中欧结构规范中作用和设计状态异同的辨析

崔学宇 舒 涛 孙晓彦

(1.杭州中联筑境建筑设计有限公司，浙江 杭州 310011； 2.北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京 100085)

0 引言

欧洲结构规范是由欧洲共同体委员会提出建立的一套统一协调的技术规范，由“结构欧洲规范”技术委员会编写，已从2002年开始陆续发布。本套规范共分九大项(EN 1991-EN 1999),涵盖了常用工业和民用建筑设计的各个方面。随着欧盟一体化的进程，欧洲建筑行业规范的影响力在世界范围内逐步扩大。

《EN 1990—2002 结构设计基础》(简称：EN 1990)是整套欧洲结构设计规范的总则，阐明了结构在安全性、适用性和耐久性方面的基本设计原理，给出了设计方法、设计流程、可靠度等方面的原则规定，明确了欧洲规范体系中的基本概念，定义了主要设计参数。

在我国的结构规范体系中，与EN 1990对应的规范主要有：

1)GB 50068—2001 建筑结构可靠度设计统一标准(简称：GB 50068);

2)GB 50153—2008 工程结构可靠性设计统一标准(简称：GB 50153);

3)GB 50009—2012 建筑结构荷载规范(简称：GB 50009)。

本文着重对比了中国和欧洲结构规范中作用及作用效应、设计状态、极限状态，以及分项系数法方面的异同。希望能对结构技术人员在参与采用欧洲规范的工程时有所帮助。

1 作用及作用效应

作用是指施加在结构上的一组荷载，或是由于温湿度变化、不均匀沉降及地震等引起的位移或加速度。作用效应是指作用在结构构件上产生的效应，例如：内力、力矩、应力、应变等。或是作用在整个结构上产生的效应，如：变形、裂缝、屈曲等。EN 1990中的作用分为了五大类，详见表1。

表1 EN 1990作用的分类定义及说明

GB 50068中结构作用的分类原则按时间、空间和反应特点分为三大类，详见表2。分类名称和定义与EN 1990基本一致，只是欠缺了按作用的来源分类。EN 1990对于地震作用、雪荷载、水流作用这三种特殊情况的说明也是GB 50068中不具备的。

表2 GB 50068作用的分类定义及说明

EN 1990中给出了七种结构作用：自重和外荷载、风荷载、雪荷载、火灾作用、温度作用、施工作用和偶然作用。GB 50009中在此基础上多出了工业建筑的吊车荷载，但缺少火灾作用，说明我国在抗火技术方面还落后于国际先进水平。

2 设计状态

EN 1990中结构设计状态的定义详见表3，分类示意详见图1。设计状态的选择应全面考虑结构所处的环境，覆盖所有可预期的，在施工和使用阶段可能出现的情况，并保证在这些情况下能满足结构功能的要求。

表3 EN 1990的结构设计状态定义

GB 50068给出了三种设计状态：持久状态、短暂状态和偶然状态，定义和EN 1990类似，详见表4。只是没有把地震作用当做一种设计状态。

表4 GB 50068的结构设计状态定义

设计状态定义持久状况在结构使用过程中一定出现,其持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级短暂状况在结构施工和使用过程中出现概率较大,而与设计使用年限相比,持续期很短的状况,如施工和维修等偶然状况在结构使用过程中出现概率很小,且持续期很短的状况,如火灾、爆炸、撞击等

3 极限状态

极限状态是指结构可能出现的一种临界状态。当结构或构件超过了某一特定的状态，就无法满足设计规定的某一功能要求时，此状态即为该功能对应的极限状态。极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

3.1 承载能力极限状态

EN 1990定义的承载能力极限状态是指结构或构件达到极限承载力时的状态。主要包括:与人员及结构安全相关的状态,对重要部位进行保护的状态，结构变为机构而倒塌前的状态。需要进行承载能力极限状态验算的情况包括：结构整体或某一部分失去平衡；由于变形导致结构体系转化、断裂、失稳而引起破坏；由于疲劳等时间效应引起的破坏。

EN 1990的原则仅用于承载能力和正常使用极限状态的计算，包括用等效准静态荷载和动力放大系数评估动态效应的情况，如风荷载或交通荷载。承载能力极限状态共分为四种，详见表5。

表5 EN 1990承载能力极限状态的分类

GB 50068中承载能力极限状态的定义与EN 1990基本一致，但没有再进一步分类。在分项系数的规定中，对某些情况进行了区分。比如根据恒载或活载对结构的承载能力是否有利，分别给出不同的分项系数。中欧规范的系数取值不尽相同。在EN 1991和GB 50009中有更为详细的规定。

3.2 正常使用极限状态

EN 1990定义的正常使用极限状态是结构或构件不能满足设计使用要求的状态，分为可逆和不可逆的两种。主要区别是：当作用不存在时，此前产生的超过规定的情况能否完全消失。正常使用极限状态主要包括：结构或构件在正常使用下的功能、舒适度和外观。需要进行正常使用极限状态验算的情况包括：影响使用功能，导致表面或非结构构件破坏的变形；感到不舒适或影响使用功能的振动；对外观、耐久性或功能产生不利影响的损坏。

在GB 50068中，正常使用极限状态的内容和EN 1990类似，主要包括：正常使用或外观的变形，正常使用或耐久性的局部损坏(包括裂缝)，正常使用的振动以及其他特定状态。但都没区分可逆和不可逆状态，在作用组合、变形计算时也就没有对应的规定和公式。

4 分项系数法

欧洲规范和我国规范都采用了分项系数法来考虑荷载作用。对所有设计状态，当采用作用、作用效应和抗力的设计值时，应保证每种相关极限状态都不超过限值。对于选定的设计状态和极限状态，临界荷载状况下的单个作用应按规定组合，不同时发生的作用不能一起组合。设计值应通过标准值或其他代表值得到，并与各自的分项系数和其他系数联合使用。对于按概率统计方法直接确定设计值的极限状态，应与采用分项系数时具有相同的可靠度。

EN 1990和GB 50068在分项系数法的应用原则上是大体一致的，但在分项系数的取值，承载能力极限状态的细分，基本组合的种类等方面存在较大的差异。比如在荷载分项系数方面，GB 50009中荷载分项系数的取值略偏小于EN 1990中的STR：不利时的恒载分项系数在EN 1990中是1.35，GB 50009中是1.2(恒载起控制作用时是1.35)；活载分项系数在EN 1990中是1.5，GB 50009中是1.4。分项系数是反映设计可靠度最直观的指标，综合考虑中欧规范中荷载和材料分项系数的影响可知，两者在可靠度水平上基本一致，欧洲规范略高一点。

EN 1990并不强制规定荷载和材料的分项系数，仅给出一些推荐值，欧盟各国可根据自身情况相应调整，这样更能适应新材料、新技术发展进步的需要。而我国规范则直接给出具体数值，虽简单明确，但缺乏灵活性。

5 结语

现行欧洲规范的应用不仅仅局限于欧盟成员国，很多发展中国家在建筑结构规范体系的建设上，往往借鉴了西方发达国家的成熟经验和技术成果，或者选择直接拿来用。我国设计规范在编制和更新中也受到了欧美规范的影响和启发。通过中欧结构设计规范的对比分析，能够让我们发现各自的优势和不足，取长补短，不断改进完善我国的规范体系。希望能够对设计和施工企业中的专业技术人员学习和应用国际先进标准规范有所帮助。