馬 捷

(廣州珠江外資建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510060)

1 澳門混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范概況

當(dāng)前，隨著澳門經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)了一大批聞名中外的賭場酒店建筑和超高層建筑。從材料成本、工藝的角度出發(fā)，大多采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于澳門使用了獨(dú)立的行業(yè)規(guī)范體系，與國標(biāo)有所區(qū)別。因此，了解和掌握其相關(guān)行業(yè)規(guī)范準(zhǔn)則，是國內(nèi)設(shè)計(jì)人員能夠參與當(dāng)?shù)毓こ添?xiàng)目，促進(jìn)兩地同行開展交流與合作的前提。現(xiàn)行的澳門混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范主要包括《鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)章》(下稱“混凝土規(guī)章”)、《屋宇結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)之安全及荷載規(guī)章》(下稱“荷載規(guī)章”)、《鋼筋混凝土用熱軋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)》及《混凝土標(biāo)準(zhǔn)》等，是澳門政府在《歐洲法典二》及中華人民共和國國標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境、氣候條件以及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等因素編制而成的。其中，《混凝土規(guī)章》與《荷載規(guī)章》是本地規(guī)范體系的基礎(chǔ)與核心。下面主要針對該規(guī)章的若干主要部分進(jìn)行介紹。

2 結(jié)構(gòu)材料分類與環(huán)境級別

2.1 混凝土

常用的混凝土強(qiáng)度等級共10級，由B15至B60?！痘炷烈?guī)章》規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件不宜采用低于B20，采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)不低于B30。混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用28 d齡期的150/300 mm圓柱體試塊，依照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法具有95%保證率的壓縮抵抗值(即抗壓強(qiáng)度值)，單位為MPa，如表1所示。其中，抗拉強(qiáng)度平均值可由公式求出，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fctk=0.7fctm。而國標(biāo)采用的是150 mm立方體抗壓強(qiáng)作為28 d齡期試塊，換算為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)需考慮棱柱強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值ac1，C40以上混凝土還必須考慮脆性折減系數(shù)ac2。

表1 混凝土強(qiáng)度等級

混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd和抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fctd均由圓柱體試塊抗壓(拉)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以分項(xiàng)系數(shù)γC=1.5得出。而國標(biāo)采用的材料分項(xiàng)系數(shù)為1.4，比澳門規(guī)范略低。混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值如表2所示?？梢娍箟簭?qiáng)度設(shè)計(jì)值澳門略高于國標(biāo)相應(yīng)的數(shù)值，而抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值剛好相反。在設(shè)計(jì)中應(yīng)留意該區(qū)別，即與國標(biāo)相比，其抗壓性能更好，但脆性差，高標(biāo)號混凝土構(gòu)件更容易開裂，需做好足夠的抗裂措施。泊松比v取值為0.2。各級強(qiáng)度的混凝土28 d彈性模量平均值如表3所示。

表2 澳門規(guī)范混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 MPa

表3 28 d混凝土彈性模量平均值EC，28 GPa

2.2 鋼筋

鋼筋按強(qiáng)度等級劃分為四級，即A235號光面圓鋼筋，A335，A400及A500號帶肋鋼筋。其最小強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fsyk如表4所示。鋼筋彈性模量為200 GPa(即2×105N/mm2)。鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fsyd由標(biāo)準(zhǔn)值fsyk除以分項(xiàng)系數(shù) γS=1.15得出。工程中最常用A400號鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為348 MPa。而國內(nèi)最常用型號為HRB400，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為360 MPa，略高于澳門標(biāo)準(zhǔn)。最常用鋼筋直徑包括 10，12，16，20，25，32 與 40。

表4 普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值 MPa

2.3 環(huán)境級別與鋼筋最小保護(hù)層

混凝土構(gòu)件處于開裂極限狀態(tài)時(shí)，需考慮外界環(huán)境對混凝土構(gòu)件的侵蝕性與鋼筋腐蝕作用。澳門規(guī)范環(huán)境級別分為三級:一級為混凝土不直接與水或泥土接觸;二級為混凝土暴露于非侵蝕性空氣、水或泥土;三級為混凝土與侵蝕性空氣、水或泥土接觸。一般民用建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的環(huán)境級別可定為二級。鋼筋最小保護(hù)層厚度如表5所示，且最小保護(hù)層厚度不應(yīng)低于主筋直徑尺寸。

表5 普通鋼筋最小保護(hù)層

3 荷載效應(yīng)

3.1 荷載效應(yīng)組合與分項(xiàng)系數(shù)

基本組合公式為:

其中，SGik為永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)值;SQ1k為首要可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)值;SQjk為次要可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)值;γgi為永久荷載分項(xiàng)系數(shù);γq為可變荷載分項(xiàng)系數(shù);ψ0j為對應(yīng)于第j個(gè)可變荷載的組合系數(shù)。荷載分項(xiàng)系數(shù)按以下規(guī)定采用:當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時(shí)，γg=1.35;當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí)，γg=1.00;可變荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)γq=1.50。國標(biāo)的永久荷載和活荷載分項(xiàng)系數(shù)一般取1.2和1.4，因此，通常情況下澳門規(guī)范要求建筑物承受重力荷載作用的安全系數(shù)高于國標(biāo)。

