左右，用戶使用成本減少200元左右，才能形成良好的發展格局。目前合理的價差格局已基本形成。高強鋼筋成本高、售價高則難以推廣。

3.4高強鋼筋生產規模不斷提高，品種規格齊全，有利于用戶選用

3.5 參與國際市場競爭，將推動國內鋼筋消費升級

鋼筋出口，促使國內鋼鐵企業與國際接軌；建筑業參與使用高強度鋼筋為主的國外工程項目，也將推動國內建筑設計及施工水平與國際接軌，從而促進國內高強鋼筋消費的增長。

3.6國民消費水平的提高，將推動高強度鋼筋消費的增長

工業化、城鎮化中，不但要求建筑結構設計合理、外形美觀，也要求抗震等級高、結實耐用，建筑水平的提高，需要大量消費高強鋼筋。

4.結合實際，修訂目標

堅持技術進步、市場配置、政府引導和扶持相結合，淘汰落后鋼筋生產能力，促進螺紋鋼筋生產消費的結構升級。

高強鋼筋的應用也要考慮我國的地質條件、工程施工特點、施工規范現狀等，并適合我國經濟發展不平衡的國情。目前擬定的《混凝土結構設計規范》和《高層建筑混凝土結構技術規程》兩項標準的修訂目標，即取消235MPa級鋼筋、逐步減少或限制使用335MPa級鋼筋、優先使用400MPa級鋼筋、積極推廣500MPa及600Mpa（V級)鋼筋，是基本符合當前實際的。

發展目標：2012年400MPa（Ⅲ級）及以上鋼筋消費量達到40%以上；2015年400MPa（Ⅲ級）及以上鋼筋消費達到50%左右，使高強度鋼筋的生產消費達到適合國情的合理水平；2020年全部淘汰335MPa（Ⅱ級）鋼筋，全部使用400MPa（Ⅲ級）及以上鋼筋，達到國外先進水平。

5.思考對策，謀求發展

我國用了近20多年的時間，400MPa鋼筋用量僅達到30%，500MPa鋼筋消費基本處于空白。必須采取有效措施，切實解決高強鋼筋從生產到應用各個環節中的問題。為提高高強鋼筋消費水平，提出以下對策建議：

5.1加強國家政府部門的組織指導及積極推動

國家成立部際司局級聯合協調機構。該機構由國家發改委、工信部、科技部、城鄉建設部、國家質監總局、鋼鐵協會等相關部門及單位組成，主要任務協調推廣工作中出現的問題，并研究相關政策措施，落實各項工作。使政策、標準、研發等在政府的推動下多管齊下。

通過研究確定推廣高強鋼筋的目標和時間表；制定稅收優惠、資質審核、工程評獎等相關鼓勵政策和限制措施，調動各方積極性；統籌科研、生產、應用環節，加強生產企業和用戶方的協調，建立相應的推廣機制；研究制定高強鋼筋應用的指導意見。

加強生產許可證管理。著手對生產335MPa（Ⅱ級）鋼筋企業進行清理，嚴格控制Ⅱ級鋼筋生產許可證的發放。進一步加強高強鋼筋推廣應用的宣傳，改變人們的傳統觀念，消除疑慮。

5.2加強技術基礎研究工作

積極爭取國家有關部門的支持，對有關建筑規范修訂中需要開展的高強鋼筋應用關鍵技術攻關和工程試設計，給予經費保障，取得修訂完善建筑標準需要的試驗論證報告和有關數據。實施研究600MPa高強鋼筋生產工藝及應用標準規范。進一步擴大高強鋼筋的應用面。

加大對高強鋼筋性能的研究改進，解決鋼筋的延性、焊接性等問題，方便工程應用。繼續研究低成本400MPa（Ⅲ級）及以上鋼筋的生產技術，尤其是要加強對非合金化高強度鋼筋的研究和成果轉化工作。進一步改善鋼筋性能，降低生產成本。

5.3修訂所有與鋼筋相關的設計規范

規范、標準是設計人員開展設計工作的重要法規之一，建議盡快組織修訂設計規范，把400MPa、500MPa以及更高強度級別的鋼筋列入所有建筑與施工設計規范，并提出優先使用400MPa中強鋼筋、推薦使用500MPa高強鋼筋的指導意見。

各種混凝土設計及施工規范應根據鋼筋用途細化使用鋼筋的種類（熱軋、余熱處理、細晶），做到鋼筋品種的科學選擇應用。促進節約資源、低成本的余熱處理鋼筋、超細晶控軋空冷鋼筋、碳強化高強度鋼筋的推廣應用

