澳門混凝土結構設計規范探討

馬 捷

(廣州珠江外資建筑設計院有限公司，廣東廣州 510060)

1 澳門混凝土結構設計規范概況

當前，隨著澳門經濟的飛速發展，涌現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，大多采用了鋼筋混凝土結構。由于澳門使用了獨立的行業規范體系，與國標有所區別。因此，了解和掌握其相關行業規范準則，是國內設計人員能夠參與當地工程項目，促進兩地同行開展交流與合作的前提。現行的澳門混凝土結構設計相關規范主要包括《鋼筋混凝土及預應力混凝土結構規章》(下稱“混凝土規章”)、《屋宇結構及橋梁結構之安全及荷載規章》(下稱“荷載規章”)、《鋼筋混凝土用熱軋鋼筋標準》及《混凝土標準》等，是澳門政府在《歐洲法典二》及中華人民共和國國標等標準的基礎上，結合當地地理環境、氣候條件以及經濟、技術水平等因素編制而成的。其中，《混凝土規章》與《荷載規章》是本地規范體系的基礎與核心。下面主要針對該規章的若干主要部分進行介紹。

2 結構材料分類與環境級別

2.1 混凝土

常用的混凝土強度等級共10級，由B15至B60。《混凝土規章》規定，鋼筋混凝土結構構件不宜采用低于B20，采用預應力構件時不低于B30。混凝土抗壓強度標準值采用28 d齡期的150/300 mm圓柱體試塊，依照標準試驗方法具有95%保證率的壓縮抵抗值(即抗壓強度值)，單位為MPa，如表1所示。其中，抗拉強度平均值可由公式求出，抗拉強度標準值為fctk=0.7fctm。而國標采用的是150 mm立方體抗壓強作為28 d齡期試塊，換算為標準值時需考慮棱柱強度與立方體強度的比值ac1，C40以上混凝土還必須考慮脆性折減系數ac2。

表1 混凝土強度等級

混凝土抗壓強度設計值fcd和抗拉強度設計值fctd均由圓柱體試塊抗壓(拉)強度標準值除以分項系數γC=1.5得出。而國標采用的材料分項系數為1.4，比澳門規范略低。混凝土強度設計值如表2所示。可見抗壓強度設計值澳門略高于國標相應的數值，而抗拉強度設計值剛好相反。在設計中應留意該區別，即與國標相比，其抗壓性能更好，但脆性差，高標號混凝土構件更容易開裂，需做好足夠的抗裂措施。泊松比v取值為0.2。各級強度的混凝土28 d彈性模量平均值如表3所示。

表2 澳門規范混凝土抗壓強度設計值 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。其最小強度標準值fsyk如表4所示。鋼筋彈性模量為200 GPa(即2×105N/mm2)。鋼筋強度設計值fsyd由標準值fsyk除以分項系數 γS=1.15得出。工程中最常用A400號鋼筋，強度設計值為348 MPa。而國內最常用型號為HRB400，強度設計值為360 MPa，略高于澳門標準。最常用鋼筋直徑包括 10，12，16，20，25，32 與 40。

表4 普通鋼筋強度標準值與設計值 MPa

2.3 環境級別與鋼筋最小保護層

混凝土構件處于開裂極限狀態時，需考慮外界環境對混凝土構件的侵蝕性與鋼筋腐蝕作用。澳門規范環境級別分為三級: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。一般民用建筑結構構件的環境級別可定為二級。鋼筋最小保護層厚度如表5所示，且最小保護層厚度不應低于主筋直徑尺寸。

表5 普通鋼筋最小保護層

3 荷載效應

3.1 荷載效應組合與分項系數

基本組合公式為:

