中欧结构规范中主要设计指标异同的辨析

崔学宇 张彦红 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。通过多年不断的实践和修订，已从2002年开始陆续发布，替代欧盟各成员国家原有的结构规范，最终成为各国统一的设计标准。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设计使用年限、设计基准期、重现期、耐久性、结构重要性等级和质量控制方面的异同。希望能帮助结构技术人员在参与国际工程时，尽快熟悉欧洲规范的基本原则，提高业务水平和竞争力。

1 主要设计参数

1.1 设计使用年限

结构的设计使用年限是指按照建筑结构设计所规定的用途，在不需要大规模维修就能满足使用要求的时间区间。设计使用年限与结构的用途和重要性有关，并影响到活载的取值和耐久性。EN 1990和GB 50068中规定的结构设计使用年限详见表1，表2。

表1 EN 1990中的结构设计使用年限

从表中可以看出，中欧规范的主要区别有：

1)GB 50068中临时性结构的设计使用年限是5年，EN 1990中是10年，且注明可拆卸并能重复利用的不算是临时结构。

2)对于易于替换的结构构件，GB 50068规定的是25年，而EN 1990是一个10年～25年的范围，自由度更高一些。

3)EN 1990中给出的农用结构的设计使用年限在GB 50068中没有提及。

1.2 设计基准期

设计基准期是进行结构可靠性分析时,考虑各项基本随机变量与时间关系所采用的基准时间。它是在对可变作用效应进行概率模型转换时的参考时间,属于可靠性分析的时间概念。设计基准期根据荷载特征和设计需求来确定，决定了可变荷载特征值的大小。

EN 1990给出了1年和50年基准期对应的承载力能力极限状态下可靠度指标β的最小值。在EN 1991～EN 1999中的分项系数均对应于50年基准期，结构可靠度指标β>3.8。

GB 50068中给出的荷载统计参数，也是按50年基准期确定的。若要采用其他基准期，则必须另行确定在指定基准期内最大荷载的概率分布及统计参数，不能直接套用现有规范。

1.3 重现期

重现期是指某一量值的事件出现或发生的平均时间间隔，用于定义可变荷载的特征值。中国和欧洲规范体系中对重现期的定义基本一致。在EN 1990中，气候作用的标准值是根据1年基准期内超越时间变化概率为0.02确定的，相当于50年的平均重现期。路面车辆荷载、风荷载和温度作用的频遇值系数是基于1年重现期得出的。

根据重现期T的定义，荷载超越特征值Qk的概率为：

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2 耐久性

结构耐久性问题是由于外部环境的影响以及物理、化学、生物作用或材料内部产生的作用，导致结构材料的性能逐年缓慢退化，进而影响结构的安全性和可靠性，并对使用功能产生不利影响。结构性能随时间的变化的示意图详见图1。

EN 1990中要求在考虑了周围环境影响，定期维护的情况下，结构在设计使用年限内能保证安全和预期的使用功能。即便是超出了，耐久性的退化也不能明显减弱结构安全度。在耐久性设计中应重点考虑的因素包括：功能、标准、体系、环境、材料、施工、检查等。

GB 50068中并没有给出耐久性方面的规定，GB 50153的第3.3节中有耐久性方面的原则规定，但比较简略，没有EN 1990具体翔实。

3 结构重要性等级

确定结构的可靠度等级时，既可按整体考虑，又可按构件考虑，特殊构件可指定为高于或低于整体的重要性等级。划分可靠度时，可通过考虑结构失效或损伤的后果来确定其重要性等级(CC)。EN 1990的结构重要性等级分为三级，详见表3。

表3 EN 1990结构重要性等级

GB 50068中与之对应的称为“结构的安全等级”，同样也分为三级，原则和EN 1990基本一致，只是在描述上不够清晰，也没有实例，不如EN 1990更易理解，详见表4。地基基础和抗震设计时的安全等级应分别按GB 50007和GB 50223的相关规定采用。

表4 GB 50068结构的安全等级

4 结构可靠度等级

可靠度等级(RC)是用可靠度指标β来定义。EN 1990规定的可靠度等级RC1，RC2和RC3与重要性等级CC1，CC2和CC3相关联。表5中给出了在承载能力极限状态下，与可靠度等级对应的可靠度指标最小值。

对于不同的极限状态，对应于可靠度等级为RC2的结构构件安全等级，设计基准期为1年和50年时可靠度指标β的取值如表6所示。

表5 EN 1990可靠度等级对应的可靠度指标

表6 EN 1990极限状态对应的可靠度指标

划分可靠度等级的另一种方法是区分用于永久设计状况基本组合的γF系数等级。对于相同的设计监理和施工质量等级，可采用不同的作用系数KF↑与分项系数相乘，详见表7。

表7 EN 1990可靠度等级对应的作用系数

GB 50068中类似于可靠度等级的指标是安全等级。结构构件按50年基准期考虑的承载能力极限状态可靠指标的最小值详见表8。正常使用极限状态只关系到使用的适用性，而不涉及到结构构件的安全性，指标会稍低。可靠指标值的离散性较大，一般在0～1.5之间。

表8 GB 50068结构构件承载能力极限状态的可靠指标

5 质量控制

5.1 设计监理

EN 1990中的设计监理等级(DSL)由多种可共同使用的质量控制方法组成，其特征和最低要求详见表9。设计监理等级与根据结构重要性确定的可靠度等级相关联，并通过质量管理措施来实施。

表9 EN 1990设计监理等级

5.2 施工质量检查

EN 1990中的施工质量检查等级(IL)通过选择和执行质量管理方法和等级来实现。质量检查等级定义了材料和施工检查覆盖的范围和项目，详见表10。如果检查等级高于上述要求，或采用更严格的标准，可对材料特性或构件抗力的分项系数进行折减。

表10 EN 1990施工质量检查等级

GB 50068中第8章“质量控制要求”中对结构的材料、勘察、设计和施工的质量、使用维护的要求等只给出了原则性规定。而EN 1990进行了明确的分级，更便于管控。特别是在设计监理方面，虽然近年来国内设计咨询顾问市场初具规模，但尚未形成完善的体制，也缺少相关的法律法规。欧美国家在这方面的规章制度和经验值得我们学习借鉴。

6 结语

现行欧洲规范的应用不止局限于欧盟成员国，很多发展中国家在构建结构规范体系时，也借鉴了其中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，不断改进完善我们的规范标准。同时还有助于国内的建筑设计和施工企业尽快了解和掌握国际先进技术，为尽快冲出国门，与国际接轨，开拓世界市场铺平道路。