陳紹隆，徐建，徐華冰

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

隨著“一帶一路”倡議的逐步落實，越來越多的國內(nèi)企業(yè)參與到“一帶一路”沿線國家的投資與建設(shè)當(dāng)中。印度尼西亞作為東南亞地區(qū)的發(fā)展中大國，幅員遼闊，且人口眾多，是“一帶一路”上的重要一環(huán)，也是不少中資企業(yè)投資的重要目的國。目前，中國在印度尼西亞的建設(shè)工程項目多是由中方負(fù)責(zé)設(shè)計、采購、施工、試運(yùn)行等全過程的EPC總承包項目。在中國現(xiàn)行規(guī)范中，主要采用的是抗震設(shè)防烈度、設(shè)計基本地震加速度和基本風(fēng)壓等參數(shù)。而在歐美的規(guī)范體系中，使用的是地震動參數(shù)和基本風(fēng)速等概念。

然而，在這些項目設(shè)計施工過程中，設(shè)計人員經(jīng)常會遇到當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與國內(nèi)不一致的情況。因此，需要在設(shè)計前對不同體系規(guī)范中的不同參數(shù)進(jìn)行換算，以使設(shè)計可以在某一指定的標(biāo)準(zhǔn)體系下進(jìn)行。以建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，地震動參數(shù)及風(fēng)荷載參數(shù)是必須確定的關(guān)鍵參數(shù)，否則結(jié)構(gòu)設(shè)計無法保證建筑在建設(shè)場地的安全性。國內(nèi)外參數(shù)取值所使用的公式和方法存在差異，如不注意換算會造成結(jié)構(gòu)設(shè)計安全問題，因此應(yīng)謹(jǐn)慎對待。本文以某國內(nèi)企業(yè)在印度尼西亞的EPC總承包項目為例，解讀印度尼西亞當(dāng)?shù)匾?guī)范中的地震動參數(shù)、基本風(fēng)速等相關(guān)參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成中國現(xiàn)行規(guī)范中的抗震設(shè)防烈度、設(shè)計基本地震加速度值和基本風(fēng)壓，探討如何利用兩國規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，互為校核，使設(shè)計成果滿足安全性和合規(guī)性的雙重要求。

1 項目背景

某項目位于印度尼西亞西努沙登加拉省的松巴哇島，項目總承包方為中國某公司。項目總占地面積598 783 m2，建筑面積125 322 m2。整個廠區(qū)分為兩個區(qū)域，一個廠區(qū)位于港口，主要用于設(shè)置倉庫；另一個廠區(qū)位于離港口約2.5 km的內(nèi)陸，是主要廠區(qū)，大部分建構(gòu)筑物在此廠區(qū)的。兩個廠區(qū)之間通過輸送管線和皮帶廊連接。該廠屬大型工業(yè)項目，建（構(gòu)）筑物有約130個，主要單體的結(jié)構(gòu)形式有單層門式剛架結(jié)構(gòu)、多高層鋼框架結(jié)構(gòu)、多高層鋼框架+柱間支撐結(jié)構(gòu)以及鋼框排架結(jié)構(gòu)等。該公司經(jīng)與業(yè)主溝通，達(dá)成協(xié)議，確定項目設(shè)計、施工采用中國規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

2 地震動參數(shù)取值

地震動參數(shù)的取值是多層或高層鋼框架+支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個非常重要的設(shè)計參數(shù)。尤其是在工業(yè)廠房中，大型設(shè)備位于廠房的高樓層處，水平地震作用對結(jié)構(gòu)影響很大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計多采用地震作用組合控制，高烈度地區(qū)尤其如此。

工業(yè)廠房中單層門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)和鋼框架+排架的結(jié)構(gòu)形式使用比較普遍。其中，單層門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)主要用于倉庫類建筑。其結(jié)構(gòu)形式抗震性能良好，變形或位移限制相對寬松，風(fēng)荷載對單層的門式剛架起控制作用，因此基本風(fēng)壓在門式剛架的結(jié)構(gòu)中是非常關(guān)鍵的參數(shù)。鋼框架+排架的結(jié)構(gòu)形式，即底部2～3層為鋼框架，上部由于工藝需求配置行車，從而形成排架結(jié)構(gòu)。對于這種結(jié)構(gòu)形式，地震作用和風(fēng)荷載均有可能成為控制作用，需要結(jié)合工程實際具體計算分析。

2.1 建設(shè)地條件

根據(jù)業(yè)主提供的建設(shè)地條件，中方團(tuán)隊掌握到以下參數(shù)：1）場地風(fēng)險類別為II；2）重要性系數(shù)為1.0；3）抗震設(shè)計類為D類；4）地面峰值加速度為0.5 g；5）MCER—響應(yīng)譜最大為1.1 g。

