一、我国的房屋建设规模与节能减排的紧迫性
    当前，我国经济与社会发展仍处于重要战略机遇期，其中的城镇化和工业化是推动我国经济持续快速发展的最强劲动力。2011年底我国的城镇化水平已超过50%，现仍以每年0.9%的速度继续发展，预期到2015年，我国的城镇化水平将超过53%。按发达国家80%的城镇化水平计算，并考虑在城镇化率达到70%前为国家经济的加速发展期，我国经济建设还将有近二十年的高速发展过程。在城镇化进程中，每年约有1000万农村人口要进入城镇，这必然要求加快城镇的基础设施与房屋建设，以提升城镇功能，改善居住与生活水平。可以预计，未来的十至二十年，仍将是我国房屋建设的高速发展期。
按2011年底统计，我国当年房屋的在施面积为91.88亿m2，竣工面积高达21.89亿m2，其中住宅竣工面积9.914亿m2。2006～2011年我国房屋施工面积与竣工面积数据如图1-1所示，其中2009～2011年建筑竣工面积均已超过20亿m2。在“十二五”期间我国还将建设保障房3600万套，按户均建筑面积50m2计算，其总量将达到18亿m2。2011年底，城镇居民人均建筑面积已达32m2，居住水平有了较大改善，但与发达国家相比，仍有一定的差距。考虑到我国城镇化中城市人口的增加、老旧既有建筑的拆除（每年拆除大约为4亿m2）与人均建筑面积的进一步提升，我国的城镇住宅建设仍将有很大的发展空间。除了住宅建设的快速发展以外，发达城镇周边的工业建筑、城市的公共建筑（大型商场、体育场馆、火车站与候机楼、展览馆、学校与医院、办公建筑、宾馆等）都还有很大的建设量，其总量略大于城镇住宅的竣工面积。

    巨量的城镇房屋建设规模，带动了我国钢铁行业、建材行业产量与产能的高速增长。按2011年底统计，我国的水泥年产量达到20.6亿t，超过世界产量的60%；全国钢产量近7亿t，为国际产量的44%。为保持建设的快速发展，我们消耗了大量的原材料与宝贵能源，产生了大量的工业废料与二氧化碳，这些都对我国的节能减排构成了很大的压力。
    在房屋建筑中，钢筋作为最重要与最主要的建材，其用量极大。2011年我国的建筑用钢中的钢筋消耗约1.36亿t，是钢铁工业的第一大用户，钢筋用量约占全国钢产量的22%～25%。与发达国家相比，目前存在的主要问题是我国应用的钢筋强度偏低，除应用高强钢筋较好的北京、上海、河北、山东、江苏、浙江、广东、云南及各省的省会城市以外，大部分中小城市建筑结构的受力配筋仍以335MPa级钢筋为主。2011年全国400MPa级以上高强钢筋用量仅为35%左右，因此很有必要提高混凝土结构所应用的钢筋强度等级，以减少单位建筑面积的钢筋用量，达到节材与节能减排的目的。
目前，钢铁行业存在的最大问题是产能过剩，产业集中度低，技术含量不高，资源与能源消耗过大。因此，一旦市场对钢铁的需求量下降，必将对钢铁行业的发展构成很大压力，钢铁行业将总体面临低增速、低盈利的运行态势。由于大量原材料依赖进口，进口铁矿石比例高达60%，对原材料进口没有定价权，铁矿石价格从2002年的22美元/t暴涨到最高将近180美元/t；同时，劳动力成本持续上升，造成生产成本逐步走高。一方面众多设备简陋的小型钢铁企业大量生产低强度等级的钢筋，造成原材料利用率低、环境污染严重；另一方面一些技术含量高、生产效率高并能生产高强钢筋的企业，其产能得不到充分利用。因此必须以推广应用高强钢筋为契机促进钢铁行业的结构调整与产业升级。
二、高强钢筋对节能减排的作用
