张 鑫

(东北电力设计院，吉林长春 130021)

1 概述

钢筋在钢筋混凝土结构中起龙骨的作用，其强度是决定结构承载力的主要因素。HRB400级钢筋在冶炼中加入钒、铭等合金元素，强度高、韧性好、易焊接、具有较高的高应变低周疲劳性能，能够满足抗震结构对钢筋的要求，同时采用微合金化规模生产，质量也更加稳定。

2 HRB400级钢筋在电厂的应用

电力主厂房框架结构，逐渐采用HRB400钢筋替代大量使用的HRB335钢筋，以适应当前机组容量大，主厂房超长、超高，荷载较大且复杂。

2．1 工程简介

某电厂主厂房纵向柱距以10 m为主，9 m为辅，单台机组全长99 m。横向跨度分别为汽机房:30 m;除氧间:9 m;煤仓间:13 m。竖向布置:汽机房中间夹层标高8．0 m，汽机房运转层标高15．5 m，汽机房屋架下弦标高33．9 m，除氧间除氧器层标高32．5 m，煤仓间给煤机层标高17．0 m，煤仓间皮带层标高41．0 m。主厂房上部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。乙类建筑，框架抗震等级二级。

2．2 框架梁、柱配筋比较

针对主体框架结构的设计，以某轴框架为例，分别采用HRB400级钢筋与HRB335级钢筋。具体比较数据见表1。

表1 某榀框架上部结构比较明细表

表1是根据工程的设计配筋情况得出的，未考虑施工等其他因素的影响。

从HRB400级钢筋与HRB335级钢筋的对比可以看出，框架梁中主筋采用HRB400级钢筋后，不但梁的截面减小，同时还节约了10%以上的配筋量。大型火力发电厂主厂房结构中，由于其高度较大，且竖向荷载较大(如层间布置有煤斗等质量过于集中的设备)，梁弯矩较大，在满足受弯承载力的条件下，采用HRB400钢筋能够充分发挥钢筋强度大的特点。在高地震烈度区，由于地震作用大，地震组合在承载能力极限状态中起控制作用，而在正常使用极限状态下，不考虑地震作用的影响，所以HRB400级钢筋在地震作用较大的部位其优势更加明显。

同样框架柱主筋采用HRB400级钢筋后，不但柱的截面减小，同时节约了10%以上的配筋量。但是，对于以承受竖向荷载为主的框架柱，很多情况下是以最小配筋率来控制，而与钢筋强度没有关系，采用高强钢筋后的优势没能充分发挥出来。根据规范，当采用HRB400级钢筋时，柱全部纵向受力钢筋最小配筋率较HRB335级钢筋降低，当抗震等级为二级时，框架柱的全截面最小配筋率减少了10．0%～12．5%，节约钢材的优势仍然是相当明显的。另外，在大型火力发电厂主厂房结构中，由于其管道以及设备荷载较大且复杂，加之结构不规则，在高烈度地震区，地震作用大，框架结构受到的水平荷载较大，柱子一般简化为压弯构件进行计算，特别是底层柱，弯矩较大，采用HRB400钢筋较普通民用框架结构更加有利，高强度特性能有较大的发挥。

2．3 C60高强混凝土对HRB400应用的影响

电力主厂房的设计，单机容量在600 MW以上的除氧煤仓间，由于柱根轴向力较大，一般15 000 kN～25 000 kN，按照抗震设计要求，要保证框架结构的延性，就要控制混凝土框架柱的轴压比，而轴压比直接影响柱的截面设计。对截面受力特性属于小偏心受压构件，采用C60高强混凝土能有效地减小柱断面而不削弱结构的延性，而高强钢筋和高强混凝土的配合使用能够有效提高构件的强度和结构构件的抗震性能。高强钢筋与高强混凝土的配合使用，可以明显提高结构的承载力，并和原结构有着相近的变形能力。相对普通混凝土，HRB400的高强度能够充分发挥出来。本工程通过表2的对比看高强混凝土和高强钢筋的配合对框架结构的影响。

表2 采用C60混凝土某榀框架上部结构比较明细表

通过表2中两种方案的对比，煤仓间框架结构，采用C60级混凝土与HRB400级钢筋后，对于框架梁的承载力提高以及HRB400钢筋优势的发挥并不明显，故对于框架梁的设计仍然采用普通的C40混凝土即可。但对于以轴压为主的柱子截面特性发挥较好，柱子由于轴压力较大，可大幅降低柱截面和配筋，钢筋量减少也达到10%以上，减轻自重，材料消耗量降低，承载力提高，也使得HRB400钢筋的强度高的性能能够充分发挥出来。同时柱的断面减小，扩大和节省了建筑使用面积，为工艺的设备和管道布置提供了空间。对汽机房排架柱，考虑到长细比不宜过小，加上轴压力较小，其作用并不明显，对受荷较小的加热器平台柱其作用也不大。故设计中汽机房排架柱和加热器平台柱也采用普通的C40混凝土。

3 HRB400钢筋应用中存在的问题

由于高强钢筋强度较高，相应的计算配筋量较少，从裂缝宽度验算来看，采用HRB400钢筋后，裂缝宽度计算值明显增大，对于一些由正常使用极限状态控制的构件，HRB400钢筋还不如HRB335钢筋材料强度利用充分，从而给工程技术人员在实际应用中带来困难。因此，在一些楼板或者梁等受弯和受拉的构件中，特别注意对裂缝宽度的验算，尽量选配直径较小的钢筋或采取其他措施来控制裂缝的宽度。但是从文献［4］的研究以及借鉴水工混凝土结构设计规范中的做法，可以对裂缝宽度的计算方法进行修正或对裂缝宽度的限值适当放宽。如果明确规定在使用HRB400钢筋时，裂缝宽度限值可取为0．4 mm，这样就更能充分利用HRB400钢筋的强度。

4 结语

电力厂房由于使用功能不同，结构构件具有受力特殊性，对HRB400应用的还不多。随着大机组的建设，加之新的混凝土设计规范，推广400 MPa，500 MPa级高强钢筋，限制335 MPa级钢筋，同时对受弯构件裂缝最大宽度的计算取值进行了修订，HRB400会越来越多地被电厂设计所采用。通过计算分析主要得出了以下结论:

1)对于电力厂房框架结构，同等条件下，梁柱主筋中采用HRB400级钢筋比采用HRB335级钢筋可以减小梁柱的截面，并可节约10%左右的用钢量，经济效益明显，在地震作用较大以及受荷复杂的情况下，HRB400级钢筋优势更加明显。

2)对于框架柱采用C60高强混凝土，能够发挥高强钢筋HRB400的特性，同时能够较显著地在抗震设计中控制轴压比，减少结构配筋，从而降低工程造价。另外大大降低了柱的截面和框架梁的高度，为空间的利用提供了有利条件，为工艺布置提供了更大方便。

3)对于梁、楼板等受拉弯的构件，采用HRB400钢筋后，注意最大裂缝的验算，建议今后规定中可以适当放宽对于使用高强钢筋裂缝宽度的限值。

［1］GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］．

［2］孟宪珩，徐有邻．HRB400(Ⅲ)级钢筋的工程应用［J］．建筑结构，2001，31(2):62-64．

［3］缪志伟，陆新征．高强配筋剪力墙框剪结构的地震行为研究［J］．华中科技大学学报(城市科学版)，2007，24(4):17-21．

［4］李美云，刘立新．HRB400级钢筋混凝土构件裂缝宽度的试验分析［J］．南昌大学学报(工科版)，2004，26(3):72-75．