强制性工程建设规范及其在结构设计中的应用

■ 中石化江汉石油工程设计有限公司 王欣 吴刚

2015年，国务院印发《深化标准化工作改革方案》，部署改革标准体系和标准化管理体制，深化标准化工作改革；2016年，住建部发布 《关于深化工程建设标准化工作改革的意见》，进一步改革工程建设标准体制，健全标准体系，完善工作机制，工程建设类的标准化改革工作步入实施阶段。5年多来，经过全体规范研究与编制者的共同努力，住建部于2021年开始陆续发布了一批全文强制性规范，其中工程结构类的规范编号靠前、数量较多，这充分说明保证工程结构安全、环保、经济适用对于工程建设的重要性。从已发布的结构类强制性规范的内容来看，规范体系和具体要求都与原有结构类规范存在较大差别，需要结构从业者对此进行详尽分析总结，以保证新规范在工程实践应用中的顺利过渡。

强制性工程建设规范概述

规范分类

强制性工程建设规范体系覆盖工程建设领域各类建设工程项目，分为工程项目类规范和通用技术类规范两种类型。工程项目类规范以工程建设项目整体为对象，如《燃气工程项目规范》《油田地面工程项目规范》《输气管道工程项目规范》等；通用技术类规范以实现工程建设项目功能性能要求的各专业通用技术为对象，如《工程结构通用规范》《管道穿越和跨越工程通用规范》《厂区工业设备和管道工程通用规范》等。

在强制性工程建设规范体系中，项目类规范为主干，通用类规范是对各类项目通用的专业性关键技术措施的规定。

发布情况

从2017年开始，强制性工程建设规范进入住建部每年度的“工程建设规范标准编制及相关工作计划”，在经过研编和制订、征求意见和审查等阶段后，于2021年7月正式发布第一批，此后陆续发布，至2022年1月已正式发布22本。

从发布的情况来看，工程结构类通用规范占比约45%，体现了工程结构的安全环保是工程建设中需要首先保证的底线要求，也说明工程结构类规范是保障其他通用规范与项目规范顺利实施的基础性规范。

除了正式发布的规范之外，还有一大批强制性工程建设规范正处在征求意见或者已经结束征求意见阶段，截至目前共有94本，其中通用类规范约占40%、项目类规范约占60%，涵盖了各行业的工程建设项目和通用技术。另外，根据住建部的标准编制工作计划，还有更多的强制性工程建设规范正在研究和编制当中。

实施要求

随着强制性工程建设规范的发布，住建部对此类规范的实施提出了具体要求，主要包括以下几个方面：一是在工程建设项目的全过程中都需要严格执行；二是如果不改变使用功能，既有建筑在改造时采用强制性规范很困难的情况下，可以采用不低于原有的标准；三是其他的推荐性标准一般情况下也应当执行；四是可以合理地选用团体标准和企业标准以提高建设水平，但是必须先以满足强制性规范为前提；五是强制性规范实施后，目前的各种强制性条文被废止。目前的条文如果不符合强制性规范，则需要修订。

工程结构强制性规范内容

主要特点

已发布的工程结构强制性规范都是基础性的结构规范，包括了对结构的通用要求、抗震要求、地基基础要求、维护与加固要求以及对各种结构形式如混凝土、砌体、钢结构、木结构、组合结构的基本要求。总体来说，这些规范的内容呈现以下共同特点：

一是对散落在各个原有工程建设标准中的强制性条文进行了梳理，将仍需要强制执行的条文保留，将重要的条文从非强制转变为强制性条文，将不需要作为强条的不再收入全文强制性规范，需要修订的强条在进行合适的修订后列入，新规范发布的同时废止原有的零散强条。

