鋼筋優(yōu)化技術(shù)在項(xiàng)目降本增效中的應(yīng)用

陳 凱 陳 浩 趙華穎 宋春桃

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

在建設(shè)項(xiàng)目實(shí)踐中，鋼筋工程往往存在很大的優(yōu)化及創(chuàng)效空間，優(yōu)化不到位會(huì)導(dǎo)致鋼筋材料浪費(fèi)、鋼筋算量小于實(shí)際用量等問題，給項(xiàng)目帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，相關(guān)文獻(xiàn)[1-2]研究較多的是鋼筋下料的優(yōu)化，而對(duì)鋼筋優(yōu)化方面的研究較少且不夠深入。本文通過(guò)對(duì)鋼筋節(jié)點(diǎn)做法的深入研究，打破常規(guī)對(duì)鋼筋進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目較好的降本增效的目的。本文主要介紹施工時(shí)經(jīng)常忽略的鋼筋優(yōu)化問題，以供類似項(xiàng)目借鑒。

1 工程概況

深圳市民治第三工業(yè)區(qū)項(xiàng)目共包含3棟超高層辦公樓及1棟超高層公寓，如圖1所示，建筑面積約580 000 m2。本項(xiàng)目地下室4層，裙房3/4層。A棟56層，結(jié)構(gòu)高度262.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.4 m；B棟47層，結(jié)構(gòu)高度219.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.4 m；C棟57層，結(jié)構(gòu)高度219.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m；D棟公寓樓61層，結(jié)構(gòu)高度203.35 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.15 m。辦公樓結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒，公寓樓結(jié)構(gòu)形式為部分框支剪力墻。本項(xiàng)目混凝土強(qiáng)度最大為C70，直徑28 mm的鋼筋采用四級(jí)鋼，其余均為三級(jí)鋼，鋼筋最大直徑為40 mm。

圖1 民治項(xiàng)目效果圖

2 承臺(tái)/柱墩配筋優(yōu)化

本項(xiàng)目承臺(tái)配筋如圖2所示，首先分析①/②號(hào)鋼筋的配置形式問題。

根據(jù)圖集及其他慣用設(shè)計(jì)方式，亦可采取圖3的鋼筋配置方式，其中⑤號(hào)鋼筋配置為φ14 mm@200 mm。

圖2 承臺(tái)鋼筋構(gòu)造剖面（形式一）

圖3 承臺(tái)鋼筋構(gòu)造剖面（形式二）

本項(xiàng)目此類承臺(tái)高度為2.0 m，對(duì)應(yīng)位置底板厚0.8/1.0/1.2/1.5/1.8 m。對(duì)原設(shè)計(jì)承臺(tái)底筋（φ28 mm、φ32 mm、φ40 mm）1/2向上彎起和形式二作對(duì)比，形式二鋼筋用量明顯偏低，且原設(shè)計(jì)形式部分承臺(tái)尺寸較大時(shí)還需要設(shè)置鋼筋接頭。

對(duì)于上述問題，實(shí)際工程采用的時(shí)候要考慮承臺(tái)底筋的具體配置、承臺(tái)及底板厚度、底筋兩端是否需要向上彎折10d（d為鋼筋直徑）等，根據(jù)具體情況分析判斷哪種配置形式的鋼筋用量較少，還要注意有些項(xiàng)目圖紙中均標(biāo)識(shí)承臺(tái)底筋向上彎折10d，而根據(jù)圖集要求有些情況可不向上彎折。

本項(xiàng)目的柱墩④號(hào)筋配置主要為φ22 mm@150 mm和φ 25 mm@150 mm這2種情況，本項(xiàng)目底板面筋主要為φ 22 mm@150 mm、φ 25 mm@150 mm、φ28 mm@150 mm這3種設(shè)置情況，如圖4所示。

圖4 柱墩鋼筋構(gòu)造剖面

本項(xiàng)目ZD-A3的④號(hào)筋為φ22 mm@150 mm，周邊底板面筋φ25 mm@150 mm，柱墩尺寸為4.2 m×4.2 m。按圖紙要求柱墩范圍內(nèi)單向單根面筋共計(jì)需要φ22 mm鋼筋4.2 m長(zhǎng)、φ25 mm鋼筋（底板面筋錨固進(jìn)柱墩內(nèi)）1.6 m長(zhǎng)，總計(jì)18.676 kg；如果按底板面筋φ25 mm@150 mm拉通設(shè)置，共計(jì)需要φ25 mm鋼筋4.2 m長(zhǎng)，總計(jì)16.17 kg。對(duì)于ZD-A3單個(gè)柱墩而言，按底板面筋拉通設(shè)置進(jìn)行配筋共計(jì)可節(jié)約135.324 kg的鋼筋材料。另外，底板鋼筋拉通設(shè)置不可避免地需要增加鋼筋接頭數(shù)量，但也可避免鋼筋斷開增加鋼筋余料的問題，整體來(lái)看經(jīng)濟(jì)效益良好。

