高強鋼材的應(yīng)用和發(fā)展前景綜述

許兆輝 盧秋霞 王 斌

(江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

伴隨經(jīng)濟的增長，我國處于基本建設(shè)的高潮期，建筑業(yè)得到了長足的發(fā)展，成為經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時帶來的是我國建筑用材的大量消耗。據(jù)預(yù)計，2012年我國建筑業(yè)用鋼量為3.5億t。建筑業(yè)作為資源消耗量較大行業(yè)之一，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須調(diào)整建筑材料消耗結(jié)構(gòu)，大力推廣應(yīng)用高強鋼筋和高性能混凝土，走節(jié)約型發(fā)展道路。因此必須逐步采用高強鋼筋，它可以節(jié)省大量鋼材，既環(huán)保，又節(jié)能，是環(huán)保型的綠色鋼材。

1 目前國內(nèi)及全球鋼材的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

所謂高強鋼筋，是指抗拉屈服強度達到400 MPa及以上的螺紋鋼。近年來，高強鋼筋在國內(nèi)占比逐步提高。2000年我國高強鋼筋的占比僅為0.93%;2008年國內(nèi)鋼筋總產(chǎn)量為9 574萬t，其中高強鋼筋占比為27.6%;2009年國內(nèi)鋼筋總產(chǎn)量為1.2億t，其中高強鋼筋占比為31.8%;2010年，我國鋼筋產(chǎn)量約為1.41億t，其中高強鋼筋產(chǎn)量為5 707萬t，占鋼筋總產(chǎn)量的40.5%，較2008年上升了12.9%;2011年，我國鋼筋產(chǎn)量約為1.51億t，其中高強鋼筋的比例約為45%。國內(nèi)高強鋼筋普及率逐年提高固然可喜，但與發(fā)達國家高強鋼筋普及率相比，差距不可同日而語，眼前還有漫長的追趕之路。據(jù)了解，英國、德國、澳大利亞、日本等國家400 MPa左右的鋼筋采用率達到80%～90%。以日本為例，日本是地震多發(fā)國家，在建筑領(lǐng)域普遍采用400 MPa(三級)及以上鋼筋，并采用微合金化工藝提高鋼材的強屈比、均勻伸長率等指標，并且每一次地震后都會提出修改意見。

2 高強鋼材的優(yōu)勢

高強度鋼材的優(yōu)點有很多，研究結(jié)果表明，在同樣的軸心受壓條件下，采用高強度鋼材的鋼柱，在整體穩(wěn)定方面，極限應(yīng)力δu與屈服強度fy的比值δu/fy(即整體穩(wěn)定系數(shù)φ)，要比普通強度鋼材鋼柱高很多。相對于普通鋼材，鋼結(jié)構(gòu)采用高強度鋼材具有以下優(yōu)勢:能夠減小構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)重量，相應(yīng)地減少焊接工作量和焊接材料用量，減少各種涂層(防銹、防火等)的用量及其施工工作量，使得運輸安裝更加容易，降低鋼結(jié)構(gòu)的加工制作、運輸和安裝成本;在建筑物使用方面，減小構(gòu)件尺寸能夠創(chuàng)造更大的使用凈空間;特別是能夠減小所需板的厚度，從而相應(yīng)減小焊縫厚度，改善焊縫質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)疲勞使用壽命。高強度鋼材能夠降低鋼材用量，從而大大減少鐵礦石資源的消耗;焊接材料和各種涂層(防銹、防火等)用量的減少，也能夠大大減少不可再生資源的消耗，同時能夠減少因資源開采對環(huán)境的破壞。

3 目前高強鋼材在建筑中的應(yīng)用

歐美國家以及日本，對高強度鋼材的發(fā)展及應(yīng)用均十分重視，像歐洲的建筑用高強度鋼材規(guī)范EN10025－6，給出了高強度鋼材的力學(xué)性能等，從而保證鋼材具有良好的焊接性能。近些年來，我國也已在如央視新臺址主樓、國家體育場、深圳灣體育中心、鳳凰國際傳媒中心等多個建筑結(jié)構(gòu)工程中成功采用了高強度鋼材，舉例如下。

3.1 索尼中心(Sony Center)

德國柏林索尼中心大樓(Sony Center)為了保護已有的一個砌體結(jié)構(gòu)建筑物，將大樓的一部分樓層懸掛在屋頂桁架上。屋頂桁架桿件用600 mm×100 mm矩形實心截面，采用了S460和S690鋼材(強度標準值460 MPa和690 MPa)，以盡可能減小構(gòu)件截面。

3.2 Latitude大廈

Latitude大廈位于澳大利亞悉尼中心區(qū)的世界廣場(World Square)，2005年建成，55層。由于場地上已有一個部分完成的建筑物，出于經(jīng)濟效益的考慮，為了盡快完工，結(jié)構(gòu)工程師在第16層采用7 m高的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層將荷載從新增結(jié)構(gòu)的柱子傳到既有建筑物上。在轉(zhuǎn)換層的鋼結(jié)構(gòu)中，采用了16 mm厚的Bisplate80(690 MPa)鋼板，以減小結(jié)構(gòu)重量。

