中歐結(jié)構(gòu)規(guī)范中主要設(shè)計(jì)指標(biāo)異同的辨析

崔學(xué)宇 張彥紅 孫曉彥

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

0 引言

歐洲結(jié)構(gòu)規(guī)范是由歐洲共同體委員會(huì)提出建立的一套統(tǒng)一協(xié)調(diào)的技術(shù)規(guī)范，由“結(jié)構(gòu)歐洲規(guī)范”技術(shù)委員會(huì)編寫。通過多年不斷的實(shí)踐和修訂，已從2002年開始陸續(xù)發(fā)布，替代歐盟各成員國家原有的結(jié)構(gòu)規(guī)范，最終成為各國統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本套規(guī)范共分九大項(xiàng)(EN 1991～EN 1999),涵蓋了常用工業(yè)和民用建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。隨著歐盟一體化的進(jìn)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(kuò)大。

《EN 1990:2002 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》(簡(jiǎn)稱：EN 1990)是整套歐洲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的總則，闡明了結(jié)構(gòu)在安全性、適用性和耐久性方面的基本設(shè)計(jì)原理，給出了設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)。

在我國的結(jié)構(gòu)規(guī)范體系中，與EN 1990對(duì)應(yīng)的規(guī)范主要有：

1)GB 50068—2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱：GB 50068)。

2)GB 50153—2008工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱：GB 50153)。

3)GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(簡(jiǎn)稱：GB 50009)。

本文著重對(duì)比了中國和歐洲結(jié)構(gòu)規(guī)范中設(shè)計(jì)使用年限、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、重現(xiàn)期、耐久性、結(jié)構(gòu)重要性等級(jí)和質(zhì)量控制方面的異同。希望能幫助結(jié)構(gòu)技術(shù)人員在參與國際工程時(shí)，盡快熟悉歐洲規(guī)范的基本原則，提高業(yè)務(wù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。

1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 設(shè)計(jì)使用年限

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所規(guī)定的用途，在不需要大規(guī)模維修就能滿足使用要求的時(shí)間區(qū)間。設(shè)計(jì)使用年限與結(jié)構(gòu)的用途和重要性有關(guān)，并影響到活載的取值和耐久性。EN 1990和GB 50068中規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限詳見表1，表2。

表1 EN 1990中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限

從表中可以看出，中歐規(guī)范的主要區(qū)別有：

1)GB 50068中臨時(shí)性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是5年，EN 1990中是10年，且注明可拆卸并能重復(fù)利用的不算是臨時(shí)結(jié)構(gòu)。

2)對(duì)于易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，GB 50068規(guī)定的是25年，而EN 1990是一個(gè)10年～25年的范圍，自由度更高一些。

3)EN 1990中給出的農(nóng)用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限在GB 50068中沒有提及。

1.2 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí),考慮各項(xiàng)基本隨機(jī)變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間。它是在對(duì)可變作用效應(yīng)進(jìn)行概率模型轉(zhuǎn)換時(shí)的參考時(shí)間,屬于可靠性分析的時(shí)間概念。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期根據(jù)荷載特征和設(shè)計(jì)需求來確定，決定了可變荷載特征值的大小。

EN 1990給出了1年和50年基準(zhǔn)期對(duì)應(yīng)的承載力能力極限狀態(tài)下可靠度指標(biāo)β的最小值。在EN 1991～EN 1999中的分項(xiàng)系數(shù)均對(duì)應(yīng)于50年基準(zhǔn)期，結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)β>3.8。

GB 50068中給出的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)，也是按50年基準(zhǔn)期確定的。若要采用其他基準(zhǔn)期，則必須另行確定在指定基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)，不能直接套用現(xiàn)有規(guī)范。

1.3 重現(xiàn)期

重現(xiàn)期是指某一量值的事件出現(xiàn)或發(fā)生的平均時(shí)間間隔，用于定義可變荷載的特征值。中國和歐洲規(guī)范體系中對(duì)重現(xiàn)期的定義基本一致。在EN 1990中，氣候作用的標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)1年基準(zhǔn)期內(nèi)超越時(shí)間變化概率為0.02確定的，相當(dāng)于50年的平均重現(xiàn)期。路面車輛荷載、風(fēng)荷載和溫度作用的頻遇值系數(shù)是基于1年重現(xiàn)期得出的。

根據(jù)重現(xiàn)期T的定義，荷載超越特征值Qk的概率為：

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2 耐久性

結(jié)構(gòu)耐久性問題是由于外部環(huán)境的影響以及物理、化學(xué)、生物作用或材料內(nèi)部產(chǎn)生的作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的性能逐年緩慢退化，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，并對(duì)使用功能產(chǎn)生不利影響。結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)間的變化的示意圖詳見圖1。

EN 1990中要求在考慮了周圍環(huán)境影響，定期維護(hù)的情況下，結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)能保證安全和預(yù)期的使用功能。即便是超出了，耐久性的退化也不能明顯減弱結(jié)構(gòu)安全度。在耐久性設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素包括：功能、標(biāo)準(zhǔn)、體系、環(huán)境、材料、施工、檢查等。

GB 50068中并沒有給出耐久性方面的規(guī)定，GB 50153的第3.3節(jié)中有耐久性方面的原則規(guī)定，但比較簡(jiǎn)略，沒有EN 1990具體翔實(shí)。