其中，SGik為永久荷載標準值的效應值;SQ1k為首要可變荷載標準值的效應值;SQjk為次要可變荷載標準值的效應值;γgi為永久荷載分項系數;γq為可變荷載分項系數;ψ0j為對應于第j個可變荷載的組合系數。荷載分項系數按以下規定采用:當永久荷載效應對結構不利時，γg=1.35;當永久荷載效應對結構有利時，γg=1.00;可變荷載效應分項系數γq=1.50。國標的永久荷載和活荷載分項系數一般取1.2和1.4，因此，通常情況下澳門規范要求建筑物承受重力荷載作用的安全系數高于國標。

3.2 風荷載

澳門規范采用風荷載重現期為200年，風荷載標準值的定義，首先按照對應地面粗糙度類別的陣風速度標準值vkh(單位為m/s)，再經過風荷載標準值公式，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，風力由海中直接吹襲地區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，公式不同高度的風荷載標準值如表6所示。風荷載在建筑物上的實際效應，可通過壓力值Ph體現，Ph=δpwh(單位為kN/m2)。δp為風壓系數，其取決于建筑物形狀、風力作用方向及大小等。

表6 澳門風荷載標準值

3.3 地震作用

《荷載規章》對于有足夠延性的結構體而言，地震影響系數為0.24αE，震力折減系數取0.5。因此，折減后地震影響系數約為0.12αE，相當于國標7度抗震設防烈度，設計基本地震加速度為0.10g的地區。與GB 50011-2010建筑抗震設計規范關于澳門的設計基本地震加速度為0.10g較為一致。在地震作用的分析理論方面，《荷載規章》目前只提供了底部剪力法。當需要進行振型分解反應譜法、彈性時程分析法等更精細的計算分析時，暫時只能參考國標或其他成熟的規范體系，但其控制條件比國標較為寬松，因此可創作出體型更復雜的建筑作品。

3.4 活荷載取值

活荷載值是根據設計基準期最大荷載概率分布的95%確定的，設計基準期為50年。根據不同的用途及占用種類，把房屋分成七個使用組。包括有住宅、旅館、公共設施(如醫院、學校等)、服務性行業(如機關、辦公樓等)、商業(如商店、超市等)、工業和文體中心(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 構造要求

規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不應超過8%。澳門規范關于梁、柱最大配筋率的限值均大于國標。而最小配筋率均為定值，與混凝土等級無關。

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

下面以某實際工程為例，簡單介紹澳門工程通過PKPM軟件計算分析的若干參數定義。本工程為一棟16層的宿舍樓，框剪結構，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。工程設防地震分組為第一組，設防烈度7度，設計基本地震加速度值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，修正后基本風壓為0.9 kN/m2。鋼筋強度等級為A400，強度設計值為348 N/mm2。結構梁、板采用B35混凝土等級;結構墻、柱混凝土等級取值從底到頂分別為B50～B35。恒載分項系數為1.35，活載分項系數為1.5，風荷載分項系數為1.5，計算振型個數取21個，振型有效質量系數為95.89%，計算結果如表10，表11所示。從結構前三個主振型可以看出該結構剛度均勻，體型良好。第一、第二周期均為純平動，扭轉比僅為0.71，扭轉效應不顯著。最大層間位移角和位移比均在合理范圍，滿足規范要求。

圖1 宿舍樓結構平面圖

表10 考慮扭轉耦聯的振動周期

表11 X與Y方向位移值

6 結語

本文對澳門混凝土設計規范和荷載規范當中的若干主要內容進行了探討，包括了混凝土、鋼筋的材料特性、環境級別、荷載組合效應等，并且對兩地規范存在差異的指標進行了比較，指出了兩者的優劣。最后，舉例說明了PKPM軟件進行澳門工程設計時的一些參數的設定，為同類工程設計提供參考。兩地規范體系既有共通之處，又各具特色，設計人員需要在實踐中不斷地摸索和總結。

［1］第60/96/M號法令.鋼筋混凝土及預應力混凝土結構規章［S］.澳門:澳門政府印刷署，1999.

［2］第60/96/M號法令.屋宇結構及橋梁結構之安全及荷載規章［S］.澳門:澳門政府印刷署，1999.

［3］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］.

［4］GB 50009-2012，建筑結構荷載規范［S］.