二是将不同领域具有同一性质的强条进行合并，列入新的规范，同样的强条内容在相关联的其他规范中不再重复。

三是新的规范发布之后，那些包含废止强条的原有规范并未被全部废止，仍将在进行局部修订后作为推荐性标准执行。

四是新规范中的条文以原则性要求为主、具体要求为辅，仅对那些影响较大、后果严重的事项提出底线控制的具体要求。

五是原有规范体系中一般对工程各个阶段如设计、施工、验收等分别编写规范，而新的全文强制性规范将关联紧密的各阶段要求合并，覆盖工程建设的全过程。

工程结构通用规范内容

工程结构通用规范的内容主要来自原有的各类结构可靠性标准以及各类结构荷载规范，将分别用于建筑、公路、港口等的结构要求进行了合并。与原有的规范相比，本规范在以下几个方面做了修订：

一是作用组合的分项系数在与《建筑结构可靠性设计统一标准》保持基本一致的同时，将原结构荷载规范中对于工业房屋楼面活载大于4kN/m2的情况重新加入，此时活载的分项系数为1.4，大于荷载规范的1.3，小于可靠性标准的1.5。

二是民用建筑的楼面活荷载标准值做了较大调整（表1），并对组合值、频遇值、准永久值局部调整。

表1 民用建筑活荷载标准值调整

三是对汽车通道及停车库活荷载进行综合调整；屋顶运动场地活荷载标准值由3.0kN/m2调整为4.5kN/m2；屋面活载取消了不同类型结构按有关规范且不低于0.3kN/m2的规定；中小学校栏杆水平荷载1.0kN/m2调整为1.5kN/m2。

四是对于主体结构和围护结构的风荷载进行统一规定，并对主体结构和围护结构风载放大系数均设置了最低值。

建筑与市政工程抗震通用规范内容

抗震通用规范的内容主要来自原有的抗震设防标准以及建筑与市政工程的抗震设计规范，将分别用于建筑与市政的强制性抗震要求均予以纳入。与原有的规范相比，本规范在以下几个方面做了修订：

一是在地震作用基本组合中，地震作用的分项系数由1.3调整为1.4，其他永久作用和可变作用的组合按照工程结构通用规范取值。

二是要求所有结构都要进行截面抗震验算，取消了可不进行截面验算的例外情况，砌体结构中自承重墙承载力抗震调整系数由1.0减少为0.7。

三是在原抗震设计规范关于多遇和罕遇地震下水平地震影响系数的规定基础上，加入了抗震性能化设计中设防地震下的水平地震影响系数。

四是原有规定一级框架时混凝土强度不低于C30，现在提高到二级框架时就要满足最低强度C30；原有规定砌体中的构造柱、圈梁等混凝土构件最低强度C20提高到C25。

五是对于各类结构形式的抗震构造做法根据重要性纳入各类结构形式的通用规范或者取消强条要求。

地基基础及各结构形式的通用规范内容

作为工程结构的主要分部工程，地基基础以及各种形式的上部结构是结构物最重要的组成部分，与之对应，强制性规范体系中均编制了相应的规范。地基基础是把建筑与市政工程的地基基础要求合并成《建筑与市政地基基础通用规范》，对各种结构形式则是按照主体结构所采用的材料分为《混凝土结构通用规范》《钢结构通用规范》《砌体结构通用规范》《组合结构通用规范》《木结构通用规范》。

地基基础通用规范的内容来自原有的建筑与市政各类地基基础的设计、施工及验收规范，以及各种特殊性岩土条件下的地基基础规范。各种结构形式的通用规范内容均来自原有的各结构形式的设计、材料、施工及验收规范。与原有的规范相比，这些强制性通用规范在以下几个方面做了修订：

一是混凝土结构的构件最低强度、截面最小尺寸以及钢筋锚固长度成为强条，其中最低强度有调整（表2）。

表2 混凝土结构构件最低强度调整

二是在7度（0.15g）地区的大跨度、长悬臂的混凝土结构无论是否高层，均要求计算竖向地震作用。

三是砌体结构所用材料的最低强度、砌体环境类别与耐久性以及施工质量等级成为强条。

四是各种作用及组合计算、抗震计算与措施等分别在工程结构通用规范和抗震通用规范中规定，不再纳入各结构形式的通用规范。

五是明确了交通桥梁、各种钢制容器和管道，以及水利水运和航道工程不适用于钢结构通用规范。

强制性规范在结构设计中的应用

对结构设计的影响

从工程结构类强制性规范的内容来看，这些规范在汇集了原有规范里分散强制条文的同时，也对这些强制条文做了许多适应现有工程建设特点的修订，这些规范的正式实施将对结构设计产生以下影响。

