第 1 章 緒論

1.1 課題研究背景和研究意義 
2014 年 6 月，在兩院院士大會上習(xí)近平總書記曾說過[1]“如果把科技創(chuàng)新比作我國發(fā)展的新引擎，那么改革就是點燃這個新引擎必不可少的點火系”。可見改革對于我國實體經(jīng)濟的健康、快速發(fā)展，搶占國內(nèi)外的市場份額和各行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級至關(guān)重要。目前，與船舶業(yè)同樣面臨產(chǎn)能過剩的鋼鐵行業(yè)正在通過改革發(fā)展新思路、研發(fā)創(chuàng)新調(diào)整產(chǎn)業(yè)走向、擺脫困局。2015 年由我國安陽市合力高速冷軋有限公司通過自主創(chuàng)新研發(fā)的高延性冷軋帶肋鋼筋盤螺生產(chǎn)技術(shù)通過了國家驗收并獲得了國內(nèi)外專家的一致好評。其生產(chǎn)的鋼筋的抗拉強度達(dá)到了 600Mpa，抗震性能比國家標(biāo)準(zhǔn)提高了百分之百以上，并迅速得到了市場的認(rèn)可，僅我國鄭州到徐州段高鐵線路就一次性采購了超過 3000 噸的高延性冷軋帶肋鋼筋。因此，高延性冷軋帶肋鋼筋在我國將具有廣闊的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。近年來，隨著我國工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的迅速發(fā)展，工程建設(shè)中出現(xiàn)了越來越多的新型結(jié)構(gòu)形式，但在工業(yè)與民用建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)依然是應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。而鋼筋作為它的主要構(gòu)成材料，其行業(yè)卻面臨著產(chǎn)能過剩，行業(yè)效益差；產(chǎn)業(yè)集中度低，市場不規(guī)范；資源消耗多，環(huán)保壓力大；技術(shù)創(chuàng)新滯后，研發(fā)能力弱及產(chǎn)品延伸不夠等諸多方面的問題。 盡管自 2003 年以來，我國為抑制鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩曾多次出臺相關(guān)文件要求鋼鐵行業(yè)去產(chǎn)能，但是直到 2015 年我國鋼鐵產(chǎn)量依然呈現(xiàn)上升的趨勢。該年全國的鋼鐵產(chǎn)量相較于 2000 年全國的鋼鐵產(chǎn)量增加了 6 倍多，達(dá)到了到 8 億多噸。同時，最新的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：2015 年我國的鋼鐵產(chǎn)能累積達(dá)到了 12 億噸，但其中需求卻只有 7 億多噸，即整個鋼鐵行業(yè)的鋼鐵產(chǎn)能主體運用率只有 67%左右。而按國際的慣例，若是鋼鐵行業(yè)的鋼鐵產(chǎn)能運用率少于 75%，那么該行業(yè)則嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩。本年 2 月 4 日，國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》中明確指出鋼鐵行業(yè)要在未來的 5 年內(nèi)壓減 1.4 億噸的產(chǎn)能，其中僅 2016 年就要完成 4500 萬噸的去產(chǎn)能目標(biāo)任務(wù)。但截至到目前為止，國家統(tǒng)計局的最新數(shù)據(jù)卻顯示我國 6 月份的鋼材產(chǎn)量不降反升，且超過了 1 億噸，首次突破了單月產(chǎn)量的歷史紀(jì)錄。由此看來，我國去產(chǎn)能的壓力依然很大。
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1.2 國內(nèi)外冷軋帶肋鋼筋的研發(fā)與應(yīng)用情況 
冷軋帶肋鋼筋自 1968 年在歐洲研制成功到現(xiàn)在已有近 50 年的歷史，其作為焊接網(wǎng)使用也有 40 年左右的歷史。由于它具有與混凝土的粘結(jié)錨固性能好、加工矯直方便、強度高等優(yōu)點，使得其迅速在歐洲大多數(shù)國家得到了應(yīng)用，并快速被推廣至世界的各個角落。并且，冷軋帶肋鋼筋多數(shù)情況下是以焊接網(wǎng)的形式被應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。自 1987 年冷軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)線首次被引進(jìn)到我國到現(xiàn)在已有近 30 年的時間。而從 1995 起，國內(nèi)外在鋼筋混凝樓板和屋面板等構(gòu)件中應(yīng)用 550MPa 級冷軋帶肋鋼筋代替 HPB235 鋼筋和 HRB335 鋼筋作為受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋開始得到廣泛的應(yīng)用，且其應(yīng)用范圍不斷的擴大。如今它作為墻體的分布鋼筋和梁、柱的箍筋也得到了一定的應(yīng)用。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用冷軋帶肋鋼筋，不僅具有取材及加工方便、便于電阻電焊和強度價格比高等優(yōu)點，而且還可以節(jié)約我國鋼材的消耗，進(jìn)而取得較好的經(jīng)濟效益。 
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第 2 章 高延性冷軋帶肋鋼筋的物理力學(xué)性能 

