第一篇从细节入手，节省无效钢筋数量，从结构上优化结构设计。
第二篇文章从理论出发，探讨节约无效钢筋数量，从施工中优化结构设计。
第三篇文章从材料入手，探讨如何在工程中合理应用高强钢筋，降低土建成本。
第一次
优化建筑结构，节省钢材
梁内小孔结构
01
《混凝土结构施工手册》梁孔加固施工方法：
《手册》明确，当孔径d0小于h/10和150mm时，孔周围不需要设置倾斜钢筋。 梁小孔加固结构可优化如下：
梁腰加固设置
02
根据《混凝土结构设计规范》第9.2.13条规定：当梁的腹板高度hw不小于450mm时，宜在梁两侧沿高度布置纵向结构钢筋。 每侧纵向结构钢筋间距不应大于200mm，其截面积不应小于腹板截面积（bhw）的0.1%。
设置梁腰杆时应注意：
(1)梁腰筋采用抗扭控制时，应按计算结果配置腰筋。
(2)地方法规可能对梁腰配筋有更高的要求。 例如钢材抗拉强度标准值和设计值关系，《江苏省住宅工程质量控制通用标准》第7.1.1-7条规定，梁两侧腰部钢筋直径不应小于12mm。
(3) 若当地无特殊要求，梁的结构腰部钢筋可配置如下：
分布式加固和防裂加固设置
03
配电杆和抗裂杆的设置应注意：
(1)地方法规可能对板筋有更高的要求。 例如，《江苏省住宅工程质量控制通用标准》第7.1.1-4条规定：建筑物两端洞口及变形缝两侧的现浇板应设置双层双向钢筋。 钢筋直径不宜小于8mm，间距不宜大于100mm。
(2) 若当地无特殊要求，板内分布肋可按如下配置：
板内抗裂筋可按下表配置：
梁顶竖筋搭接长度
04
梁顶竖筋与非贯穿钢筋的搭接长度为150（与钢筋直径无关）。 在梁的水平标记中，安装钢筋写在括号中。 例如，梁上部的纵向钢筋标记为：2×22+（4×12），其中2×22为全长钢筋，4×12为安装钢筋。
阿特拉斯“-1”P84：
梁底第二排钢筋
05
图集“-1”P90，除框架支撑梁和框架扁梁外，梁底部第二排钢筋不需要深入支撑：
女儿墙和其他节点的示例
06
严格控制大样本的规模。 当混凝土标号为C30、受力钢筋为C30时，受力钢筋配筋率为0.178%，非受力钢筋配筋率为0.15%。
空调面板加固
07
《施工手册》P127：空调面板长度小于600时，需采用单层配件； 当国家工程空调面板长度不大于1200时，可采用单层加固。
结构边缘构件内套圈改为拉杆
08
案件：
原设计中剪力墙边缘构件采用外环+内环的复合箍筋形式，但规范允许在外环内使用拉杆作为箍筋。 改进后，可以节省内套圈和外套圈重叠部分的钢筋。
结构边缘组件使用墙水平杆代替外箍
09
案件：
剪力墙结构原设计采用外箍筋作为边缘构件，但规范允许使用符合要求的墙体水平筋作为箍筋。 经过优化，取消了原来的外圈设计。 注：此时结构边缘构件的体积环向比仍应满足规范要求。
地下室地面是否悬挑？
10
地下室层数可按下列原则确定：
(1)当底板为不承受上部荷载的防水板且不考虑悬挑土体自重抵抗浮力的有利作用时，底板不得悬挑。
(2)地基土质良好，即使地基不悬挑，仍能满足承载力、沉降、抗浮的计算要求。 如果有柔性防水层，底板就不会悬垂。
(3)其他条件同(2)，但无柔性防水层时，基板可选择凸出或不凸出(最好不凸出)。
（4）当基础土质较差，承载力或沉降不满足设计要求时，可根据计算结果将底板吊出。
参考文件：
[1]《混凝土结构设计规范》-2010年（2015年版）
[2]《混凝土结构施工手册》（第五版）
[3]《混凝土结构施工图集》-1
第2部分
浅谈结构构件的经济配筋率
在混凝土结构设计中，安全性、适用性、经济性是基本原则。 跨度和荷载确定后，在不考虑层高的情况下，确定梁的结构造价，即截面尺寸和截面配筋量。
单位长度的截面尺寸即为混凝土用量
单位长度截面钢筋即钢筋数量
同截面钢筋与截面尺寸之比
我们称之为强化比
因此，要控制结构成本，必须控制配筋率
