中外規(guī)范中關于混凝土結構的鋼筋差異比較

王少奎 張海亮 薛 彪

中國建筑一局（集團）有限公司 北京 100161

當下國際工程競爭日漸激烈，中國企業(yè)處在由大轉強的關鍵時期，培養(yǎng)具備專業(yè)技術能力的國際化人才更是當務之急。對于從事國際工程的一線工程師而言，對當地規(guī)范標準的理解無疑是中方工程師最大的短板，如何深入理解及運用當地規(guī)范、標準，解決現場問題，無疑成為擺在每個工程師面前的一道不可繞開的障礙。

英美規(guī)范是目前國際上適用范圍較廣的規(guī)范，除歐洲與美洲之外，中東地區(qū)及新興經濟體國家也較傾向于使用。本文以英美標準為例，參照國內規(guī)范對施工中常碰到的幾個問題進行對比分析，希望能給讀者一定的啟示[1-2]。

1 鋼筋的等級、規(guī)格劃分

中國標準（國標）GB 1499將混凝土結構用鋼筋分為三大類，即熱軋光圓鋼筋、熱軋帶肋鋼筋和鋼筋焊接網。鋼筋按加工工藝劃分為普通熱軋鋼筋、細晶粒熱軋鋼筋和余熱處理鋼筋。在GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》中，按屈服強度特征值將鋼筋等級劃分為4個等級，具體如表1所示。

表1 鋼筋等級劃分

其中一級鋼筋僅有圓鋼，二級以上鋼筋根據工藝的不同還分為普通熱軋帶肋鋼筋和細晶粒熱軋帶肋鋼筋。GB 50010—2010規(guī)定梁柱縱向受力鋼筋必須采用400 MPa及以上等級鋼筋，一般縱向受力鋼筋及箍筋根據設計要求等級可以低至300 MPa。

在美國標準（美標）當中，混凝土結構用鋼分為碳化鋼與合金鋼兩類。按照屈服強度分為5個等級，即280、420、520、550、690 MPa，每一等級鋼筋均有圓鋼和螺紋鋼。公稱直徑分布范圍為10～64 mm，中間尺寸的劃分與國標也有些差異，美標推薦的鋼筋公稱直徑有10、13、16、19、22、25、29、32、36、43、57、64 mm。

在英國標準（英標）中，混凝土結構用帶肋鋼筋只有屈服強度500 MPa等級鋼筋，根據延性的不同分為A、B、C這3種。為方便區(qū)分，標準中對3種鋼筋表面肋的樣式進行了規(guī)定。鋼筋的公稱直徑變化范圍為6～50 mm，但規(guī)格數量較國標少，標準推薦的鋼筋直徑有6、7、8、9、10、12、16、20、25、32、40、50 mm，其中6、7、9 mm較常見于焊接鋼筋網片中。強度等級250 MPa鋼只在光圓鋼筋中應用，且光圓鋼筋公稱直徑為2.5～12.0 mm。

值得注意的是，對于屈服強度，國標及美標中采用下屈服點強度作為屈服強度，而英標則選用上屈服點強度。

2 鋼筋的質量偏差與拉伸性能的比較

對于鋼筋每單位長度實際與理論質量偏差，在GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中規(guī)定，鋼筋公稱直徑在6～12 mm時，實際質量與理論質量偏差不超過±7%；鋼筋公稱直徑在14～20 mm時，不超過±5%；鋼筋公稱直徑在22～50 mm時，不超過±4%。美標中對于不同直徑的鋼筋，統一規(guī)定不得小于理論計算值的94%，而在英標中規(guī)定，對于公稱直徑大于8 mm的鋼筋，實際與理論質量偏差不得超過4.5%；公稱直徑不大于8 mm時，質量偏差不得超過6%。

在國標中，鋼筋最大力總伸長率為7.5%，對于抗震鋼筋則不小于9%。美標中對不同直徑、不同等級的鋼筋最大力總伸長率則做了如表2所示的規(guī)定。英標中規(guī)定等級為500 MPa的A、B、C這3種鋼筋，其對應的最大力伸長率分別為2.5%、5.0%、7.5%。