近年來，隨著我國大力推廣綠色建筑工作的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的細(xì)直徑高強鋼筋（主要為 5~12mm）被應(yīng)用于我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的各類板、墻類構(gòu)件當(dāng)中�，F(xiàn)階段，我國自主研發(fā)的高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB600H 因其在保證了它高強度性能的同時適當(dāng)?shù)奶岣吡怂难有�，而越來越被廣大設(shè)計、施工及開發(fā)商所認(rèn)可和采用。如圖 2-1 所示，為我國河南安陽生產(chǎn)的二面肋高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB600H 和北京生產(chǎn)的普通三面肋冷軋帶肋鋼筋 CRB550。 

2.1 強度及伸長率 
鋼筋的強度，是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件中合理選用鋼筋的重要參考依據(jù)。鋼筋通常有軟鋼（熱軋鋼筋）和硬鋼（熱處理鋼筋及高強鋼絲）之分，對于有明顯流幅的軟鋼，常取它的屈服強度作為其設(shè)計強度，而對于沒有明顯流幅或屈服點的硬鋼，則取它的應(yīng)力應(yīng)變曲線上對應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?0.2%所對應(yīng)的應(yīng)力值作為它的設(shè)計強度。后者相較于前者強度高，但延性較差。表 2-2 給出了我國鋼筋混凝土用冷軋帶肋鋼筋的直徑規(guī)格和強度標(biāo)準(zhǔn)值 fyk（由抗拉屈服強度表示，且應(yīng)具有不小于 95%的保證率）。鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼筋的材料分項系數(shù)（冷軋帶肋鋼筋材料分項系數(shù)取 1.25）并適當(dāng)取整，則可得到通常結(jié)構(gòu)設(shè)計中承載力計算時所用鋼筋的強度設(shè)計值，如表 2-3 所示。我國的高延性冷軋帶肋鋼筋按其強度大小可分為 CRB600H、CRB650H 和CRB800H，其中 CRB600H 高延性冷軋帶肋鋼筋宜作為鋼筋混凝土板類構(gòu)件中的受力鋼筋和分布鋼筋、鋼筋混凝土墻類構(gòu)件中的鋼筋焊接網(wǎng)、鋼筋混凝土梁和框架柱中的箍筋和構(gòu)造鋼筋使用。但由于它最大拉力下的總伸長率 δgt≤9%無法滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010 第 11.2.3 條中在抗震設(shè)計下對縱向受力鋼筋最大拉力下的總伸長率實測值 δgt≥9%的要求，故不應(yīng)將其用作為有抗震設(shè)防要求的梁、柱縱向受力鋼筋使用。而高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB650H 和 CRB800H 則宜作為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋使用。  
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2.2 粘結(jié)錨固性能 