3 結(jié)構(gòu)重要性等級(jí)

確定結(jié)構(gòu)的可靠度等級(jí)時(shí)，既可按整體考慮，又可按構(gòu)件考慮，特殊構(gòu)件可指定為高于或低于整體的重要性等級(jí)。劃分可靠度時(shí)，可通過考慮結(jié)構(gòu)失效或損傷的后果來確定其重要性等級(jí)(CC)。EN 1990的結(jié)構(gòu)重要性等級(jí)分為三級(jí)，詳見表3。

表3 EN 1990結(jié)構(gòu)重要性等級(jí)

GB 50068中與之對(duì)應(yīng)的稱為“結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)”，同樣也分為三級(jí)，原則和EN 1990基本一致，只是在描述上不夠清晰，也沒有實(shí)例，不如EN 1990更易理解，詳見表4。地基基礎(chǔ)和抗震設(shè)計(jì)時(shí)的安全等級(jí)應(yīng)分別按GB 50007和GB 50223的相關(guān)規(guī)定采用。

表4 GB 50068結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)

4 結(jié)構(gòu)可靠度等級(jí)

可靠度等級(jí)(RC)是用可靠度指標(biāo)β來定義。EN 1990規(guī)定的可靠度等級(jí)RC1，RC2和RC3與重要性等級(jí)CC1，CC2和CC3相關(guān)聯(lián)。表5中給出了在承載能力極限狀態(tài)下，與可靠度等級(jí)對(duì)應(yīng)的可靠度指標(biāo)最小值。

對(duì)于不同的極限狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于可靠度等級(jí)為RC2的結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級(jí)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為1年和50年時(shí)可靠度指標(biāo)β的取值如表6所示。

表5 EN 1990可靠度等級(jí)對(duì)應(yīng)的可靠度指標(biāo)

表6 EN 1990極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的可靠度指標(biāo)

劃分可靠度等級(jí)的另一種方法是區(qū)分用于永久設(shè)計(jì)狀況基本組合的γF系數(shù)等級(jí)。對(duì)于相同的設(shè)計(jì)監(jiān)理和施工質(zhì)量等級(jí)，可采用不同的作用系數(shù)KF↑與分項(xiàng)系數(shù)相乘，詳見表7。

表7 EN 1990可靠度等級(jí)對(duì)應(yīng)的作用系數(shù)

GB 50068中類似于可靠度等級(jí)的指標(biāo)是安全等級(jí)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件按50年基準(zhǔn)期考慮的承載能力極限狀態(tài)可靠指標(biāo)的最小值詳見表8。正常使用極限狀態(tài)只關(guān)系到使用的適用性，而不涉及到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性，指標(biāo)會(huì)稍低。可靠指標(biāo)值的離散性較大，一般在0～1.5之間。

表8 GB 50068結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)

5 質(zhì)量控制

5.1 設(shè)計(jì)監(jiān)理

EN 1990中的設(shè)計(jì)監(jiān)理等級(jí)(DSL)由多種可共同使用的質(zhì)量控制方法組成，其特征和最低要求詳見表9。設(shè)計(jì)監(jiān)理等級(jí)與根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性確定的可靠度等級(jí)相關(guān)聯(lián)，并通過質(zhì)量管理措施來實(shí)施。

表9 EN 1990設(shè)計(jì)監(jiān)理等級(jí)

5.2 施工質(zhì)量檢查

EN 1990中的施工質(zhì)量檢查等級(jí)(IL)通過選擇和執(zhí)行質(zhì)量管理方法和等級(jí)來實(shí)現(xiàn)。質(zhì)量檢查等級(jí)定義了材料和施工檢查覆蓋的范圍和項(xiàng)目，詳見表10。如果檢查等級(jí)高于上述要求，或采用更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)材料特性或構(gòu)件抗力的分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行折減。

表10 EN 1990施工質(zhì)量檢查等級(jí)

GB 50068中第8章“質(zhì)量控制要求”中對(duì)結(jié)構(gòu)的材料、勘察、設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量、使用維護(hù)的要求等只給出了原則性規(guī)定。而EN 1990進(jìn)行了明確的分級(jí)，更便于管控。特別是在設(shè)計(jì)監(jiān)理方面，雖然近年來國內(nèi)設(shè)計(jì)咨詢顧問市場(chǎng)初具規(guī)模，但尚未形成完善的體制，也缺少相關(guān)的法律法規(guī)。歐美國家在這方面的規(guī)章制度和經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)借鑒。

6 結(jié)語

現(xiàn)行歐洲規(guī)范的應(yīng)用不止局限于歐盟成員國，很多發(fā)展中國家在構(gòu)建結(jié)構(gòu)規(guī)范體系時(shí)，也借鑒了其中的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果，或者選擇直接拿來用。我國設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的對(duì)比分析，能夠讓我們發(fā)現(xiàn)各自的優(yōu)勢(shì)和不足，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷改進(jìn)完善我們的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還有助于國內(nèi)的建筑設(shè)計(jì)和施工企業(yè)盡快了解和掌握國際先進(jìn)技術(shù)，為盡快沖出國門，與國際接軌，開拓世界市場(chǎng)鋪平道路。