3.3 央視新臺樓主址

CCTV主樓選用的鋼材規(guī)格品種多、用量大，凈重約12.6萬t。主要鋼號有 Q235，Q345－B，Q345－C，Q345－GJC，Q390－D，Q420－D 和Q460－E等，其中以 Q390－D 和 Q345－GJC 兩種鋼材為主。鋼結(jié)構(gòu)截面形式復(fù)雜多樣，有單箱形、多箱形(目字形、日字形、西字形)、DBOX形等。其中Q345及以上的高強鋼材約11.33萬t，約占用鋼總量89.92%。

4 高強鋼材的推廣意義

據(jù)測算，按照到“十二五”末，全國高強鋼筋使用比例達到建筑用鋼的80%計算，每年可在2010年已節(jié)材的基礎(chǔ)上，再減少鋼材消耗1 000萬t左右，減少鐵礦石消耗1 600萬t左右，減少能源消耗600萬t標準煤，減少二氧化碳排放2 000萬t左右。另外，在減少鋼筋用量的同時，還可減少混凝土結(jié)構(gòu)施工中鋼筋加工和連接工作量，改善混凝土結(jié)構(gòu)中節(jié)點、基礎(chǔ)等部位鋼筋密集分布的現(xiàn)狀，利于混凝土澆筑，提高施工質(zhì)量。

5 國家“十二五”規(guī)劃對高強鋼材發(fā)展的態(tài)度

正是看到高強鋼筋所具有的種種優(yōu)勢，我國從2000年以后真正開始推廣使用高強度鋼筋。從目前情況來看，更大范圍地推廣使用高強度鋼筋在未來仍將是政府工作的重點。2011年，在工信部印發(fā)的《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確提到，“十二五”期間的重點任務(wù)包括:在全國大中城市全面推廣使用400 MPa，500 MPa高強度螺紋鋼筋，促進建筑鋼材升級換代和減量應(yīng)用。

今年以來，短短不到兩個月的時間，針對加快高強鋼筋的應(yīng)用推廣問題，國家兩部委連續(xù)召開了兩次會議。1月19日，住建部和工信部兩部門聯(lián)合出臺《關(guān)于加快應(yīng)用高強鋼筋的指導(dǎo)意見》，意見要求在建筑工程中加速淘汰335 MPa級鋼筋，優(yōu)先使用400 MPa級鋼筋，積極推廣500 MPa級鋼筋。2月27日，住建部再次會同工信部就此聯(lián)合召開高強鋼筋推廣應(yīng)用協(xié)調(diào)組第二次會議。業(yè)內(nèi)人士表示，建筑業(yè)“十二五”規(guī)劃明確指出，要鼓勵采用先進的節(jié)能減排技術(shù)和材料，逐步提高高強度、高性能建材的使用比例。

6 影響高強鋼材推廣的因素

總體而言，在目前國內(nèi)市場，除少數(shù)地區(qū)外，普通鋼筋和高強鋼筋占比一般不相上下，各為一半，且高強鋼筋中一般以三級鋼和抗震鋼居多。目前國內(nèi)推廣高強鋼筋面臨的阻礙仍不少，目前來看主要包括三方面:首先，對于設(shè)計部門，一方面幾十年的設(shè)計習(xí)慣難以改變;另一方面，若全面推翻之前的設(shè)計理念，需巨大的人力、精力和財力。其次，對于中小鋼廠而言，生產(chǎn)高強鋼筋意味著要將一筆不菲的費用用于改進生產(chǎn)工藝和設(shè)備上。最后，對于下游使用方而言，普及高強鋼筋之后，意味著其鋼筋加工設(shè)備必須進行升級換代，這也是一筆費用。

雖然面臨多重阻礙，但是普及高強鋼筋仍是未來中國的必然趨勢，目前看只是時間問題，經(jīng)銷商對此并不否認。但是目前看來，市場仍需要時間來適應(yīng)，比如鋼廠設(shè)備的升級，市場普通鋼筋的去庫存化都需要時間。同時，目前公司已經(jīng)開始重視高強鋼筋這個新品種，準備嘗試起來。上海碧海物資有限公司銷售經(jīng)理劉朝釧則表示，目前公司配送的工地中二級鋼越來越少，三級鋼則越來越多，現(xiàn)在的比例大概是三七開，相信以后三級鋼的比例將會繼續(xù)增大。

7 結(jié)語

根據(jù)我國建筑結(jié)構(gòu)消耗鋼材的特點，大力推廣應(yīng)用高強鋼材不僅可以節(jié)約材耗，降低成本，同時也能大幅度減少所耗費的水、煤、電、礦石、焦炭等能源和資源，有利于建設(shè)資源節(jié)約型社會。盡管當(dāng)前國內(nèi)高強鋼筋的推廣過程中面臨多重阻礙，但是在推廣高強鋼筋所帶來的顯著經(jīng)濟和社會效益面前，再加上在相關(guān)部門的強力政策支持下，相信今后國內(nèi)高強鋼筋的普及率必將逐步提高，高強鋼筋必將成為建筑用鋼的大趨勢。

注:指導(dǎo)老師:胡白香。

[1] 施 剛，班慧勇，石永久，等.高強度鋼材鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用與研究進展[J].工業(yè)建筑，2012，42(1):1－7.

[2] 陳振明，張耀林，彭明祥，等.國產(chǎn)高強鋼及厚板在央視新臺址主樓建筑中的應(yīng)用[J].鋼結(jié)構(gòu)，2009，24(2):34－38.

[3] 中國投資咨詢網(wǎng).2006年中國鋼材市場分析及投資咨詢報告[R].2008.