楊紅梅 姚冬林 張 艷

(中國船舶重工集團公司第七○三研究所無錫分部，江蘇 無錫 214151)

0 引言

隨著全球經(jīng)濟日新月異地發(fā)展，各單位的涉外工程也越來越多。其中，常遇到各國規(guī)范的體系差異所致的風(fēng)速、混凝土抗壓強度等級取值的差異?；撅L(fēng)速是確定設(shè)計風(fēng)壓值的基礎(chǔ)，如果基本風(fēng)速不正確，或者不考慮混凝土抗壓強度等級因不同國家規(guī)范的差異而直接套用，都會導(dǎo)致工程不安全或不經(jīng)濟。以南非余熱發(fā)電項目為例，給出中國、南非規(guī)范(以下簡稱中非)風(fēng)速的換算關(guān)系和混凝土抗壓強度等級替代關(guān)系。

1 中非風(fēng)速換算

基本風(fēng)速是指按規(guī)定的地貌、高度、時距等條件下統(tǒng)計的平均最大風(fēng)速值。通常由以下5個條件確定:

1)標準高度。

由于地表摩擦消耗風(fēng)能，高度愈高，風(fēng)速愈大。因高度不同，風(fēng)速則不一樣，所以在說定義風(fēng)速時，需以一定的高度作為標準高度。我國GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取離地面10 m高作為標準高度。

風(fēng)速受地面粗糙度的影響，地面粗糙度等級越高(例如有密集建筑群且有大量高層建筑的大城市市區(qū))，風(fēng)速越小。我國荷載規(guī)范將地面粗糙度分為A，B，C，D四類，并以B類(田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū))作為標準地貌。

3)平均風(fēng)速時距。

風(fēng)速通常是某一規(guī)定的時間內(nèi)的平均風(fēng)速，而這一規(guī)定的時間即為時距。對于風(fēng)速來說，時距取的越短，則其數(shù)值越大。我國荷載規(guī)范取10 min作為平均風(fēng)速的時距。

4)最大風(fēng)速的樣本。

最大風(fēng)速可以取日最大風(fēng)速，月最大風(fēng)速，年最大風(fēng)速，用不同的取樣時間，得到的最大風(fēng)速顯然不一樣。但是目前世界各國都取年最大風(fēng)速為一樣本。

5)最大風(fēng)速的重現(xiàn)期。

具體某值的最大風(fēng)速并不是經(jīng)常出現(xiàn)，而是間隔若干年才出現(xiàn)一次，這個間隔的若干年就稱為重現(xiàn)期。我國荷載規(guī)范對于一般建筑取50年作為重現(xiàn)期。南非SABS 0160荷載規(guī)范對于基本風(fēng)速的定義:2類地區(qū)地面以上10 m處測得的年概率為0.02(重現(xiàn)期50年)的3 s時距的平均最大風(fēng)速[1];我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》風(fēng)速定義為:空曠平坦地面上10 m高度處10 min平均風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計得出的50年一遇的最大風(fēng)速[2]。經(jīng)比較，南非SABS 0160荷載規(guī)范和我國荷載規(guī)范測量基本風(fēng)速時，風(fēng)速定義的5個條件中，測量風(fēng)速的高度、標準地貌(均代表的是空曠開闊地帶)、最大風(fēng)速樣本及最大風(fēng)速的重現(xiàn)期取值相同，而只有測量的風(fēng)速時距不一樣。我國荷載規(guī)范測量基本風(fēng)速的時距為10 min，而南非SABS 0160規(guī)范測量基本風(fēng)速時距為3 s。所以在利用中國規(guī)范編制的計算軟件設(shè)計計算涉外工程時，需將設(shè)計參數(shù)中的風(fēng)速換算成中國規(guī)范定義的基本風(fēng)速，即將3 s時距的風(fēng)速換算成10 min時距的風(fēng)速。不同時距的風(fēng)速換算可根據(jù)Durst報告[3]中不同時距風(fēng)速的換算關(guān)系，見圖1。該曲線縱坐標表示的是t s平均最大風(fēng)速與1 h平均最大風(fēng)速之比，橫坐標表示時距t s。

2)底板預(yù)應(yīng)力錨索錨注加固技術(shù)。錨索下端采用樹脂錨固劑或水泥漿進行錨固，及時施加預(yù)應(yīng)力；錨索上段采用水泥漿實施帶壓注漿，使?jié){液擴散到底板深部巖體，增強錨索的錨固性能，提高底板錨固范圍內(nèi)的圍巖強度。

圖1 不同時距風(fēng)速的換算關(guān)系曲線

由圖1中的換算曲線可得到:

因而可以得到中非風(fēng)速的換算關(guān)系:

2 中非混凝土抗壓強度差異

中國混凝土規(guī)范中混凝土強度等級應(yīng)按立方體抗壓強度標準值確定[4]。立方體抗壓強度標準值(fcu，k)系指按照標準方法制作養(yǎng)護的邊長為150 mm的立方體試件，在28 d齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度。例如，C30表示立方體抗壓強度標準值fcu，k=30 N/mm2?；炷凛S心抗壓強度標準值fck，混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc應(yīng)按下列公式計算:

其中，α1為棱柱體強度與立方體強度之比值，對普通混凝土取0.76，對高強混凝土則大于0.76。本規(guī)范對 C50及以下取0.76，對 C80 取0.82，中間按線性規(guī)律變化;α2為本規(guī)范考慮對C40以上混凝土考慮脆性折減系數(shù)，對C40取α2=1.0，對于C80取α2=0.87，中間按線性規(guī)律變化;0.88為考慮到結(jié)構(gòu)混凝土強度與試件混凝土強度之間的差異而設(shè)置的對試件混凝土強度修正系數(shù);γc為材料分項系數(shù)，一般取γc=1.4。

對于一般混凝土(C40以下)，混凝土抗壓強度設(shè)計值與立方體抗壓強度標準值fcu，k關(guān)系如下:

中國規(guī)范的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示，C30混凝土設(shè)計時允許的軸心抗壓承載力:

南非的混凝土設(shè)計規(guī)范SABS 0100混凝土軸心抗壓強度也是根據(jù)立方體抗壓強度fcu(邊長150 mm的立方體試件，在28 d齡期用標準試驗方法測得不小于95%保證率的抗壓強度[5])來確定的。設(shè)計值fc與立方體抗壓強度fcu關(guān)系如下:

其中，fcu為混凝土立方體抗壓強度(30 MPa等級的混凝土的立方體抗壓強度fcu=30 MPa);0.67為考慮實驗室中的試件混凝土與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)混凝土之間的差異而設(shè)的系數(shù);γm為材料分項系數(shù)，一般取 γm=1.5。

南非混凝土設(shè)計規(guī)范[6]所規(guī)定的混凝土滿足如圖3所示的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，30 MPa等級的混凝土允許的軸心抗壓承載力:

圖2 國內(nèi)標準混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

圖3 南非標準混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

表1，表2分別列出了中國、南非標準的幾種常用的混凝土抗壓強度設(shè)計值。由表1，表2對比分析，顯然，中國標準和南非標準同一立方體抗壓強度下的混凝土抗壓強度設(shè)計值是不一樣的，比如中國標準C30混凝土與南非標準30 MPa的混凝土抗壓強度是不相等的，前者是后者的1.07倍，所以在設(shè)計時用中國標準C30等級的混凝土，在施工時用南非30 MPa等級的混凝土是不合適的。

表1 中國標準的幾種常用混凝土抗壓強度設(shè)計值

表2 南非標準的幾種常用混凝土抗壓強度設(shè)計值

3 工程應(yīng)用實例

以2012年為業(yè)主SAMANCOR設(shè)計的南非余熱發(fā)電工程為例。業(yè)主SAMANCOR提供設(shè)計參數(shù)，其中，最大風(fēng)速為144 km/h，風(fēng)速是按南非標準測得的而設(shè)計按中國規(guī)范設(shè)計。所以在設(shè)計時，我們需要將按南非標準測量的風(fēng)速轉(zhuǎn)換成中國標準的風(fēng)速，用來計算基本風(fēng)壓w0輸入到基于中國規(guī)范編制的結(jié)構(gòu)計算軟件中;同時兩國之間混凝土抗壓強度等級的規(guī)定有差異，且計算時采用中國標準的設(shè)計軟件PKPM，所以在出施工圖時，需將國內(nèi)的混凝土強度等級換成南非標準的混凝土強度等級，如直接套用會使工程結(jié)構(gòu)不安全。

1)風(fēng)速轉(zhuǎn)換:

2)混凝土抗壓等級替換。

設(shè)計計算時，采用中國標準C35的混凝土，而施工圖中采用南非標準的40 MPa等級的混凝土替代。

參見表1國內(nèi)標準C35混凝土抗壓強度設(shè)計值fc:

南非標準40 MPa混凝土抗壓強度設(shè)計值fc:

由此可見，南非標準40 MPa等級的混凝土與中國標準C35混凝土最為接近，且抗壓強度不低于C35混凝土。所以施工時，可以采用南非標準40 MPa等級的混凝土替代我國混凝土規(guī)范規(guī)定的C35混凝土。

4 結(jié)語

因?qū)︼L(fēng)速的定義和測量時距的不同，導(dǎo)致了中國、南非在風(fēng)速上取值不一致，且每個國家的結(jié)構(gòu)計算軟件都是基于本國的設(shè)計規(guī)范編制的，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，須輸入符合各國規(guī)范規(guī)定的設(shè)計參數(shù)。由上面的工程實例可知，因風(fēng)速的測量時距不一樣，同一個地方，南非標準的風(fēng)速是中國標準定義風(fēng)速的1.42倍。如若我們在做具體的南非工程時，并未將南非業(yè)主提供的風(fēng)速轉(zhuǎn)換為中國標準規(guī)定的風(fēng)速而直接套用，將造成工程嚴重的浪費。同時，南非和中國規(guī)范規(guī)定混凝土強度等級也是不一致的，如果直接按照國內(nèi)計算中采用的混凝土強度等級來施工，會造成工程的不安全。

[1]SABS 0160，The general procedures and loadings to be adopted in the design of buildings[S].

[2]GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3]ASCE，Standard“Minimum design loads for buildings and other structures”[S].

[4]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[5]SABS test method 863:1994，Compressive strength of hardened concrete[S].

[6]SABS 0100，The structural use of concrete[S].