    高强钢筋是指强度级别为400MPa及以上的钢筋，目前在建筑工程的规范标准中为 400MPa级、500MPa级的热轧带肋钢筋。为提高钢筋强度，可采用以下三种方法：
    （1）微合金化：通过加钒（V）、铌（Nb）等合金元素，可以显著提高钢筋的屈服强度和极限强度，同时使延性和施工适应性能较好。其牌号为HRB，如标注为HRB400、HRB500的高强钢筋，就分别代表为微合金化的屈服强度标准值为400MPa级、500MPa级的热轧带肋钢筋。
    （2）细晶粒化：轧钢时采用特殊的控轧和控冷工艺，使钢筋金相组织的晶粒细化、强度提高。该工艺既能提高强度又保持了较好的延性，达到了混凝土结构中使用高强钢筋的要求。细晶粒钢筋的牌号为HRBF，如标注为HRBF400的高强钢筋，就代表为细晶粒化的屈服强度标准值为400MPa级的热轧带肋钢筋。
    （3）余热处理：以轧钢时进行淬水处理并利用芯部的余热对钢筋的表层实现回火，提高钢筋强度并避免脆性，余热处理钢筋的牌号为RRB。
    这三种高强钢筋，从材料力学性能、施工适应性、可焊性来说，以微合金化钢筋（HRB）为最可靠，但由于要增加微合金，其价格也稍高；细晶粒钢筋（HRBF）无需加合金元素，但需要较大的设备投入与较高的工艺要求，其价格适中，钢筋的强度指标与延性性能都能满足要求，可焊性一般；余热处理钢筋，只需在轧钢最后过程中以淬水方式进行热处理，其成本最低，强度能达到高强钢筋的要求，但延性较差，可焊性差，施工适应性也较差。
    高强钢筋在强度指标上有很大的优势，400MPa级高强钢筋（标准屈服强度400N/mm2）其强度设计值为HRB335钢筋（标准屈服强度335N/mm2）的1.2倍，500MPa级高强钢筋 （标准屈服强度500N/mm2）其强度设计值为HRB335钢筋的1.45倍。当混凝土结构构件中采用400MPa级、500MPa级高强钢筋替代目前广泛应用的HRB335钢筋时，可以显著减少结构构件受力钢筋的配筋量，有很好的节材效果，即在确保与提高结构安全性能的同时，可有效减少单位建筑面积的钢筋用量。
    显然，400MPa级、500MPa级高强钢筋由于要添加微合金或以细晶粒工艺控制，比传统的HRB335钢筋生产成本有所增加。按目前测算，HRB400高强钢筋价格比HRB335钢筋价格每吨高出100～200元，HRB500高强钢筋价格比HRB335钢筋价格每吨大约高出约250元。钢筋的经济性以强度价格比衡量，即每元经费所能购到的单位钢筋的强度。如以HRB335钢筋价格为基数（按通常价格4300元/t计算），则400MPa级钢筋与 HRB335相比其强度价格比为1.17；500MPa级钢筋与HRB335相比其强度价格比为1.38。即用相同的成本，按强度价格比，用HRB400和HRB500高强钢筋比HRB335钢筋可以得到1.17和1.38倍效益。
    经对各类结构应用高强钢筋的比对与测算，通过推广应用高强钢筋，在考虑构造等因素后，平均可减少钢筋用量约12%~18%，具有很好的节材作用。按房屋建筑中钢筋工程节约的钢筋用量考虑，土建工程每平方米可节约25～38元。因此，推广与应用高强钢筋的经济效益也十分巨大。
通过高强钢筋的推广应用，在提高结构安全性能的同时也将产生显著的社会与经济效益。若以2011年高强钢筋应用35%为基数，以2015年实现高强钢筋应用比例65%为目标，测算今后4年内共可节约钢筋总量约2000多万吨，可累计减少铁矿石消耗3600万t、标准煤1300万t，减少二氧化碳排放4000万t，将对完成节能减排指标起到重要贡献。同时，以通常的钢筋价格计算，相当于可以节约900亿元投资，经济与社会效益显著。