结构规范还规定了配筋率的要求，即最小和最大配筋率。 简单来说，最小配筋率是指当钢筋用量最少时，不断增加混凝土用量以满足结构承载力要求； 最大配筋率是当钢筋用量最大时，不断减少混凝土用量以满足结构承载力要求。
钢材的价格远高于混凝土的价格，因此钢筋的用量最大，势必会增加成本。 那么最小配筋率是不是最经济的呢？ 当然不是，原因是截面越大，重量越大，并且部分承载力用于抵抗自身荷载，结构效率实际上较低。
我们认为，在满足构件承载能力和延展性要求的前提下（所谓延展性是指构件在失效前能够产生足够的变形），能够实现成本最小的构件尺寸就是合理的构件尺寸。 此时的构件强化率称为经济强化率。
本文通过混凝土受弯构件的平衡公式得到梁板造价方程，从理论上分析了梁板经济配筋率的极值问题（求梁配筋率与造价关系的最小值）如下图所示）。
经济配筋率的理论分析
01
在结构设计中，结构体系确定后，构件的截面尺寸可以在合理的范围内调整，这对构件的内力影响很小。 我们可以假设弯矩M是一个恒定值。 根据混凝土结构设计规范（），单杆受弯构件配筋计算如下：
公式中省略了受压钢筋和预应力钢筋。 对于普通结构件，本部分无需考虑。
假设某梁跨中弯矩为M（kN.m），梁截面为b*h（mm），梁保护层为25mm，底部梁的配筋率As由内力计算确定（配筋率在规范规定的0.2%~2.5%范围内），配筋为两根架设钢筋2?d1，箍筋为2?d2@ 200，钢筋的强度为fy，混凝土的强度为fc，混凝土的单位体积成本为Kc，钢筋的单位体积成本为Ks。
当梁的弯矩一定时，可得出每米长梁相对于梁截面有效高度h0的成本函数Z(h0)。 相对于h0推导成本函数Z(h0)，那么当dZ(h0)/dh0 = 0时，可以得到建设成本的最小值，即最经济的建设成本ZE，以及相应的最可推导出经济配筋率公式（不考虑箍筋系数）。 由于公式的复杂性，本文省略了推导过程，我们直接给出结论：
(3) 式中
表示梁箍筋在经济配筋率中的系数。 如果不考虑箍筋系数，则公式变为：
(4)也是最经济的板配筋率。 从以上两个公式可以看出，普通钢筋混凝土梁、板的最经济配筋率与钢材和混凝土强度比及价格比之和成反比，与构件强度比成反比。 弯矩是无关的。
最经济配筋率结果表
02
经过上述分析，根据市场上钢材和混凝土的商品价格波动情况，由式（3）可归纳出如下结果表：
表1（假设钢材价格为3000元/吨，商品混凝土价格为500元/m3，即Ks/Kc=46.8） 经济配筋率（%）
表2（假设钢材价格为5000元/吨，商品混凝土价格为500元/m3，即Ks/Kc=78） 经济配筋率（%）
从表1和表2可以看出，市场钢材和混凝土价格的变化直接影响Ks/Kc值，对经济配筋率的影响仍然明显。 当钢材价格从3000元/吨变为5000元/吨时，经济强化率也降低近40%至50%。
结论
03
利用混凝土规范中弯矩求配筋的计算公式，推导了配筋率与造价之间的函数关系，并分析了其函数曲线，得出配筋率近似在(ρE - 0.3)范围内。 %, ρE + 0.6%)在此范围内，成本变化不敏感，但在该范围外，则较敏感。
表1（假设钢材价格为3000元/吨，商品混凝土价格为500元/m3，即Ks/Kc=46.8） 经济配筋率（%）
表2（假设钢材价格为5000元/吨，商品混凝土价格为500元/m3，即Ks/Kc=78）经济配筋率范围（%）
设计者需要根据市场材料价格、混凝土强度和钢筋强度选择合适的经济配筋率。
参考文件：
[1]《混凝土结构设计规范》-2010（2015年版）。
第三部分
高强钢筋在工程中的应用
钢筋俗称四级钢，其强度是三级钢的1.25倍。 我国正进入开发等级钢筋的发展阶段。 作为一种新材料，4级钢与3级钢相比有哪些优缺点？ 创新工作室试图通过多方面的比较来对这个问题提出自己的见解。
三、四级钢筋应用现状
01
1.国家规定
从《混凝土结构设计规范》从GB 50010-2002版到现行GB 50010-2010（2015年更新版）的更新过程来看，规范中明确规定三级钢（）为主要钢筋，并提倡应用四级钢（ ）。
