HRB400級鋼筋在電廠設計中的應用

張 鑫

(東北電力設計院，吉林長春 130021)

1 概述

鋼筋在鋼筋混凝土結構中起龍骨的作用，其強度是決定結構承載力的主要因素。HRB400級鋼筋在冶煉中加入釩、銘等合金元素，強度高、韌性好、易焊接、具有較高的高應變低周疲勞性能，能夠滿足抗震結構對鋼筋的要求，同時采用微合金化規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量也更加穩(wěn)定。

2 HRB400級鋼筋在電廠的應用

電力主廠房框架結構，逐漸采用HRB400鋼筋替代大量使用的HRB335鋼筋，以適應當前機組容量大，主廠房超長、超高，荷載較大且復雜。

2．1 工程簡介

某電廠主廠房縱向柱距以10 m為主，9 m為輔，單臺機組全長99 m。橫向跨度分別為汽機房:30 m;除氧間:9 m;煤倉間:13 m。豎向布置:汽機房中間夾層標高8．0 m，汽機房運轉(zhuǎn)層標高15．5 m，汽機房屋架下弦標高33．9 m，除氧間除氧器層標高32．5 m，煤倉間給煤機層標高17．0 m，煤倉間皮帶層標高41．0 m。主廠房上部結構采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構。乙類建筑，框架抗震等級二級。

2．2 框架梁、柱配筋比較

針對主體框架結構的設計，以某軸框架為例，分別采用HRB400級鋼筋與HRB335級鋼筋。具體比較數(shù)據(jù)見表1。

表1 某榀框架上部結構比較明細表

表1是根據(jù)工程的設計配筋情況得出的，未考慮施工等其他因素的影響。

從HRB400級鋼筋與HRB335級鋼筋的對比可以看出，框架梁中主筋采用HRB400級鋼筋后，不但梁的截面減小，同時還節(jié)約了10%以上的配筋量。大型火力發(fā)電廠主廠房結構中，由于其高度較大，且豎向荷載較大(如層間布置有煤斗等質(zhì)量過于集中的設備)，梁彎矩較大，在滿足受彎承載力的條件下，采用HRB400鋼筋能夠充分發(fā)揮鋼筋強度大的特點。在高地震烈度區(qū)，由于地震作用大，地震組合在承載能力極限狀態(tài)中起控制作用，而在正常使用極限狀態(tài)下，不考慮地震作用的影響，所以HRB400級鋼筋在地震作用較大的部位其優(yōu)勢更加明顯。

同樣框架柱主筋采用HRB400級鋼筋后，不但柱的截面減小，同時節(jié)約了10%以上的配筋量。但是，對于以承受豎向荷載為主的框架柱，很多情況下是以最小配筋率來控制，而與鋼筋強度沒有關系，采用高強鋼筋后的優(yōu)勢沒能充分發(fā)揮出來。根據(jù)規(guī)范，當采用HRB400級鋼筋時，柱全部縱向受力鋼筋最小配筋率較HRB335級鋼筋降低，當抗震等級為二級時，框架柱的全截面最小配筋率減少了10．0%～12．5%，節(jié)約鋼材的優(yōu)勢仍然是相當明顯的。另外，在大型火力發(fā)電廠主廠房結構中，由于其管道以及設備荷載較大且復雜，加之結構不規(guī)則，在高烈度地震區(qū)，地震作用大，框架結構受到的水平荷載較大，柱子一般簡化為壓彎構件進行計算，特別是底層柱，彎矩較大，采用HRB400鋼筋較普通民用框架結構更加有利，高強度特性能有較大的發(fā)揮。

2．3 C60高強混凝土對HRB400應用的影響

電力主廠房的設計，單機容量在600 MW以上的除氧煤倉間，由于柱根軸向力較大，一般15 000 kN～25 000 kN，按照抗震設計要求，要保證框架結構的延性，就要控制混凝土框架柱的軸壓比，而軸壓比直接影響柱的截面設計。對截面受力特性屬于小偏心受壓構件，采用C60高強混凝土能有效地減小柱斷面而不削弱結構的延性，而高強鋼筋和高強混凝土的配合使用能夠有效提高構件的強度和結構構件的抗震性能。高強鋼筋與高強混凝土的配合使用，可以明顯提高結構的承載力，并和原結構有著相近的變形能力。相對普通混凝土，HRB400的高強度能夠充分發(fā)揮出來。本工程通過表2的對比看高強混凝土和高強鋼筋的配合對框架結構的影響。