業(yè)主提供的投標(biāo)階段工程地質(zhì)勘察報告中提及“在提議的+15 m的廠房最終地面高程區(qū)域內(nèi)，計算出的平均SPTs（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗）表明，有9個鉆孔點被劃分為場地級SE(軟土壤)，22個鉆孔為立地級SD(中等土壤)，7個鉆孔為立地級SC(硬土或軟巖)。在提議的+19 m的廠房最終地面標(biāo)高區(qū)域內(nèi)，有1個鉆孔點被劃分為Site Class SE(BH-X1)，2個鉆孔點被劃分為SD(BH-X2和BH-X4)，1個鉆孔點被劃分為SC（BH-X3）”。根據(jù)上述內(nèi)容，可以確定該項目大部分場地類別為SD類(中等土壤)。

2.2 地震動參數(shù)的計算

地震動參數(shù)的計算有3種計算方法，可互相驗證計算結(jié)果，以保證參數(shù)取值的準(zhǔn)確。

2.2.1 計算方法1

可根據(jù)羅開海、王亞勇的《中美歐抗震設(shè)計規(guī)范地震動參數(shù)換算關(guān)系的研究》[1]一文中提出的中美歐抗震設(shè)計規(guī)范地震動參數(shù)換算關(guān)系公式進(jìn)行計算。

式中：Acc為中國規(guī)范Ⅱ類場地上475年重現(xiàn)期地震基本地面運(yùn)動峰值加速度；Tg為與美國規(guī)范IBC—2003中的C類或D類場地相對應(yīng)的Ⅱ類場地的反應(yīng)譜特征值。Fa為反應(yīng)譜短周期段場地系數(shù)；Fv為反應(yīng)譜長周期段場地系數(shù)；γus為2 500年重現(xiàn)期（50年超越概率2%）的0.2 s譜加速度與475年重現(xiàn)期（50年超越概率10%）的0.2 s譜加速度的比值；S1為反應(yīng)譜1 s處B類土，阻尼比為5%的最大考慮地震（重現(xiàn)期為2 475年）下加速度反應(yīng)譜值；Ss為反應(yīng)譜0.2 s處B類土，阻尼比為5%的最大考慮地震（重現(xiàn)期為2 475年）下加速度。

公式中各相關(guān)參數(shù)獲得如下：

1）S1、Ss。業(yè)主提供的資料《項目現(xiàn)場地震危險性分析報告》中顯示，見表1。

表1 平均5%阻尼幾何平均水平加速度 g

根據(jù)參數(shù)定義，從表1中可以查出S1=0.395 g，Ss=1.459 g。

2）Fa、Fv。根據(jù)美國荷載規(guī)范《建筑物和其他結(jié)構(gòu)最小設(shè)計荷載》（ASCE 7-16）表11.4-1，查得場地系數(shù)Fa=1.0（場地類別為D類）。根據(jù)ASCE 7-16表11.4-2查得場地系數(shù)Fv=1.905（場地類別為D類）。短周期場地系數(shù)Fa、長周期場地系數(shù)Fv相關(guān)取值見表2、表3。

表2 短周期場地系數(shù)Fa

表3 長周期場地系數(shù)Fv

注：1）參閱ASCE/SEI 7-16第11.4.8節(jié)對特定場地的地面運(yùn)動的要求。

3）γUs。根據(jù)表1，γUs為2 500年重現(xiàn)期（50年超越概率2%）的0.2 s譜加速度為1.459g，475年重現(xiàn)期（50年超越概率10%）的0.2 s譜加速度為0.802g。γUs=1.459/0.802=1.819。

根據(jù)上述參數(shù)計算得：Acc=0.32 g，Tg=0.516 s。

2.2.2 計算方法2

方法2同樣根據(jù)式（1）、式（2）進(jìn)行計算，但參數(shù)選取方式有所不同。1）通過當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)站提供的資料，可以查出以下參數(shù)：S1=0.416 5 g；Ss=1.061 6 g；PGA=0.480 2 g。2）根據(jù)總包方提供的資料，查表得Fa=1.075，F(xiàn)v=1.883 5。3）根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中規(guī)定國際上統(tǒng)一將γUs=1.5。根據(jù)式（1）、式（2）計算得：Acc=0.304 g；Tg=0.687 4 s。

2.2.3 計算方法3

2000年以后的《國際建筑規(guī)范》IBC系列，采用以50年超越概率2%來定義的最大考慮地震作為極限地震，并以此進(jìn)行全美國的地震動區(qū)劃；以最大考慮地震的2/3(1.5的倒數(shù)）作為設(shè)計地震，使美國的防倒塌水平達(dá)到統(tǒng)一[1]。

據(jù)此，設(shè)計人員只需從總承包方或業(yè)主方得到PGA，就可以直接計算出設(shè)計地震加速度值。根據(jù)總承包方通過當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)網(wǎng)站提供的資料，可以查出項目地點的參數(shù)PGA值為0.480 2 g，則相應(yīng)設(shè)計地震的地面加速度值為0.480 2×2/3=0.320 1 g。

2.3 分析結(jié)果

該項目《巖土工程勘察報告》提到“平均峰值基巖加速度為0.32 g，持續(xù)時間為19～26 s，推薦用于地震穩(wěn)定性分析”。這相當(dāng)于《統(tǒng)一建筑規(guī)范》(UBC)地震帶3的指定，其相關(guān)加速度為0.3 g。