對(duì)于承臺(tái)/柱墩底筋的上層鋼筋，考慮鋼筋向上彎折進(jìn)底板la，上層鋼筋在下料時(shí)豎向長(zhǎng)度要注意比下層鋼筋減小一個(gè)鋼筋直徑。對(duì)于ZD-A3而言，柱墩底筋配置為φ 25 mm@100 mm雙向，采用此條內(nèi)容可節(jié)約41×0.025×2×3.85＝7.89 kg。當(dāng)承臺(tái)/柱墩面筋大于周邊底板面筋時(shí)，可采用底板面筋拉通之后，再根據(jù)配筋面積進(jìn)行額外附加鋼筋。此條內(nèi)容同樣適用于高低跨、集水井、電梯井等類似部位。對(duì)于本項(xiàng)目，最終采用的是正方形柱墩/承臺(tái)未扣掉鋼筋直徑長(zhǎng)度，以避免鋼筋安裝方向做反，對(duì)于長(zhǎng)方形柱墩/承臺(tái)則采用了此條做法。

此外，在下料/計(jì)算工程量時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意樁頭嵌入承臺(tái)的尺寸問題以及樁頭上鋼筋保護(hù)層的厚度問題，相應(yīng)的需要減小承臺(tái)/條基豎向鋼筋的長(zhǎng)度（圖5）。

圖5 柱墩鋼筋綁扎現(xiàn)場(chǎng)

在承臺(tái)/柱墩鋼筋現(xiàn)場(chǎng)綁扎施工過(guò)程中，需要采取措施鋼筋臨時(shí)固定，如圖5中箭頭所指部位，在施工過(guò)程中需注意在臨時(shí)措施鋼筋使用后進(jìn)行拆除重復(fù)利用。

對(duì)于承臺(tái)/柱墩中③號(hào)水平封閉箍筋，當(dāng)長(zhǎng)邊≤1.5 m時(shí)一般采用封閉箍筋做法，箍筋斷口處采用15d彎鉤綁扎搭接并放在承臺(tái)主筋內(nèi)側(cè)。長(zhǎng)邊＞1.5 m時(shí)，箍筋采用分離式配筋，端部彎折15d并在轉(zhuǎn)角處搭接，如圖6、圖7所示。水平筋在承臺(tái)/柱墩做鋼筋籠時(shí)放置在主筋外側(cè)，本項(xiàng)目均放置在主筋內(nèi)側(cè)，同時(shí)也方便施工。

圖6 分離式箍筋配置

圖7 分離式箍筋配置現(xiàn)場(chǎng)

3 底板內(nèi)墻柱插筋優(yōu)化

在圖集[3]第14.1.1條中明確基礎(chǔ)高度小于1 200 mm時(shí)，柱筋需全部伸至基礎(chǔ)板底部支承在底板鋼筋網(wǎng)上。此點(diǎn)要求在鋼筋施工及算量時(shí)較容易被忽略，需要重點(diǎn)進(jìn)行注意。

本項(xiàng)目塔樓范圍底板承臺(tái)高低差較多，柱/墻/邊緣構(gòu)件在底板高低差臨空部位時(shí)，主筋保護(hù)層厚度不足5d，此部位的插筋錨固構(gòu)造尤為重要。

本文以A棟塔樓底板臨空部位的剪力墻/邊緣構(gòu)件插筋構(gòu)造為例說(shuō)明具體處理方式，如圖8～圖10所示。

圖8 A塔底板臨空剪力墻/ 邊緣構(gòu)件分布

圖9 A塔B4層核心筒 墻柱定位

圖10 A塔底板局部剖面

圖8中云線圈出部分為臨空構(gòu)件具體分布。其中有3個(gè)邊緣構(gòu)件（YBZ5、YBZ2、YBZ3）部分在低跨部位（標(biāo)高H－2.9 m）、部分在高跨部位（標(biāo)高H），具體見圖9箭頭所指部位，剖面情況見圖10。