表2 美標中鋼筋最大力總伸長率

3 鋼筋的入場檢驗

國標中規(guī)定對鋼筋原材按批進行檢查驗收，要求同一牌號、同一爐罐號、同一規(guī)格的鋼筋組成一個檢驗批，每批質量通常不大于60 t，超過60 t的部分，每增加40 t （或不足40 t的余量），增加1個拉伸試件和1個彎曲試件。每批鋼筋中從不同鋼筋上截取5個試件，先對5個試件進行質量偏差檢驗，再取其中2個試件進行拉伸試驗，檢驗屈服強度、抗拉強度和伸長率；取其中2個試件進行彎曲性能檢驗，剩余1個試件進行反彎曲試驗。對于牌號帶“E”的鋼筋，除以上3項測試外，還須檢驗最大力下總伸長率，且實測抗拉強度與實測屈服強度之比不小于1.25，實測屈服強度與屈服強度特征值比值不大于1.3。需要說明的是，GB/T 1499.2—2018中所述取樣方法及檢測項目適用于鋼筋交貨檢驗，要求每批鋼筋需抽樣進行化學成分分析，而GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》主要針對鋼筋進場復試，遵從GB/T 1499.2—2018中的抽樣原則及檢驗方法，但沒有對鋼筋的化學成分分析作出要求。在GB 50666—2011《混凝土結構施工規(guī)范》及GB 50204—2015中提到，當施工中發(fā)現鋼筋脆斷、焊接性能不良或者力學性能顯著不正常等現象時，應對該批鋼筋進行化學成分檢驗或其他專項檢驗。

美標中要求同一牌號、同一爐罐號、同一規(guī)格的鋼筋，取1個拉伸試件，檢驗屈服強度、抗拉強度和伸長率；取1個彎曲試件進行彎曲試驗，再取1個試件進行外觀（肋或螺紋的間距及高度）和質量檢驗。標準中規(guī)定，拉伸試驗失敗，當試驗值抗拉強度低于規(guī)定值不超過14 MPa、屈服強度低于規(guī)定值不超過7 MPa，或伸長率不超過規(guī)定值2個百分點時可以雙倍取樣復測。當因試驗設備問題、試件準備問題或者試件缺陷而導致彎曲試驗失敗的，則允許雙倍取樣重新試驗。由于試件缺陷導致質量試驗失敗的，可以雙倍取樣復試。

英標中同一爐罐號為一個檢驗批，每個檢驗批中取1個試件進行化學成分分析。每個檢驗批中每種型號的鋼筋取1個試件進行質量檢驗、表面檢驗及反彎曲檢驗；對于拉伸試樣，每批鋼筋每種型號每30 t抽取1個試件，但每批次鋼筋中每種型號至少抽取3個試件進行試驗。標準還規(guī)定，當以上任何一種試驗失敗時，應從相同批次中選取2個試樣復試，其中一個試樣不合格則認為該批鋼筋不合格。

由以上比較可以看出，國標取樣數量較多，對批次的劃分較美標和英標更為具體，但缺少對原材在入場檢驗不合格情況下復試的規(guī)定。

4 鋼筋的保護層

混凝土結構耐久性的問題十分復雜，不僅環(huán)境作用本身多變，帶有很大的不確定和不確知性，而且結構材料在環(huán)境作用下的劣化機理也有諸多問題待進一步明確。本文將從保護層厚度對混凝土結構耐久性影響這一角度出發(fā)，對比分析國標與英標、美標規(guī)定的異同。

作為混凝土結構耐久性設計的重要內容，保護層厚度設計應考慮結構設計使用年限、所處環(huán)境類別及作用等級，應滿足鋼筋防銹、耐火以及混凝土之間黏結力傳遞的要求，且混凝土保護層厚度設計值不得小于鋼筋的公稱直徑。GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》對普通鋼筋與預應力鋼筋保護層作出了具體規(guī)定：保護層不應小于鋼筋的公稱直徑；以設計年限50年與100年考慮，根據構件所處環(huán)境類別規(guī)定了最小保護層厚度（表3）；保護層可以適當減小的幾個條件；當梁、柱、墻保護層厚度超過50 mm時的構造處理措施。

表3 混凝土保護層的最小厚度

國標對于鋼筋保護層的取值著重從混凝土碳化、脫鈍、鋼筋銹蝕等耐久性角度進行考慮。混凝土保護層厚度不小于鋼筋直徑，是為了保證鋼筋與混凝土的握裹力，按構件分類則主要考慮了碳化反應的差異及構件的重要性。