混凝土與鋼筋的粘結(jié)作用是鋼筋和混凝土能夠形成統(tǒng)一整體、共同受力工作的基礎(chǔ)，，主要是指鋼筋與周圍混凝土之間的相互作用，通常包含沿鋼筋長度的粘結(jié)作用（主要由膠結(jié)力、摩阻力及機械咬合力組成）和對鋼筋端部的錨固作用兩種情況。鋼筋的錨固主要是為了使鋼筋能夠積累足夠的粘結(jié)力以承受它所需的拉力進(jìn)而避免鋼筋發(fā)生錨固破壞而通常采用的一種技術(shù)手段，常包括在鋼筋端部加彎鉤或彎折的彎鉤錨固措施和在錨固區(qū)貼焊短鋼筋或角鋼筋的機械錨固措施。 受力鋼筋和混凝土之間可靠的粘結(jié)作用，不僅保證了鋼筋與混凝土兩者能夠協(xié)調(diào)變形，相互傳力，共同工作形成統(tǒng)一整體，而且對材料的受力性能（混凝土高抗壓性能和鋼筋高抗拉性能）的充分發(fā)揮和避免結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生錨固破壞也起到了至關(guān)重要的作用。但通常情況下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的某些部位或結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下其內(nèi)部的鋼筋往往會相對于混凝土產(chǎn)生相對滑移，引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂或結(jié)構(gòu)節(jié)點處的轉(zhuǎn)角位移相對過大，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的正常使用，嚴(yán)重情況下還會降低結(jié)構(gòu)的承載能力，使結(jié)構(gòu)破壞造成安全事故。因此有必要進(jìn)一步研究高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB600H 的錨固性能，從而為高延性冷軋帶肋鋼筋CRB600H 在工程中更為廣泛應(yīng)用提供可靠的理論基礎(chǔ)。 按照《冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 95-2011 的第 6.1.3 條中的規(guī)定[13]在對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行承載力計算時，若要使結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的縱向受力鋼筋的強度得以充分發(fā)揮，則構(gòu)件中鋼筋的錨固長度 la應(yīng)取 200mm 和表2-5 規(guī)定的數(shù)值兩者中的較大值。 

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第 3 章  高延性冷軋帶肋鋼筋的設(shè)計依據(jù) ........ 18     
3.1 相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范規(guī)定 ............ 18       
3.1.1 箍筋 ...... 18       
3.1.2 板 ........ 19       
3.1.3 墻 ........ 27     
3.2 相關(guān)設(shè)計和算量軟件 ...... 28       
3.2.1 PKPM 2010 版 V3.1 功能簡介 ........ 28       
3.2.2 廣廈概預(yù)算系統(tǒng)功能簡介 ........ 29 
第 4 章  不同結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用 CRB600H 高強鋼筋用量比較分析 ............ 31     
4.1 CRB600H 高強鋼筋在各類構(gòu)件中的用量分析和應(yīng)用建議 ........ 31   
4.2 CRB600H 高強鋼筋在不同結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用的經(jīng)濟性分析 ........ 34 
第 5 章  工程實例分析 .... 36    
5.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵控制指標(biāo) ............ 36    
5.2 框架結(jié)構(gòu)實例分析........ 40
5.3 剪力墻結(jié)構(gòu)實例分析 .......... 43 
5.4 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)實例分析 ............ 47
5.5 框架-核心筒結(jié)構(gòu)實例分析 ............ 51 
5.6 小結(jié) .... 56 

第五章 工程實例分析 

由于當(dāng)前我國結(jié)構(gòu)設(shè)計人員進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計通常都是依靠相關(guān)結(jié)構(gòu)計算軟件（如 PKPM）去做設(shè)計，故而對于結(jié)構(gòu)工程師而言具有能夠根據(jù)自身所掌握的力學(xué)知識、設(shè)計理論和積累的工程經(jīng)驗對結(jié)構(gòu)計算軟件的輸出結(jié)果（如SATWE 輸出結(jié)果）做出準(zhǔn)確的判斷與分析，并能夠找出結(jié)構(gòu)計算軟件輸出結(jié)果中不合理的地方加以改正的能力就顯得尤為必要和重要。也只有具備了這樣的能力才能成為一名合格的結(jié)構(gòu)工程師，才能做出好的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 因此，我們在針對采用 CRB600H 高延性冷軋帶肋鋼筋和 HRB400 級鋼筋作為受力鋼筋（及分布鋼筋）的現(xiàn)澆混凝土樓板的鋼筋用量進(jìn)行對比與分析之前應(yīng)當(dāng)首先對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵控制指標(biāo)作簡要的探討與分析，從而確保所建工程實例模型的合理性及對結(jié)構(gòu)所作分析的準(zhǔn)確性。

