中印建筑結構設計荷載系數的分析比較

王 圓

(廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，我國的工程建設行業正大力實施“走出去”的發展戰略，海外項目不斷增加。印度是我國重要的工程建設合作伙伴之一，與我國有大量的工程合作項目，其建筑設計荷載規范IS875∶1987［1］主要沿用英國規范體系，與我國的荷載規范有所不同。本文將結合IS875∶1987印度荷載規范，IS800∶2007印度鋼結構設計規范［2］和 IS456∶2000印度混凝土結構設計規范［3］中的有關規定，對中印建筑結構荷載組合及荷載系數進行對比研究。

1 荷載分類

我國荷載規范中將荷載分為三類:永久荷載、可變荷載和偶然荷載。

在建筑結構設計時，對不同荷載應采用不同的代表值，具體詳見表1。

表1 我國荷載分類

印度規范IS875∶1987根據建筑物荷載的用途不同，分為五個部分，包括靜荷載、外加荷載、風荷載、雪荷載以及特殊荷載。而地震荷載單獨在IS1893-1984中做出規定，在設計中須與上述荷載一同考慮。印度規范中并未像我國荷載規范中給出組合值、頻遇值和準永久值的概念，但在進行荷載組合時，也考慮了相關的因素。

2 荷載組合

我國規范 GB 50009-2006［4］中第 3．2．1 條提到:建筑結構設計應根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載(效應)組合，并應取各自的最不利的效應組合進行設計。類似的表述在印度規范IS800∶2007中第5．2．2條也可得到。極限狀態設計即整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求，此特定狀態應為該功能的極限狀態，可分為承載力極限狀態和正常使用極限狀態。

2．1 承載力極限狀態

2．1．1 中國規范

承載能力極限狀態，這種極限狀態對應于結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續承載的變形。GB 50009-2006中第3．2．2條款指出對于承載能力極限狀態，應按荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷載效應組合。對持久和短暫設計狀況，采用基本組合;對偶然設計狀況(包括撞擊、爆炸、火災事故的發生)，采用偶然組合。本文列舉了中國規范GB 50009-2006中基本組合的荷載系數，見表2。

1)可變荷載效應起控制作用的組合:

2)永久荷載效應起控制作用的組合:

其中，S為荷載效應組合的設計值;rG為永久荷載分項系數;rQi為第i個可變荷載的分項系數，其中，rQ1為可變荷載Q1的分項系數;SGk為按永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值;SQik為按可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值，其中，SQ1k為諸可變荷載效應中起控制作用者;ψci為可變荷載Qi的組合值系數;n為參與組合的可變荷載數。

表2 中國規范承載能力極限狀態荷載系數

2．1．2 印度規范

印度規范IS875∶1987中僅給出了荷載組合的基本形式，而荷載系數的取值則根據各結構設計規范中的相關規定進行選用。本文列舉了IS800∶2007印度鋼結構設計規范、IS456∶2000印度混凝土結構設計規范以及IS1893(PartⅠ)∶2002印度結構抗震設計規范第一部分中的相關荷載組合及荷載組合系數，見表3。

表3 印度規范承載能力極限狀態荷載安全系數

通過對比表2，表3的相關數據，得到以下結論:

1)中國規范驗算承載力極限狀態的組合與印度荷載規范的組合在組合概念上是相似的，但組合中具體的荷載系數有差別;

2)印度規范風荷載與地震荷載不同時考慮，而中國在進行結構抗震設計時，一般不考慮風荷載組合系數，但對風荷載起控制作用的高層建筑，則需要考慮風荷載組合系數;

3)印度規范中鋼結構與混凝土結構采用不同的荷載分項系數，但中國規范中未區分結構類型，均采用相同的荷載系數;

4)中國規范區分可變荷載起控制作用和永久荷載起控制作用的兩種形式的荷載組合，但在印度規范中未作區分;

5)中印兩國規范中均將活荷載分為:最不利活荷載以及其他活荷載，其荷載系數取值不同。

2．2 正常使用極限狀態

對于正常使用極限狀態的結構設計，主要是驗算結構在正常使用條件下的變形、裂縫、沉降、振幅、加速度或應力等，并控制它們不超過限值。

2．2．1 中國規范

驗算正常使用極限狀態，應根據不同的設計要求，采用荷載的標準組合、頻遇組合或準永久組合。GB 50009-2006中第3．2．8，3．2．9，3．2．10條給出短期和長期兩種效應的組合:當考慮短期荷載效應時，可根據不同的設計要求，分別采用荷載的標準組合或頻遇組合;當考慮長期荷載效應時，采用準永久組合。

1)標準組合:

2)頻遇組合:

3)準永久組合:

其中，ψf1為可變荷載SQ1k的頻遇值系數;ψqi為可變荷載SQik的準永久值系數。

根據中國規范GB 50009-2006中的相關章節，可以查得不同荷載的組合值系數、頻遇值系數以及準永久值系數。例如:風荷載的組合值、頻遇值以及準永久值系數分別為0．6，0．4和0。

2．2．2 印度規范

印度IS800∶2007中給出了進行鋼結構設計的正常使用極限狀態的荷載組合，印度規范IS456∶2000中給出了進行混凝土結構和預應力混凝土結構設計時的正常使用極限狀態的荷載組合，見表4，表中組合僅適用于計算短期效應，在計算長期效應時，需考慮恒載和部分近于永久的活載的蠕變。

表4 印度規范正常使用極限狀態荷載安全系數

通過對比，可以得到:

1)中印規范在進行結構的正常使用極限狀態的驗算時，在組合的概念上相似，其恒載的分項系數均為1．0，但活載的分項系數有所不同;

2)中國規范明確提出在計算長期效應時，需采用準永久組合;印度規范中則未有相關規定，但指出在計算長期效應時，需要考慮恒載和部分近于永久的活載的蠕變。

3 結語

本文通過系統地對比中國與印度現行規范中的荷載系數，主要得到以下結論:

1)中國規范驗算承載力極限狀態和正常使用極限狀態的荷載組合與印度荷載規范的組合在組合概念上是相似的，但組合中具體的荷載系數有差別;

2)在驗算承載能力極限狀態時，印度規范中風荷載與地震荷載不同時考慮，而中國在進行結構抗震設計時，一般不考慮風荷載組合系數，但對風荷載起控制作用的高層建筑，則需要考慮風荷載組合系數;

3)在驗算承載能力極限狀態時，印度規范中鋼結構與混凝土結構采用不同的荷載分項系數，驗算正常使用極限狀態時，鋼結構與混凝土結構的荷載安全系數相同。而中國規范中未區分結構類型，均采用相同的荷載系數;

4)中國規范中提出了明確的荷載分項系數、組合值系數、頻遇值系數以及準永久值系數，而在印度規范中僅給出了荷載安全系數。

［1] Code of practice for design loads(other than earthquake)for buildings and structures［S］．Bureau of Indian standards．New Delhi，1987．

［2] General construction in steel-code of practice(Third Revision)［S］．Bureau of Indian standards．New Delhi，2007．

［3] IS456∶2000 Plain and reinforced concrete-code of practice(Fourth Revision)［S］．Bureau of Indian standards．New Delhi，2000．

［4] GB 50009-2006，建筑結構荷載規范［S］．