崔學宇 舒 濤 孫曉彥

(1.杭州中聯(lián)筑境建筑設計有限公司，浙江 杭州 310011； 2.北京清華同衡規(guī)劃設計研究院有限公司，北京 100085)

0 引言

歐洲結構規(guī)范是由歐洲共同體委員會提出建立的一套統(tǒng)一協(xié)調(diào)的技術規(guī)范，由“結構歐洲規(guī)范”技術委員會編寫，已從2002年開始陸續(xù)發(fā)布。本套規(guī)范共分九大項(EN 1991-EN 1999),涵蓋了常用工業(yè)和民用建筑設計的各個方面。隨著歐盟一體化的進程，歐洲建筑行業(yè)規(guī)范的影響力在世界范圍內(nèi)逐步擴大。

《EN 1990—2002 結構設計基礎》(簡稱：EN 1990)是整套歐洲結構設計規(guī)范的總則，闡明了結構在安全性、適用性和耐久性方面的基本設計原理，給出了設計方法、設計流程、可靠度等方面的原則規(guī)定，明確了歐洲規(guī)范體系中的基本概念，定義了主要設計參數(shù)。

在我國的結構規(guī)范體系中，與EN 1990對應的規(guī)范主要有：

1)GB 50068—2001 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準(簡稱：GB 50068);

2)GB 50153—2008 工程結構可靠性設計統(tǒng)一標準(簡稱：GB 50153);

3)GB 50009—2012 建筑結構荷載規(guī)范(簡稱：GB 50009)。

本文著重對比了中國和歐洲結構規(guī)范中作用及作用效應、設計狀態(tài)、極限狀態(tài)，以及分項系數(shù)法方面的異同。希望能對結構技術人員在參與采用歐洲規(guī)范的工程時有所幫助。

1 作用及作用效應

作用是指施加在結構上的一組荷載，或是由于溫濕度變化、不均勻沉降及地震等引起的位移或加速度。作用效應是指作用在結構構件上產(chǎn)生的效應，例如：內(nèi)力、力矩、應力、應變等?；蚴亲饔迷谡麄€結構上產(chǎn)生的效應，如：變形、裂縫、屈曲等。EN 1990中的作用分為了五大類，詳見表1。

表1 EN 1990作用的分類定義及說明

GB 50068中結構作用的分類原則按時間、空間和反應特點分為三大類，詳見表2。分類名稱和定義與EN 1990基本一致，只是欠缺了按作用的來源分類。EN 1990對于地震作用、雪荷載、水流作用這三種特殊情況的說明也是GB 50068中不具備的。

表2 GB 50068作用的分類定義及說明

EN 1990中給出了七種結構作用：自重和外荷載、風荷載、雪荷載、火災作用、溫度作用、施工作用和偶然作用。GB 50009中在此基礎上多出了工業(yè)建筑的吊車荷載，但缺少火災作用，說明我國在抗火技術方面還落后于國際先進水平。

2 設計狀態(tài)

EN 1990中結構設計狀態(tài)的定義詳見表3，分類示意詳見圖1。設計狀態(tài)的選擇應全面考慮結構所處的環(huán)境，覆蓋所有可預期的，在施工和使用階段可能出現(xiàn)的情況，并保證在這些情況下能滿足結構功能的要求。

表3 EN 1990的結構設計狀態(tài)定義

GB 50068給出了三種設計狀態(tài)：持久狀態(tài)、短暫狀態(tài)和偶然狀態(tài)，定義和EN 1990類似，詳見表4。只是沒有把地震作用當做一種設計狀態(tài)。

表4 GB 50068的結構設計狀態(tài)定義

設計狀態(tài)定義持久狀況在結構使用過程中一定出現(xiàn),其持續(xù)期很長的狀況。持續(xù)期一般與設計使用年限為同一數(shù)量級短暫狀況在結構施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大,而與設計使用年限相比,持續(xù)期很短的狀況,如施工和維修等偶然狀況在結構使用過程中出現(xiàn)概率很小,且持續(xù)期很短的狀況,如火災、爆炸、撞擊等

3 極限狀態(tài)

極限狀態(tài)是指結構可能出現(xiàn)的一種臨界狀態(tài)。當結構或構件超過了某一特定的狀態(tài)，就無法滿足設計規(guī)定的某一功能要求時，此狀態(tài)即為該功能對應的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

3.1 承載能力極限狀態(tài)

EN 1990定義的承載能力極限狀態(tài)是指結構或構件達到極限承載力時的狀態(tài)。主要包括:與人員及結構安全相關的狀態(tài),對重要部位進行保護的狀態(tài)，結構變?yōu)闄C構而倒塌前的狀態(tài)。需要進行承載能力極限狀態(tài)驗算的情況包括：結構整體或某一部分失去平衡；由于變形導致結構體系轉化、斷裂、失穩(wěn)而引起破壞；由于疲勞等時間效應引起的破壞。