表2 采用C60混凝土某榀框架上部結構比較明細表

通過表2中兩種方案的對比，煤倉間框架結構，采用C60級混凝土與HRB400級鋼筋后，對于框架梁的承載力提高以及HRB400鋼筋優(yōu)勢的發(fā)揮并不明顯，故對于框架梁的設計仍然采用普通的C40混凝土即可。但對于以軸壓為主的柱子截面特性發(fā)揮較好，柱子由于軸壓力較大，可大幅降低柱截面和配筋，鋼筋量減少也達到10%以上，減輕自重，材料消耗量降低，承載力提高，也使得HRB400鋼筋的強度高的性能能夠充分發(fā)揮出來。同時柱的斷面減小，擴大和節(jié)省了建筑使用面積，為工藝的設備和管道布置提供了空間。對汽機房排架柱，考慮到長細比不宜過小，加上軸壓力較小，其作用并不明顯，對受荷較小的加熱器平臺柱其作用也不大。故設計中汽機房排架柱和加熱器平臺柱也采用普通的C40混凝土。

3 HRB400鋼筋應用中存在的問題

由于高強鋼筋強度較高，相應的計算配筋量較少，從裂縫寬度驗算來看，采用HRB400鋼筋后，裂縫寬度計算值明顯增大，對于一些由正常使用極限狀態(tài)控制的構件，HRB400鋼筋還不如HRB335鋼筋材料強度利用充分，從而給工程技術人員在實際應用中帶來困難。因此，在一些樓板或者梁等受彎和受拉的構件中，特別注意對裂縫寬度的驗算，盡量選配直徑較小的鋼筋或采取其他措施來控制裂縫的寬度。但是從文獻［4］的研究以及借鑒水工混凝土結構設計規(guī)范中的做法，可以對裂縫寬度的計算方法進行修正或?qū)α芽p寬度的限值適當放寬。如果明確規(guī)定在使用HRB400鋼筋時，裂縫寬度限值可取為0．4 mm，這樣就更能充分利用HRB400鋼筋的強度。

4 結語

電力廠房由于使用功能不同，結構構件具有受力特殊性，對HRB400應用的還不多。隨著大機組的建設，加之新的混凝土設計規(guī)范，推廣400 MPa，500 MPa級高強鋼筋，限制335 MPa級鋼筋，同時對受彎構件裂縫最大寬度的計算取值進行了修訂，HRB400會越來越多地被電廠設計所采用。通過計算分析主要得出了以下結論:

1)對于電力廠房框架結構，同等條件下，梁柱主筋中采用HRB400級鋼筋比采用HRB335級鋼筋可以減小梁柱的截面，并可節(jié)約10%左右的用鋼量，經(jīng)濟效益明顯，在地震作用較大以及受荷復雜的情況下，HRB400級鋼筋優(yōu)勢更加明顯。

2)對于框架柱采用C60高強混凝土，能夠發(fā)揮高強鋼筋HRB400的特性，同時能夠較顯著地在抗震設計中控制軸壓比，減少結構配筋，從而降低工程造價。另外大大降低了柱的截面和框架梁的高度，為空間的利用提供了有利條件，為工藝布置提供了更大方便。

3)對于梁、樓板等受拉彎的構件，采用HRB400鋼筋后，注意最大裂縫的驗算，建議今后規(guī)定中可以適當放寬對于使用高強鋼筋裂縫寬度的限值。

［1］GB 50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范［S］．

［2］孟憲珩，徐有鄰．HRB400(Ⅲ)級鋼筋的工程應用［J］．建筑結構，2001，31(2):62-64．

［3］繆志偉，陸新征．高強配筋剪力墻框剪結構的地震行為研究［J］．華中科技大學學報(城市科學版)，2007，24(4):17-21．

［4］李美云，劉立新．HRB400級鋼筋混凝土構件裂縫寬度的試驗分析［J］．南昌大學學報(工科版)，2004，26(3):72-75．