綜上分析，得出以下結(jié)論：項目結(jié)構(gòu)設(shè)計按中國現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計，抗震設(shè)防烈度可以取值為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.3 g。

3 風(fēng)荷載參數(shù)取值

3.1 基本風(fēng)速資料依據(jù)核證

根據(jù)業(yè)主提供的建設(shè)地條件資料，基本風(fēng)速為34.7 m/s，但是此基本風(fēng)速的來源條件并沒有描述，若簡單地參考國內(nèi)的海邊城市的建設(shè)經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，顯然無理論依據(jù)，因此在設(shè)計前首先需弄清此基本風(fēng)速是在哪種條件下測得的：是依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）相關(guān)要求，按離地10 m高，觀測時距為10 min的自記，平均年最大風(fēng)速數(shù)據(jù)，且經(jīng)統(tǒng)計分析確定為重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速；還是依據(jù)ASCE 7-16，按地面粗糙類別為C、距地面10 m高度處、時距 為3 s等條件測得的風(fēng)速值。

若是按中國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)測得，那么根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.1.2條條文說明中的公式ω0=v02/1 600，可計算出基本風(fēng)壓值ω0=0.753 kN/m2。若是按美國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)測得，根據(jù)《論述中美風(fēng)荷載的換算關(guān)系》一文中的換算公式V中=0.7V美，計算得V中=24.29 m/s，ω0中=v02/1 600=0.369 kN/m2。二者有較大差距。

根據(jù)后期業(yè)主有關(guān)基本風(fēng)速的回復(fù)郵件可知：1）他們的參考文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)主要為《建筑和其他結(jié)構(gòu)的最小設(shè)計荷載》（SNI-1727）、澳大利亞規(guī)范《亞太地區(qū)設(shè)計風(fēng)速》（HB-212-2002）、J.D.Holmes的著作Wind Loading on Structures。2）根據(jù)SNI 1727,基本風(fēng)速是在觀測時距為3 s陣風(fēng)速度觀測高度高出地面10 m,地面粗糙類別為C類的條件下測得，這個基本風(fēng)速由授權(quán)機(jī)構(gòu)根據(jù)建構(gòu)筑物的風(fēng)險類別確定，因為印尼當(dāng)?shù)貨]有任何有關(guān)的描述圖。3）業(yè)主方用HB-212-2002計算了印度尼西亞許多地方的基本風(fēng)速。根據(jù)文獻(xiàn)，整個印度尼西亞地區(qū)的基本風(fēng)速為34.7 m/s，重現(xiàn)期約為100 a。然而，如果考慮50年的重現(xiàn)期，該值減少到32.1 m/s。4）在J.D.Holmes的書中，印度尼西亞處于極端風(fēng)級的第I區(qū)，基本風(fēng)速取為35 m/s。5）根據(jù)SNI-1727/ASCE-7進(jìn)行風(fēng)荷載計算時，建議參考RFP規(guī)定的基本風(fēng)速34.7 m/s。

從上述信息可以明確，基本風(fēng)速是根據(jù)美國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)測得，轉(zhuǎn)換成中國現(xiàn)行規(guī)范的基本風(fēng)壓為0.37 kN/m2。

3.2 分析結(jié)論

由于項目地點位于海邊，考慮國內(nèi)設(shè)計團(tuán)隊對當(dāng)?shù)貙嶋H情況并不是十分了解，最主要的設(shè)計依據(jù)是總包方以及業(yè)主方的郵件回復(fù)，因此對基本風(fēng)壓的取值比較有顧慮。相較于中國國內(nèi)的海邊城市而言，基本風(fēng)壓取值為0.37 kN/m2，取值偏小，甚至小于國內(nèi)內(nèi)陸城市的取值。

但經(jīng)查閱相關(guān)資料[3]，設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)該地區(qū)位于赤道無風(fēng)帶，這就解決了有關(guān)項目地點位于海邊，基本風(fēng)壓卻取值為0.37 kN/m2疑慮。赤道無風(fēng)帶是出現(xiàn)在赤道附近對流層底層風(fēng)向多變的弱風(fēng)或無風(fēng)帶，一般位于赤道附近南、北緯5°之間的地帶。這里太陽終年近乎直射，是地表年平均氣溫最高的地帶。該地帶溫度的水平分布比較均勻，水平氣壓梯度很小，氣流以輻合上升為主，風(fēng)速微弱。本項目所在地松巴哇島位于東經(jīng)116°45′32.2′′，南緯8°55′12.95′′，從地理位置上看位于近赤道，鄰近赤道無風(fēng)帶。

綜合考慮，本項目結(jié)構(gòu)設(shè)計按中國現(xiàn)行規(guī)范，基本風(fēng)壓建議取0.40 kN/m2。

4 結(jié)論

綜上所述，設(shè)計人員應(yīng)該在結(jié)合工程實際的前提下，相對保守地取值。結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)不能僅憑經(jīng)驗判斷進(jìn)行取值，尤其是重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，需要找到確鑿的信息和規(guī)范依據(jù)，甚至是通過多種方法互相驗證，才能保證設(shè)計參數(shù)的準(zhǔn)確性。