EN 1990的原則僅用于承載能力和正常使用極限狀態(tài)的計算，包括用等效準靜態(tài)荷載和動力放大系數(shù)評估動態(tài)效應的情況，如風荷載或交通荷載。承載能力極限狀態(tài)共分為四種，詳見表5。

表5 EN 1990承載能力極限狀態(tài)的分類

GB 50068中承載能力極限狀態(tài)的定義與EN 1990基本一致，但沒有再進一步分類。在分項系數(shù)的規(guī)定中，對某些情況進行了區(qū)分。比如根據(jù)恒載或活載對結構的承載能力是否有利，分別給出不同的分項系數(shù)。中歐規(guī)范的系數(shù)取值不盡相同。在EN 1991和GB 50009中有更為詳細的規(guī)定。

3.2 正常使用極限狀態(tài)

EN 1990定義的正常使用極限狀態(tài)是結構或構件不能滿足設計使用要求的狀態(tài)，分為可逆和不可逆的兩種。主要區(qū)別是：當作用不存在時，此前產(chǎn)生的超過規(guī)定的情況能否完全消失。正常使用極限狀態(tài)主要包括：結構或構件在正常使用下的功能、舒適度和外觀。需要進行正常使用極限狀態(tài)驗算的情況包括：影響使用功能，導致表面或非結構構件破壞的變形；感到不舒適或影響使用功能的振動；對外觀、耐久性或功能產(chǎn)生不利影響的損壞。

在GB 50068中，正常使用極限狀態(tài)的內(nèi)容和EN 1990類似，主要包括：正常使用或外觀的變形，正常使用或耐久性的局部損壞(包括裂縫)，正常使用的振動以及其他特定狀態(tài)。但都沒區(qū)分可逆和不可逆狀態(tài)，在作用組合、變形計算時也就沒有對應的規(guī)定和公式。

4 分項系數(shù)法

歐洲規(guī)范和我國規(guī)范都采用了分項系數(shù)法來考慮荷載作用。對所有設計狀態(tài)，當采用作用、作用效應和抗力的設計值時，應保證每種相關極限狀態(tài)都不超過限值。對于選定的設計狀態(tài)和極限狀態(tài)，臨界荷載狀況下的單個作用應按規(guī)定組合，不同時發(fā)生的作用不能一起組合。設計值應通過標準值或其他代表值得到，并與各自的分項系數(shù)和其他系數(shù)聯(lián)合使用。對于按概率統(tǒng)計方法直接確定設計值的極限狀態(tài)，應與采用分項系數(shù)時具有相同的可靠度。

EN 1990和GB 50068在分項系數(shù)法的應用原則上是大體一致的，但在分項系數(shù)的取值，承載能力極限狀態(tài)的細分，基本組合的種類等方面存在較大的差異。比如在荷載分項系數(shù)方面，GB 50009中荷載分項系數(shù)的取值略偏小于EN 1990中的STR：不利時的恒載分項系數(shù)在EN 1990中是1.35，GB 50009中是1.2(恒載起控制作用時是1.35)；活載分項系數(shù)在EN 1990中是1.5，GB 50009中是1.4。分項系數(shù)是反映設計可靠度最直觀的指標，綜合考慮中歐規(guī)范中荷載和材料分項系數(shù)的影響可知，兩者在可靠度水平上基本一致，歐洲規(guī)范略高一點。

EN 1990并不強制規(guī)定荷載和材料的分項系數(shù)，僅給出一些推薦值，歐盟各國可根據(jù)自身情況相應調(diào)整，這樣更能適應新材料、新技術發(fā)展進步的需要。而我國規(guī)范則直接給出具體數(shù)值，雖簡單明確，但缺乏靈活性。

5 結語

現(xiàn)行歐洲規(guī)范的應用不僅僅局限于歐盟成員國，很多發(fā)展中國家在建筑結構規(guī)范體系的建設上，往往借鑒了西方發(fā)達國家的成熟經(jīng)驗和技術成果，或者選擇直接拿來用。我國設計規(guī)范在編制和更新中也受到了歐美規(guī)范的影響和啟發(fā)。通過中歐結構設計規(guī)范的對比分析，能夠讓我們發(fā)現(xiàn)各自的優(yōu)勢和不足，取長補短，不斷改進完善我國的規(guī)范體系。希望能夠?qū)υO計和施工企業(yè)中的專業(yè)技術人員學習和應用國際先進標準規(guī)范有所幫助。