杨红梅 姚冬林 张 艳

(中国船舶重工集团公司第七○三研究所无锡分部，江苏 无锡 214151)

0 引言

随着全球经济日新月异地发展，各单位的涉外工程也越来越多。其中，常遇到各国规范的体系差异所致的风速、混凝土抗压强度等级取值的差异。基本风速是确定设计风压值的基础，如果基本风速不正确，或者不考虑混凝土抗压强度等级因不同国家规范的差异而直接套用，都会导致工程不安全或不经济。以南非余热发电项目为例，给出中国、南非规范(以下简称中非)风速的换算关系和混凝土抗压强度等级替代关系。

1 中非风速换算

基本风速是指按规定的地貌、高度、时距等条件下统计的平均最大风速值。通常由以下5个条件确定:

1)标准高度。

由于地表摩擦消耗风能，高度愈高，风速愈大。因高度不同，风速则不一样，所以在说定义风速时，需以一定的高度作为标准高度。我国GB 50009-2012建筑结构荷载规范取离地面10 m高作为标准高度。

风速受地面粗糙度的影响，地面粗糙度等级越高(例如有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区)，风速越小。我国荷载规范将地面粗糙度分为A，B，C，D四类，并以B类(田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区)作为标准地貌。

3)平均风速时距。

风速通常是某一规定的时间内的平均风速，而这一规定的时间即为时距。对于风速来说，时距取的越短，则其数值越大。我国荷载规范取10 min作为平均风速的时距。

4)最大风速的样本。

最大风速可以取日最大风速，月最大风速，年最大风速，用不同的取样时间，得到的最大风速显然不一样。但是目前世界各国都取年最大风速为一样本。

5)最大风速的重现期。

具体某值的最大风速并不是经常出现，而是间隔若干年才出现一次，这个间隔的若干年就称为重现期。我国荷载规范对于一般建筑取50年作为重现期。南非SABS 0160荷载规范对于基本风速的定义:2类地区地面以上10 m处测得的年概率为0.02(重现期50年)的3 s时距的平均最大风速[1];我国《建筑结构荷载规范》风速定义为:空旷平坦地面上10 m高度处10 min平均风速观测数据，经概率统计得出的50年一遇的最大风速[2]。经比较，南非SABS 0160荷载规范和我国荷载规范测量基本风速时，风速定义的5个条件中，测量风速的高度、标准地貌(均代表的是空旷开阔地带)、最大风速样本及最大风速的重现期取值相同，而只有测量的风速时距不一样。我国荷载规范测量基本风速的时距为10 min，而南非SABS 0160规范测量基本风速时距为3 s。所以在利用中国规范编制的计算软件设计计算涉外工程时，需将设计参数中的风速换算成中国规范定义的基本风速，即将3 s时距的风速换算成10 min时距的风速。不同时距的风速换算可根据Durst报告[3]中不同时距风速的换算关系，见图1。该曲线纵坐标表示的是t s平均最大风速与1 h平均最大风速之比，横坐标表示时距t s。

2)底板预应力锚索锚注加固技术。锚索下端采用树脂锚固剂或水泥浆进行锚固，及时施加预应力；锚索上段采用水泥浆实施带压注浆，使浆液扩散到底板深部岩体，增强锚索的锚固性能，提高底板锚固范围内的围岩强度。

图1 不同时距风速的换算关系曲线

由图1中的换算曲线可得到:

因而可以得到中非风速的换算关系:

2 中非混凝土抗压强度差异

中国混凝土规范中混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定[4]。立方体抗压强度标准值(fcu，k)系指按照标准方法制作养护的边长为150 mm的立方体试件，在28 d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。例如，C30表示立方体抗压强度标准值fcu，k=30 N/mm2。混凝土轴心抗压强度标准值fck，混凝土轴心抗压强度设计值fc应按下列公式计算:

其中，α1为棱柱体强度与立方体强度之比值，对普通混凝土取0.76，对高强混凝土则大于0.76。本规范对 C50及以下取0.76，对 C80 取0.82，中间按线性规律变化;α2为本规范考虑对C40以上混凝土考虑脆性折减系数，对C40取α2=1.0，对于C80取α2=0.87，中间按线性规律变化;0.88为考虑到结构混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异而设置的对试件混凝土强度修正系数;γc为材料分项系数，一般取γc=1.4。

对于一般混凝土(C40以下)，混凝土抗压强度设计值与立方体抗压强度标准值fcu，k关系如下:

中国规范的混凝土应力应变曲线如图2所示，C30混凝土设计时允许的轴心抗压承载力:

南非的混凝土设计规范SABS 0100混凝土轴心抗压强度也是根据立方体抗压强度fcu(边长150 mm的立方体试件，在28 d龄期用标准试验方法测得不小于95%保证率的抗压强度[5])来确定的。设计值fc与立方体抗压强度fcu关系如下:

其中，fcu为混凝土立方体抗压强度(30 MPa等级的混凝土的立方体抗压强度fcu=30 MPa);0.67为考虑实验室中的试件混凝土与现场结构混凝土之间的差异而设的系数;γm为材料分项系数，一般取 γm=1.5。

南非混凝土设计规范[6]所规定的混凝土满足如图3所示的应力应变关系，30 MPa等级的混凝土允许的轴心抗压承载力:

图2 国内标准混凝土的应力应变关系

图3 南非标准混凝土的应力应变关系

表1，表2分别列出了中国、南非标准的几种常用的混凝土抗压强度设计值。由表1，表2对比分析，显然，中国标准和南非标准同一立方体抗压强度下的混凝土抗压强度设计值是不一样的，比如中国标准C30混凝土与南非标准30 MPa的混凝土抗压强度是不相等的，前者是后者的1.07倍，所以在设计时用中国标准C30等级的混凝土，在施工时用南非30 MPa等级的混凝土是不合适的。

表1 中国标准的几种常用混凝土抗压强度设计值

表2 南非标准的几种常用混凝土抗压强度设计值

3 工程应用实例

以2012年为业主SAMANCOR设计的南非余热发电工程为例。业主SAMANCOR提供设计参数，其中，最大风速为144 km/h，风速是按南非标准测得的而设计按中国规范设计。所以在设计时，我们需要将按南非标准测量的风速转换成中国标准的风速，用来计算基本风压w0输入到基于中国规范编制的结构计算软件中;同时两国之间混凝土抗压强度等级的规定有差异，且计算时采用中国标准的设计软件PKPM，所以在出施工图时，需将国内的混凝土强度等级换成南非标准的混凝土强度等级，如直接套用会使工程结构不安全。

1)风速转换:

2)混凝土抗压等级替换。

设计计算时，采用中国标准C35的混凝土，而施工图中采用南非标准的40 MPa等级的混凝土替代。

参见表1国内标准C35混凝土抗压强度设计值fc:

南非标准40 MPa混凝土抗压强度设计值fc:

由此可见，南非标准40 MPa等级的混凝土与中国标准C35混凝土最为接近，且抗压强度不低于C35混凝土。所以施工时，可以采用南非标准40 MPa等级的混凝土替代我国混凝土规范规定的C35混凝土。

4 结语

因对风速的定义和测量时距的不同，导致了中国、南非在风速上取值不一致，且每个国家的结构计算软件都是基于本国的设计规范编制的，所以在结构设计时，须输入符合各国规范规定的设计参数。由上面的工程实例可知，因风速的测量时距不一样，同一个地方，南非标准的风速是中国标准定义风速的1.42倍。如若我们在做具体的南非工程时，并未将南非业主提供的风速转换为中国标准规定的风速而直接套用，将造成工程严重的浪费。同时，南非和中国规范规定混凝土强度等级也是不一致的，如果直接按照国内计算中采用的混凝土强度等级来施工，会造成工程的不安全。

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

[2]GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

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

[4]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

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

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