按圖集[4]要求，當(dāng)墻某側(cè)豎向鋼筋保護(hù)層厚度不大于5d時(shí)，該側(cè)豎向鋼筋需全部伸至基礎(chǔ)底部并支承在底部鋼筋網(wǎng)片上，不得“隔二下一”。當(dāng)邊緣構(gòu)件（包括端柱）一側(cè)縱筋位于基礎(chǔ)外邊緣（保護(hù)層厚度不大于5d，且基礎(chǔ)高度滿足直錨）時(shí)，邊緣構(gòu)件所有縱筋均需錨固進(jìn)低跨底板以下，且錨固區(qū)的橫向鋼筋應(yīng)滿足直徑不小于d1/4（d1為縱向鋼筋最大直徑），間距≤10d2（d2為縱筋最小直徑）并且≤100 mm的要求。

由此可見，按原設(shè)計(jì)圖剪力墻單側(cè)鋼筋/邊緣構(gòu)件所有縱筋均應(yīng)以（H－2.9 m）標(biāo)高為基準(zhǔn)進(jìn)行插筋錨固，且承臺(tái)側(cè)邊橫向鋼筋φ16 mm@150 mm需調(diào)整為100 mm間距。剪力墻/邊緣構(gòu)件臨邊的縱筋施工時(shí)，需要在承臺(tái)頂面位置做局部彎折保證插筋在承臺(tái)側(cè)邊鋼筋內(nèi)側(cè)，此施工方式操作比較困難。此外，承臺(tái)側(cè)壁鋼筋施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼筋平面定位，若偏差較大將導(dǎo)致插筋彎折較大，施工更加困難。

鑒于以上考慮，將臨空部位承臺(tái)尺寸外擴(kuò)150 mm（已確認(rèn)不影響建筑空間尺寸），保證剪力墻/邊緣構(gòu)件縱筋保護(hù)層厚度＞5d（縱筋最大直徑為32 mm）。這樣一來(lái)，剪力墻/邊緣構(gòu)件插筋可按基礎(chǔ)頂面為基準(zhǔn)進(jìn)行插筋。對(duì)于圖9中3處邊緣構(gòu)件在低跨區(qū)域部位時(shí)，低跨區(qū)域鋼筋以低跨為基準(zhǔn)錨固、高跨區(qū)域鋼筋以高跨為基準(zhǔn)錨固，低跨區(qū)域外箍做開口箍錨固進(jìn)承臺(tái)內(nèi)。

對(duì)A塔上述做法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析：混凝土增加費(fèi)用1.8萬(wàn)元，承臺(tái)鋼筋及支撐增加費(fèi)用1.38萬(wàn)元，剪力墻/邊緣構(gòu)件插筋（含箍筋）節(jié)約費(fèi)用6.16萬(wàn)元，合計(jì)節(jié)約2.98萬(wàn)元。

對(duì)本項(xiàng)目A、B、C塔樓均按上述方式進(jìn)行處理，D棟塔樓由于考慮到電梯井，承臺(tái)尺寸無(wú)法外擴(kuò)，按原設(shè)計(jì)方式進(jìn)行處理。

對(duì)于剪力墻墻身插筋在基礎(chǔ)中的錨固問題，當(dāng)基礎(chǔ)高度滿足直錨且縱筋保護(hù)層厚度大于5d時(shí)，常規(guī)施工時(shí)縱筋按“隔二下一”伸至基礎(chǔ)板底部。常常忽略的問題是當(dāng)施工采取有效措施保證鋼筋定位時(shí)，墻身豎向分布鋼筋伸入基礎(chǔ)長(zhǎng)度滿足直錨即可。在本項(xiàng)目中，核心筒剪力墻厚度較厚且鋼筋排數(shù)較多，最大厚1 300 mm剪力墻配置了6排鋼筋，主筋間距150 mm，考慮到鋼筋排數(shù)較多且鋼筋直徑較大，核心筒剪力墻選擇每排縱筋“隔五下一”，6排鋼筋時(shí)下底鋼筋布置如圖11所示（實(shí)心為下底鋼筋）。

對(duì)于底板上的部分構(gòu)造分隔墻均按la錨固進(jìn)底板，在底板面筋上設(shè)置通長(zhǎng)措施鋼筋固定墻體縱筋，并在隔墻兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)斜撐鋼筋以保證墻體鋼筋穩(wěn)定性。