3.2 風(fēng)荷載

澳門規(guī)范采用風(fēng)荷載重現(xiàn)期為200年，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的定義，首先按照對應(yīng)地面粗糙度類別的陣風(fēng)速度標(biāo)準(zhǔn)值vkh(單位為m/s)，再經(jīng)過風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值公式，即(單位為kPa)換算得出的。其中，h為離地高度，m。位于靠近沿海地帶，風(fēng)力由海中直接吹襲地區(qū)的建筑物為第一類粗糙度，公式19，其他情況為第二類粗糙度，公式不同高度的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值如表6所示。風(fēng)荷載在建筑物上的實(shí)際效應(yīng)，可通過壓力值Ph體現(xiàn)，Ph=δpwh(單位為kN/m2)。δp為風(fēng)壓系數(shù)，其取決于建筑物形狀、風(fēng)力作用方向及大小等。

表6 澳門風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

3.3 地震作用

《荷載規(guī)章》對于有足夠延性的結(jié)構(gòu)體而言，地震影響系數(shù)為0.24αE，震力折減系數(shù)取0.5。因此，折減后地震影響系數(shù)約為0.12αE，相當(dāng)于國標(biāo)7度抗震設(shè)防烈度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g的地區(qū)。與GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于澳門的設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g較為一致。在地震作用的分析理論方面，《荷載規(guī)章》目前只提供了底部剪力法。當(dāng)需要進(jìn)行振型分解反應(yīng)譜法、彈性時(shí)程分析法等更精細(xì)的計(jì)算分析時(shí)，暫時(shí)只能參考國標(biāo)或其他成熟的規(guī)范體系，但其控制條件比國標(biāo)較為寬松，因此可創(chuàng)作出體型更復(fù)雜的建筑作品。

3.4 活荷載取值

活荷載值是根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載概率分布的95%確定的，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。根據(jù)不同的用途及占用種類，把房屋分成七個(gè)使用組。包括有住宅、旅館、公共設(shè)施(如醫(yī)院、學(xué)校等)、服務(wù)性行業(yè)(如機(jī)關(guān)、辦公樓等)、商業(yè)(如商店、超市等)、工業(yè)和文體中心(如電影院、圖書館等)。以第一組為例，取值如表7所示。

表7 第一組作住宅用途的建筑物

4 構(gòu)造要求

規(guī)范對梁的縱向受拉鋼筋的最小ρmin與最大配筋率ρmax提出了相關(guān)要求。其中，ρmin如表8所示。梁底縱向受拉及受壓鋼筋最大配筋率不應(yīng)超過4%。縱向最小配筋率ρmin如表9所示，柱縱向最大配筋率ρmax不應(yīng)超過8%。澳門規(guī)范關(guān)于梁、柱最大配筋率的限值均大于國標(biāo)。而最小配筋率均為定值，與混凝土等級無關(guān)。

表8 梁縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率

表9 柱縱向鋼筋的最小配筋百分率

5 某高層宿舍樓PKPM算例

下面以某實(shí)際工程為例，簡單介紹澳門工程通過PKPM軟件計(jì)算分析的若干參數(shù)定義。本工程為一棟16層的宿舍樓，框剪結(jié)構(gòu)，長 ×寬 ×高=82 m×21 m×52.8 m，總建筑面積約為2.8萬m2，如圖1所示。工程設(shè)防地震分組為第一組，設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，二類場地，框架抗震等級三級，剪力墻抗震等級二級，水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，場地特征周期值為0.35。地震粗糙度類別為一類，修正后基本風(fēng)壓為0.9 kN/m2。鋼筋強(qiáng)度等級為A400，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為348 N/mm2。結(jié)構(gòu)梁、板采用B35混凝土等級;結(jié)構(gòu)墻、柱混凝土等級取值從底到頂分別為B50～B35。恒載分項(xiàng)系數(shù)為1.35，活載分項(xiàng)系數(shù)為1.5，風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.5，計(jì)算振型個(gè)數(shù)取21個(gè)，振型有效質(zhì)量系數(shù)為95.89%，計(jì)算結(jié)果如表10，表11所示。從結(jié)構(gòu)前三個(gè)主振型可以看出該結(jié)構(gòu)剛度均勻，體型良好。第一、第二周期均為純平動，扭轉(zhuǎn)比僅為0.71，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不顯著。最大層間位移角和位移比均在合理范圍，滿足規(guī)范要求。

圖1 宿舍樓結(jié)構(gòu)平面圖

表10 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振動周期

表11 X與Y方向位移值

6 結(jié)語

本文對澳門混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范和荷載規(guī)范當(dāng)中的若干主要內(nèi)容進(jìn)行了探討，包括了混凝土、鋼筋的材料特性、環(huán)境級別、荷載組合效應(yīng)等，并且對兩地規(guī)范存在差異的指標(biāo)進(jìn)行了比較，指出了兩者的優(yōu)劣。最后，舉例說明了PKPM軟件進(jìn)行澳門工程設(shè)計(jì)時(shí)的一些參數(shù)的設(shè)定，為同類工程設(shè)計(jì)提供參考。兩地規(guī)范體系既有共通之處，又各具特色，設(shè)計(jì)人員需要在實(shí)踐中不斷地摸索和總結(jié)。

［1］第60/96/M號法令.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)章［S］.澳門:澳門政府印刷署，1999.

［2］第60/96/M號法令.屋宇結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)之安全及荷載規(guī)章［S］.澳門:澳門政府印刷署，1999.

［3］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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