科學修訂《混凝土結構設計規范》中裂縫計算公式，制定合適的裂縫控制標準。據調查，我國規范對裂縫控制與國外國家混凝土規范比較，我國的規范相對嚴格。國家規范推薦的裂縫寬度計算公式計算的理論值，與實驗室實際測得的裂縫寬度有較大差異，實際裂縫寬度僅相當于理論計算值的50%～85%，但采用中低強度鋼筋時掩蓋了矛盾焦點。

采用高強鋼筋以后，由于設計規范對撓度裂縫寬度的夸大，高強鋼筋相當一部分用量只能作為安全儲備，不能充分發揮作用，成為合理設計的障礙，制約了高強鋼筋的應用，有必要對混凝土結構裂縫寬度控制及相關問題進行專題研究，科學修正。

對混凝土結構最小配筋率控制及相關問題也需要進行專題研究，依據采用鋼筋強度的變化，科學調整最小配筋率控制標準。

提高建筑設計的安全系數及使用壽命。國外建筑物要求安全系數高，壽命長，單位面積鋼筋用量大，不存在我國房屋建筑設計中出現的裂縫控制問題。如日本普通居民公寓樓單位面積用鋼筋90kg左右，而我國為60kg左右；德國住宅房屋設計使用壽命為100年，而我國基本為70年。

設計規范修訂后，各種設計軟件也應作出相應的調整。如果撓度裂縫的調整融合不到設計軟件中，需要設計人員手工復核，會極大的增加設計人員的工作量，從而影響設計人員推廣的積極性。

5.4修訂螺紋鋼筋標準

修訂GBl499螺紋鋼筋標準，優化強度等級。借鑒國際標準強度等級分類，將現GBl499標準中的335 MPa逐步取消，將鋼筋的強度等級設置為300MPa、400MPa、500MPa，把400MPa鋼筋設為主力鋼筋，加大鋼筋級別差，有利于高強鋼筋的推廣應用。

5.5設計院及地方建設單位積極推動高強度鋼筋

推廣高強鋼筋，設計要先行。設計院及地方建設單位應對設計人員及建設單位及時宣傳指導，提高設計人員對采用高強度鋼筋的積極性，提高建設單位采用高強度鋼筋的主動性。

5.6進一步改進高強度鋼筋生產管理

加強產品質量檢測，嚴格規定對HRB、HRBF、RRB等不同性能鋼筋的認證、標識，保證產品質量，避免施工使用中的混淆，規范鋼材市場。努力降低高強鋼筋的生產成本，通過市場機制引導高強鋼筋消費。

5.7建議有關部門結合相關研究和工作成果，組織整理出版HRB400級以上鋼筋應用手冊或工具書

建筑結構的種類繁多，使用螺紋鋼的條件差異大，編制使用高強鋼筋的應用手冊，可以為廣大工程技術人員，尤其為設計人員應用和推廣HRB400級鋼筋創造條件，鋪平道路。

5.8積極開展高強鋼筋應用的重點城市試點

在總結高強鋼筋推廣工作經驗的基礎上，各部門和有關行業協會加強協作、共同推進，定期確定一批重點城市進行試點，逐步達到在全國范圍內的建筑工程上使用高強鋼筋，也為今后進一步完善有關工程建設標準提供工程實踐經驗和參考依據。

6.結論

通過調查與分析研究認為，我國螺紋鋼筋消費強度等級較國外有較大差距，推廣高強鋼筋符合科學發展觀要求，對優勝劣汰、降低建筑成本、節約資源、節能減排、實現可持續發展均有重大意義，社會效益及經濟效益明顯。

當前我國鋼鐵企業利用現有生產335MPa（Ⅱ級）鋼筋的冶煉及軋鋼設備，稍加調整工藝，重組配方，即可生產400MPa（Ⅲ級）、500MPa（Ⅳ級）高強鋼筋，實現鋼鐵工業由數量型向質量型的戰略轉變。

雖然目前存在影響高強鋼筋消費增長的不利因素，但也有諸多有利因素。總體認為逐步淘汰335MPa（Ⅱ級）鋼筋，強制推廣應用400MPa（Ⅲ級）鋼筋，提倡應用500MPa（Ⅳ級）高強鋼筋的條件已經成熟。

為加快國內鋼筋的消費升級，需要加強國家政府部門的組織指導及宣傳推動；加強應用的技術基礎研究工作；完善與之配套的基礎研究、標準及規范修訂、設計軟件調整；進一步改進高強度鋼筋生產管理。

各種混凝土設計及施工規范應，根據鋼筋用途細化鋼筋的種類，做到鋼筋品種的科學選擇應用。促進節約資源、低成本的余熱處理鋼筋、超細晶控軋空冷鋼筋、碳強化高強度鋼筋的推廣應用。

冶金工業規劃研究院）