圖11 下底鋼筋布置平面

本項(xiàng)目B塔樓核心筒范圍內(nèi)的底板承臺(tái)厚度為3 m，設(shè)計(jì)圖紙顯示溫度鋼筋為居中設(shè)置，為減少底板承臺(tái)上剪力墻/邊緣構(gòu)件下底鋼筋長(zhǎng)度，將溫度鋼筋上移400 mm，如圖12所示。一方面保證了基礎(chǔ)頂面與溫度鋼筋的距離滿足插筋直錨長(zhǎng)度，同時(shí)也保證了溫度鋼筋間距不大于2 m，鋼筋型鋼支撐未導(dǎo)致材料用量變化。B塔共節(jié)約鋼筋3.76 t，其余塔樓局部部位亦按此方式處理。圖12中虛線為原設(shè)計(jì)溫度鋼筋標(biāo)高，實(shí)線為上移400 mm后標(biāo)高。

圖12 B塔核心筒承臺(tái)溫度鋼筋上移400 mm剖面示意

4 地下室外墻與底板錨固優(yōu)化

在圖集[4]中，地下室外墻豎向鋼筋在底板內(nèi)的錨固方式為全部下底并彎折，并沒有針對(duì)詳細(xì)情況進(jìn)行區(qū)分。本項(xiàng)目的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方式也是如此，其中底板外伸長(zhǎng)度為0.6 m，如圖13所示。

圖13 地下室外墻鋼筋錨固大樣

而根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[5]的說(shuō)明，地下室外墻或地下室擋土墻的外側(cè)與筏板端部基本平齊，且筏板厚度較薄時(shí)，墻外側(cè)豎向鋼筋伸至筏板底板后水平彎折不小于15d，筏板下部鋼筋伸至墻外側(cè)上彎至筏板頂板，并滿足搭接長(zhǎng)度要求，內(nèi)側(cè)豎向鋼筋應(yīng)滿足錨固要求的構(gòu)造作法。當(dāng)筏板端部有較大的懸挑時(shí)，可按錨固要求處理。

基于上述說(shuō)法，本項(xiàng)目地下室外墻鋼筋在底板內(nèi)錨固均可按照滿足錨固長(zhǎng)度，并每隔一定間距鋼筋下底進(jìn)行支撐的方式。經(jīng)調(diào)查，市場(chǎng)上也存在一部分項(xiàng)目是按此方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

5 關(guān)于鋼筋保護(hù)層相關(guān)問題的優(yōu)化

混凝土保護(hù)層是指最外層鋼筋（包括箍筋、構(gòu)造筋、分布筋等）的外邊緣至混凝土表面的距離。

常規(guī)施工時(shí)經(jīng)常忽略拉鉤的問題，如對(duì)于剪力墻保護(hù)層厚度指的是拉鉤外邊緣至混凝土表面的距離，而常規(guī)認(rèn)知為剪力墻水平筋以外算保護(hù)層，帶拉鉤的結(jié)構(gòu)梁同理。按拉鉤以外算保護(hù)層可減小拉鉤的長(zhǎng)度/箍筋的寬度，節(jié)約鋼筋用量。

另外一個(gè)常常忽略的問題是受力鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于鋼筋的公稱直徑d。如本項(xiàng)目部分框架柱主筋直徑為40 mm、箍筋為12 mm，保護(hù)層厚度就應(yīng)該為28 mm，而不是常規(guī)要求的20 mm。

6 關(guān)于結(jié)構(gòu)梁腰筋拉鉤的優(yōu)化

梁的腹板高度常常被認(rèn)為是梁底至板底的距離，實(shí)際上這個(gè)認(rèn)知是錯(cuò)誤的。如圖14所示[3]，圖中s為梁底至梁下部縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)距離，當(dāng)梁下部縱向鋼筋為1層時(shí)，s取至鋼筋中心位置；當(dāng)梁下部縱筋為2層時(shí)，s可近似取60 mm。

圖14 梁腹板高度

針對(duì)上述問題，主要是梁高600 mm時(shí)容易誤設(shè)置構(gòu)造腰筋。對(duì)于本項(xiàng)目D棟標(biāo)準(zhǔn)層，大部分梁高為600 mm，板厚主要為110/130/150 mm。部分梁周邊板厚為150 mm時(shí)可不設(shè)置構(gòu)造腰筋；對(duì)于梁底筋為雙排筋的亦可不設(shè)置構(gòu)造腰筋?？紤]到上述問題，共計(jì)避免了12條結(jié)構(gòu)梁設(shè)置腰筋，D棟56層標(biāo)準(zhǔn)層共計(jì)避免了6.96 t材料的浪費(fèi)。