GB/T 50476—2019《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》對混凝土耐久性問題做了系統研究，對環(huán)境類別及環(huán)境作用等級做了更為詳細的劃分，且以設計使用年限、構件類型、環(huán)境類別和作用等級為劃分依據，給出了混凝土保護層的最小取值。為方便使用，該標準對最小混凝土厚度表格進行了簡化，在混凝土強度等級影響方面，C30及以上統一取值，C25及以下均增加5 mm。根據混凝土碳化反應的差異和構件的重要性，按平面構件（板、墻、殼）及桿狀構件（梁、柱、桿）分兩類確定保護層厚度。

英國/歐盟混凝土設計標準中主要從鋼筋防銹蝕、耐火性、鋼筋混凝土黏結力、混凝土骨料粒徑及混凝土后期表面處理等方面考慮。從耐久性和防火性兩方面對保護層厚度予以確定。在耐久性方面，以構件所處的環(huán)境類別和混凝土強度等級為劃分依據，給出了鋼筋最小保護層厚度（表4）。從耐火性方面確定保護層厚度時，以耐火極限、構件類型、構件支撐類型為劃分依據（表5）。

美標中對于非預應力混凝土構件最小保護層厚度的規(guī)定如表6所示。

美標中在混凝土結構耐久性方面將環(huán)境類別劃分為四大類，即凍融環(huán)境、硫化物腐蝕環(huán)境、與水接觸環(huán)境和鋼筋腐蝕環(huán)境，在每一大類中按照不利等級又進行了具體的劃分。關于保護層厚度也采取了按照環(huán)境類別與構件類型的劃分方法，但類別的劃分較為簡化。需要注意的是，ACI 318中規(guī)定最小混凝土保護層厚度應滿足表6規(guī)定，除非防火規(guī)范中對保護層有更高要求。美標當中提到在確定保護層厚度時，可以考慮混凝土樓面板的裝飾層作為鋼筋保護的一部分。當混凝土構筑物處于易腐蝕環(huán)境中時，混凝土水灰比、強度以及氯離子含量會有更高要求，且鋼筋保護層厚度不得小于50 mm，對于墻板構件及其他構件要求不小于64 mm。

表4 耐久性要求下的鋼筋保護層厚度

表5 耐火性要求下的鋼筋保護層厚度

表6 現場澆筑非預應力鋼筋混凝土構件保護層厚度

通過對比可以發(fā)現：

1）國標中對保護層的確定綜合考慮了構件類別、環(huán)境類別、環(huán)境作用等級、混凝土強度等級，且給出了較為系統、詳細的保護層取值。表3中數據綜合考慮了耐火性要求，但未做出詳細劃分。英標中保護層厚度的確定從耐久性和耐火性兩方面進行考慮。同時將混凝土強度等級和耐火時限與保護層厚度做了對應關系。美標中沒有明確表明考慮構件耐火性要求。

2）最小保護層可以達到的前提條件：按照國標規(guī)定，梁、板、殼構件在室內干燥環(huán)境下可以取最小保護層厚度為15 mm。英標中規(guī)定，當防火等級為0.5 h，混凝土構件處于室內或不受侵蝕影響時，任何構件在混凝土強度等級不低于C40且混凝土骨料粒徑不大于15 mm的條件下，可以取最小保護層厚度為15 mm。英標中還規(guī)定，在任何條件下，鋼筋的實際保護層厚度都不得小于根據環(huán)境類別、耐腐蝕性、耐火性確定的保護層厚度5 mm，即規(guī)定了當按照標準確定了保護層厚度時，實際操作誤差允許值為5 mm。

3）國標特別對設計使用年限為100年的建（構）筑物保護層做了特殊規(guī)定。英國與美標中并未按照設計使用年限進行規(guī)定，此外英美標準中也沒有對保護層超過50 mm的情況單獨說明。

5 鋼筋的連接方式

鋼筋的連接方式有搭接、機械連接以及焊接。目前國內常用做法為12 mm及以下采用搭接連接，14 mm及以上鋼筋采用機械連接。但在中東地區(qū)，公稱直徑32 mm以下鋼筋的連接仍以搭接連接為主。鋼筋的連接宜設置在構件受力較小的部位。我們將以搭接連接為例，討論一下國內外標準的規(guī)定異同。