5.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵控制指標(biāo)
通常做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于能夠合理妥善布置結(jié)構(gòu)各部位中的豎向承重構(gòu)件（主要包括框架柱和剪力墻）和水平抗側(cè)力構(gòu)件（主要包括框架梁和連梁）。其在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵控制指標(biāo)主要包括：柱（墻）軸壓比、水平地震剪力系數(shù)、樓層側(cè)向剛度比、水平位移和層間位移比、扭轉(zhuǎn)周期 Tt與平動周期 T1之比、層間受剪承載力之比、結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度與重力荷載設(shè)計值之比。柱（墻）的軸壓比（μ）通常由計算公式 μ=N/(A·fc)計算得到（公式中 N 代表柱、墻的軸向壓力設(shè)計值；A 代表柱、墻的全截面積；fc代表柱、墻的混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值)，是框架柱和抗震墻在地震作用下的塑性變形性能的重要影響因素。故結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中對柱（墻）的軸壓比進(jìn)行限定多數(shù)情況是為了保證在地震作用下框架柱和抗震墻的塑性變形能力，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性要求確保結(jié)構(gòu)安全可靠。其具體要求詳見我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010的第 6.4.2 條及 7.2.13 條和我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010 第 6.3.6 條及6.4.2 條的相關(guān)規(guī)定及它們相應(yīng)的條文說明解釋。 
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結(jié)論 

本文針對在框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB600H 作為各類建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的縱向受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋的可行性和經(jīng)濟性進(jìn)行了分析。研究結(jié)論如下： 1.  CRB600H 高強鋼筋可以用作現(xiàn)澆混凝土樓板、基礎(chǔ)板的受力和構(gòu)造鋼筋，剪力墻底部加強部位以上的墻體分布鋼筋和梁中的箍筋（其抗拉強度設(shè)計值 fyv通長取 360MPa）或架立筋及跨度較小的梁中的縱向受力鋼筋。 2.對于不同類型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，當(dāng)采用采用 CRB600H 高延性冷軋帶肋鋼筋代替目前常用的 HRB400 級鋼筋作為受力鋼筋和分布鋼筋時，其節(jié)材效果各不相同。板類構(gòu)件節(jié)材效果相對較好，墻類構(gòu)件和梁類構(gòu)件節(jié)材效果則較差。 3.當(dāng)應(yīng)用高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB600H 代替目前工程上常用的 HRB400 級鋼筋作為各類結(jié)構(gòu)體系中的混凝土現(xiàn)澆樓板的縱向受力鋼筋和分布鋼筋時，對于作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室頂板的鋼筋用量基本相同，無法節(jié)約鋼筋；對于各相同標(biāo)準(zhǔn)層樓板的鋼筋用量節(jié)約率基本相同，可有效節(jié)約鋼筋；對于屋面樓板的鋼筋用量節(jié)約率則相較于各標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋用量節(jié)約率較高。 4.當(dāng)應(yīng)用高延性冷軋帶肋鋼筋 CRB600H 代替目前工程上常用的 HRB400 級鋼筋作為各類建筑結(jié)構(gòu)體系中混凝土現(xiàn)澆樓板的縱向受力鋼筋和分布鋼筋時，對于不同類型的建筑結(jié)構(gòu)體系、不同結(jié)構(gòu)高度的建筑，其樓板鋼筋用量的總節(jié)約率各不相同。框剪-剪力墻結(jié)構(gòu)最高，其次框架-核心筒結(jié)構(gòu)，再次剪力墻結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)最低。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：313568