三、高强钢筋对结构构件性能的影响
    高强钢筋的应用可以明显提高结构构件的配筋效率。在大型公共建筑中，普遍采用大柱网与大跨度框架梁，这些大跨度梁在采用HRB335钢筋时往往需要三排布置配筋，使钢筋形心位置上移，减小了钢筋的有效力臂高度，导致配筋量的进一步增加，并造成施工不便。如对这些大跨度梁采用400MPa级、500MPa级高强钢筋，可有效减少配筋数量，使原来需要三排的配筋形式减为二排，同时，可以增加钢筋的有效力臂30mm左右，有效提高配筋效率，并方便施工。
    对梁柱构件，在设计中有时由于受配置钢筋数量的影响，为保证钢筋间的合适间距，不得不加大构件的截面宽度，导致梁柱截面混凝土用量增加。如采用高强钢筋，可显著减少配筋根数，使梁柱截面尺寸得到合理优化。
    为推广应用高强钢筋，《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010中特别规定，对于梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500高强钢筋。这着重体现了推广应用高强钢筋原则，即以HRB400钢筋替代HRB335钢筋作为混凝土结构的主力配筋。当构件按承载力计算要求配置钢筋时，在保证构件安全性能的同时，将有效减少钢筋用量；当按构造要求进行配筋时，由于钢筋强度提高，相比以前的HRB335配筋，大大增加了构件与结构的安全储备。
但我们也必须看到，当采用500MPa级高强钢筋时，伴随钢筋强度的提高，其延性也相应降低，对构件与结构的延性将造成一定影响。同时由于采用高强钢筋，其在正常使用极限状态下的钢筋应力相应提高，受弯构件的裂缝宽度将增大，在裂缝宽度验算时应予以重视。
四、高强钢筋对施工技术的促进
    在大型公共建筑的混凝土结构施工中，一个最大的困难是梁柱节点的钢筋过于密集。如框架节点，两个方向梁的纵向水平钢筋与柱的竖向钢筋相互交错，还要在节点区按规范要求设置箍筋，在框架边节点还涉及梁负筋的锚固，对大柱网的框架结构，当采用 HRB335钢筋配筋时，钢筋密集的矛盾更加突出。钢筋配置过于密集，首先是造成钢筋绑扎十分困难，在钢筋的安装与绑扎中耗费工时太多；其次是钢筋间距过小，以致混凝土浇筑时下料及振捣困难，有时还无法下振捣棒，产生漏振，导致混凝土不密实，影响工程质量。而高强钢筋的应用可减小节点的配筋密度，有利于钢筋绑扎与混凝土浇筑，确保混凝土施工质量，对于提高混凝土结构工程的施工水平有很好的促进作用。
    对于混凝土结构工程施工，采用高强钢筋另一个优势是：由于钢筋用量减少，可以有效减少钢筋的加工、吊运与安装绑扎量，提高了钢筋工程施工效率。混凝土结构施工中的钢筋工程包括钢筋的调直、下料、成形、螺纹加工（用于机械连接）、现场吊运、安装、钢筋连接（机械连接或焊接）与绑扎。钢筋工程涉及大量的人工投入与机械台班，是混凝土结构施工中的一个影响工程进度的主要施工节点（特别是钢筋的安装与绑扎），采用高强钢筋可提高施工效率、确保施工进度。同时由于钢筋用量的减少，可有效减少钢筋加工与安装绑扎施工人员的投入，随着施工人员成本的上升，其经济效益显著。
高强钢筋的推广应用也为发展钢筋的专业化加工配送提供了一个很好机会。推进钢筋的专业化加工配送将从根本上改变目前我国施工工地钢筋混凝土结构的施工方式与管理模式，是建筑工业化的一个重要方面，是向绿色施工发展的关键一步，必将带动我国混凝土结构施工技术的进步。