7 鋼筋錨固優(yōu)化

圖集[5]要求對(duì)于受拉鋼筋，當(dāng)錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)縱向受力鋼筋周邊保護(hù)層厚度為3d、5d（d為錨固鋼筋的直徑）時(shí)，表中數(shù)據(jù)可分別乘以0.8、0.7，中間按內(nèi)插值。

圖集的這一要求，在實(shí)際施工時(shí)基本沒有采納過(guò)。受力鋼筋保護(hù)層較大的情況有很多，如梁筋在柱內(nèi)錨固，但考慮到梁面筋位置一般位于墻柱混凝土的水平施工縫位置，或多或少避免不了會(huì)對(duì)鋼筋錨固產(chǎn)生一定的不利影響。本項(xiàng)目主要將此點(diǎn)應(yīng)用于底板上墻柱插筋和底板承臺(tái)高低差部位鋼筋交叉錨固位置。由于本項(xiàng)目的墻柱在底板面位置拉應(yīng)力較小或無(wú)拉應(yīng)力，所以對(duì)鋼筋的錨固長(zhǎng)度理論要求低一些，其中對(duì)地下室外墻的內(nèi)側(cè)鋼筋也采用了此點(diǎn)。

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)尺寸較大，樓板在角部錨固進(jìn)結(jié)構(gòu)柱部位的鋼筋下料時(shí)，應(yīng)特別注意按進(jìn)結(jié)構(gòu)柱la下料。對(duì)于板筋錨固進(jìn)端支座，按圖集要求：板上部縱筋在端支座應(yīng)伸至梁或墻支座外側(cè)縱筋內(nèi)側(cè)后彎折15d，當(dāng)平直段長(zhǎng)度不小于錨固長(zhǎng)度時(shí)可不彎折，板底筋應(yīng)至少到墻/梁中線。考慮到墻厚及梁寬較大，經(jīng)確認(rèn)板面筋錨固進(jìn)剪力墻時(shí)按la；板面筋錨固進(jìn)結(jié)構(gòu)梁時(shí)按平直段＋15d彎鉤并保證總長(zhǎng)度不小于la處理，增加彎鉤主要是避免板面筋“浮”在梁面上并由于施工擾動(dòng)影響錨固效果；板底筋錨固進(jìn)剪力墻/梁時(shí)按不小于300 mm處理。

對(duì)于辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)梁，部分結(jié)構(gòu)梁跨度較大，鋼筋下料長(zhǎng)度比12 m大一些，需要額外設(shè)置鋼筋接頭并滿足接頭設(shè)置位置要求，這對(duì)鋼筋加工及安裝造成了很大的麻煩。此部分縱筋在結(jié)構(gòu)柱內(nèi)錨固方式修改為機(jī)械錨固頭的錨固方式，采用長(zhǎng)12 m原材鋼筋經(jīng)過(guò)兩端車絲設(shè)置錨固頭，對(duì)于按圖集下料需要長(zhǎng)12.2 m的縱筋采取一端車絲設(shè)置錨固頭的錨固方式。

8 鋼筋拉鉤優(yōu)化

圖集[3]要求非框架梁（且不受扭時(shí)）及不考慮地震作用的懸挑梁，箍筋及拉筋彎鉤的彎折角度不應(yīng)小于90°，彎折后平直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于箍筋直徑的5倍。拉結(jié)筋用作剪力墻分布鋼筋間拉結(jié)時(shí)，拉鉤彎折后平直段可取5d。

而實(shí)際施工時(shí)，大部分項(xiàng)目基本都是按平直段10d進(jìn)行施工的，浪費(fèi)了鋼筋材料。針對(duì)此點(diǎn)，建議在項(xiàng)目管理水平較高的情況下可以全面實(shí)行此點(diǎn)要求，或者要求在塔樓標(biāo)準(zhǔn)層實(shí)行此點(diǎn)，方便落實(shí)及管理。

9 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了鋼筋工程中主要的一些優(yōu)化點(diǎn)，在大型綜合體超高層項(xiàng)目中，鋼筋節(jié)點(diǎn)極其復(fù)雜，在工作中更需要深入分析鋼筋節(jié)點(diǎn)具體構(gòu)造，提前進(jìn)行深化及優(yōu)化，保證鋼筋配置最優(yōu)以及施工可操作性。本項(xiàng)目通過(guò)鋼筋優(yōu)化，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)200余萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益良好，值得類似項(xiàng)目借鑒。