國標中關于搭接連接的規(guī)定：在結構的重要構件和關鍵傳力部位，縱向受力鋼筋不宜設置連接接頭；軸心受拉及小偏心受拉桿件的受力鋼筋不得采用綁扎搭接，其他桿件中受拉鋼筋直徑不大于25 mm，受壓鋼筋不大于28 mm；綁扎搭接的連接區(qū)域為1.3倍鋼筋搭接長度，且搭接接頭率一般不大于50%；縱向受拉鋼筋的搭接長度以鋼筋錨固長度為基準值，考慮接頭率影響系數進行計算，且不小于300 mm；受壓鋼筋的搭接長度應不小于受拉鋼筋搭接長度的70%，且不小于200 mm；當受壓鋼筋直徑大于25 mm時，尚應在搭接接頭2個端面外100 mm范圍內各設置2道箍筋；不同直徑的鋼筋進行搭接時，搭接長度按直徑較小的鋼筋計算。

美標中關于搭接連接的規(guī)定：當鋼筋直徑為36 mm以上時不應使用搭接連接；受壓鋼筋搭接一般情況下不允許使用36 mm以上鋼筋，但允許直徑43 mm或57 mm鋼筋與直徑36 mm鋼筋或更小的鋼筋搭接；構件受拉鋼筋的搭接長度以錨固長度為基準值，考慮鋼筋實際配筋面積/計算配筋面積比值、搭接接頭率影響系數進行計算，且不小于300 mm；受壓鋼筋的搭接考慮混凝土及鋼筋的強度等級，對搭接長度進行計算，且不得小于300 mm；不同直徑受拉鋼筋相搭接，搭接長度取較大鋼筋的抗拉錨固長度與較小鋼筋的受拉搭接長度兩者中的較大值；不同直徑受壓鋼筋相搭接，搭接長度取較大鋼筋的抗壓錨固長度與較小鋼筋的受壓搭接長度兩者中的較大值。

值得指出的是，美標中沒有提出搭接區(qū)域為1.3倍搭接長度的觀點，我們按搭接區(qū)域長度及搭接長度進行理解。

通過以上的比較可以發(fā)現，美標中鋼筋搭接對于直徑的限制較寬，當不同直徑鋼筋進行搭接時，不僅考慮了按較小鋼筋計算的搭接長度，還需考慮較大鋼筋的錨固長度。

英標中規(guī)定：

1）鋼筋的搭接應避開高應力區(qū)，宜錯開搭接位置。

2）鋼筋搭接最小長度應為15倍鋼筋直徑與300 mm中的較大值。

3）在柱梁構件中，當相搭接的2根鋼筋直徑均超過20 mm且保護層厚度小于較小鋼筋直徑的1.5倍時，應沿搭接全長布置箍筋，箍筋直徑不小于較小鋼筋直徑的1/4，且間距不得超過200 mm。

4）對于受拉鋼筋的搭接，搭接長度至少等于鋼筋錨固長度，當不同直徑的鋼筋進行搭接時，搭接長度按照較小鋼筋直徑計算；一般情況下，鋼筋的搭接長度等于錨固長度，當出現以下3種情況時需乘以相關系數：

① 搭接位于構件上部區(qū)域，且最小保護層厚度不足搭接鋼筋直徑的2倍時，搭接長度應乘以1.4。

② 當搭接位于構件截面角部，且兩側保護層厚度不足搭接鋼筋直徑的2倍，或與鄰近鋼筋搭接接頭凈距小于75 mm與6倍搭接鋼筋直徑兩者中的較大值時，搭接長度應乘以1.4。

③ 當以上2種情形都成立時，搭接長度應乘以2。

5）受壓鋼筋的搭接不小于抗壓錨固長度的1.25倍。當不同直徑鋼筋進行搭接時，選取較小直徑鋼筋進行計算。

6 結語

本文對照英標及美標，對施工中常碰到的鋼筋等級劃分、入場檢驗、保護層及鋼筋的連接方式等進行了對比分析。中外標準的對比分析及整理工作繁冗龐雜，筆者以突出實操性為出發(fā)點，選擇與現場生產緊密相關的點進行分析，希望對一線工程師有所幫助。