2. 地方政策
从国家和行业政策的走向来看，逐步限制和禁止使用低强度建筑材料，推广应用高强度建筑材料将是大势所趋。 例如：《江苏省绿色建筑设计标准》要求，钢筋混凝土结构构件中高强钢筋的用量不应低于受力钢筋总量的85%，高强钢筋用量应不低于受力钢筋总量的85%。 ——1级以上强度钢筋不应小于承重钢筋。 占钢筋总量的25%。
3、国内钢筋生产现状
据中国钢铁工业协会对部分重点钢厂钢筋产量统计，2014年至2015年，高强度钢筋产量占比（占螺纹钢总量）基本在55%左右。 随着2016年高强钢筋普及政策的出台，2017年以来高强钢筋比例不断提升，目前达到72%左右。 从产品系列来看钢材抗拉强度标准值和设计值关系，其在高强钢筋中的生产比重自2014年以来已从9%提升至10-11%，虽然产量比重略有上升，但增速相对缓慢。 2016年甚至出现了负增长。
我国部分重点钢厂高强度钢筋及钢筋产量比例
是该系列中主要用于梁、柱的钢筋。 目前国内大部分全流程钢厂均具备生产能力。 但由于地区需求的限制，地区生产相对不平衡。 其中，中部和西南地区因地域问题使用量较大。 因此，目前中南地区钢厂具有区域、需求、钢厂等多重优势。 他们的产量占比最高，约占63%。 华东地区钢厂较多，资源广泛，占比约23%； 西南地区钢厂虽少，但需求优势巨大，产量占比可达10%。 但华北、东北、西北等地资源辐射区产品需求较少，产量较低。 三个地区加起来也只能达到5%。
钢筋地区产量占比
宏观对比分析
02
1、材料性能比较
从上表可以看出：拉伸强度增加：(435-360)/360=21%，压缩强度增加：(410-360)/360=14%； 抗剪、扭转、冲切箍筋的抗拉强度设计值不增加，但在计算体积环向比时可增加。
2、高强钢筋价格比较
注：价格数据来源于网络，仅供参考。
从上表可以看出，对比强度和价格的提升后，经济效益更为显着。
精细化对比分析
03
1、各项指标比较
2、外观差异
3级钢()
4级钢()
从上图可以看出：3级和4级钢材都是带肋钢筋，只能通过钢筋上标注的“3”和“4”字样来区分。 因此，对于混合使用三、四级钢的项目，必须加强现场管理。
模拟地下室工程对比计算
04
我们模拟设计了一个典型的单体建筑地下室工程，并对材料和成本进行了对比计算（不考虑地下室底板和基础）。 地下室柱网8.1米*5.4米，共6*6跨。 总面积约1575平方米。 层高3.7米。 屋顶覆盖1.5米厚的土。 它具有大板结构（只有主梁，没有次梁）和厚屋顶。 250mm，柱截面为500mm*500mm，梁截面根据实际配筋率调整。 地下室结构全部采用C35级混凝土，梁、柱箍筋均为三级钢。 梁、板和柱的主要钢筋分别使用 、 和 设计。 分别计算了这三种设计方案的混凝土和钢筋用量以及总成本。
模拟地下室工程方案
具体对比分析见下表：
注：梁、板配筋按裂缝宽度0.3mm控制。
结论与建议
05
1、结论
综合分析，我们认为在以下情况下使用4级钢会有更好的降低成本效果：
（1）高强度区域（8度及以上）；
（2）烈度不高，但抗震等级较高的（乙类建筑、超限建筑）；
（3）大荷载、大跨度（地下室、仓库、大型商业）；
(4)框架结构的经济性优于剪力墙结构。
2.建议
对于想要用四级钢替代三级钢的项目，我们有以下建议：
(1)梁、柱箍筋使用四级钢后抗剪强度不再提高，不建议更换；
（2）三、四级钢筋混合使用的工程，必须进行现场钢筋管理；
(3)为了减少施工过程中误用的概率，可以考虑按照直径统一设置采购情况，即一般直径大于等于16的钢筋全部采用4级钢材，并且全部采用4级钢材。直径小于16的钢筋采用3级钢。
参考文件：
[1]《混凝土结构设计规范》-2010（2015年版）。
[2]朱丙寅. 《建筑结构设计问答》。
[3] 李国生. 《多高层钢筋混凝土结构的设计优化与合理施工》。