结构设计可靠度持续提高

在2018年发布、2019年实施的《建筑结构可靠性设计统一标准》中，已经提高了原荷载规范规定的作用分项系数，而在此次新发布的《工程结构通用规范》中，继续将原荷载规范中的活荷载取值提高，设置了风荷载最低值。同时，在新发布的《建筑与市政工程抗震通用规范》中提高了抗震作用组合的分项系数，可以看出，结构设计中的可靠度水平在持续提高，从而进一步降低了结构失效的风险。

结构设计底线控制有所增强

新发布的抗震通用规范中适当提高了构件的最低强度，在地基基础通用规范和各种结构形式的通用规范中也对构件强度、截面尺寸、环境类别与耐久性等作了强制性规定。与原有结构规范相比，新发布的强制性规范对结构设计中的底线控制有所增强。

结构工程造价相应增加

新发布的强制性规范所造成的造价升高与目前较高的经济发展水平相适应，其核心理念是采用较高的一次性投资换取更低的风险水平。增加的工程造价与结构物的规模相关，对于小型的结构物来说造价影响很小；体型越大、结构越复杂的工程，造价提高的比例将会越高。

结构设计软件需要更新

在结构设计中，需要进行大量的计算，目前大部分的计算内容都是由结构设计软件实现。在强制性规范对计算基本参数进行修订后，基于原有规范体系的软件都需要进行升版，以适应新的强制性规范体系。目前，常用的结构设计软件如PKPM系列软件、盈建科系列软件等都已经根据强制性规范体系进行了升版。

应用实例分析

根据上述对强制性规范所产生影响的定性分析，下面分别以多层混凝土框架以及单层门式刚架钢结构两个工程设计实例，概略定量分析强制性规范对工程结构设计的影响。

示例一为四层钢筋混凝土框架结构，主要功能为较规整的宿舍楼，建设地点位于抗震设防7度区，基本地震加速度0.10g。采用PKPM结构软件建立计算模型，分别采用原有规范体系以及强制性通用规范2021版进行计算，进行计算结果对比。

计算结果显示，在结构总体信息方面按照强制性规范计算并未引起明显变化，结构物的总质量、结构周期、地震作用标准值和层间位移角，以及楼层位移比、质量比等指标基本一致。主要变化体现在结构构件的设计上，其中，柱的轴压比平均增加约8%、梁的剪压比平均增加约7%，局部梁柱截面需要调整。构件的配筋方面，楼板的配筋基本不变，梁柱的总配筋量增加约4%，但是局部有框架梁的配筋量在地震组合下增加约15%。

示例二为跨度24m的单层门式刚架结构，主要功能为工业厂房，未配置吊车，抗震设防烈度为6度，基本风压0.5kN/m2。采用PKPM钢结构软件建立计算模型，仅对主钢架进行计算对比。

计算结果显示，满足原有规范的门刚截面在采用强制性规范时，应力比增加超过20%，需要增大钢构件截面，从而导致用钢量增加约18%，其主要原因还是屋面荷载不能折减、风荷载取值以及地震荷载分项系数的改变。

从简要的定量分析可以发现，强制性规范的应用将不可避免地提高结构物的材料用量，而具体的增加量会随着结构形式以及建设地点的特征变化而变化。

结语

标准化工作改革开展至今，强制性工程建设规范的编制与实施已经开始进入快车道，未来将会有更多的强制性项目规范和通用规范陆续发布实施。

基于本文对结构类强制性规范的内容与应用方面的分析，建议结构设计从业者密切关注全文强制性规范的发布情况以及与原有规范在内容上的差异，注意原有规范转变为推荐性规范之后与全文强制性规范的协调性，并据此来调整实际工程结构设计中对这些规范的应用，积累相关经验，从而适应工程建设标准改革对工程结构设计带来的各种变化。