中印建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載系數(shù)的分析比較

王 圓

(廣東省電力設(shè)計研究院，廣東廣州 510663)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的工程建設(shè)行業(yè)正大力實施“走出去”的發(fā)展戰(zhàn)略，海外項目不斷增加。印度是我國重要的工程建設(shè)合作伙伴之一，與我國有大量的工程合作項目，其建筑設(shè)計荷載規(guī)范IS875∶1987［1］主要沿用英國規(guī)范體系，與我國的荷載規(guī)范有所不同。本文將結(jié)合IS875∶1987印度荷載規(guī)范，IS800∶2007印度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［2］和 IS456∶2000印度混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［3］中的有關(guān)規(guī)定，對中印建筑結(jié)構(gòu)荷載組合及荷載系數(shù)進(jìn)行對比研究。

1 荷載分類

我國荷載規(guī)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(jié)構(gòu)設(shè)計時，對不同荷載應(yīng)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(guī)范IS875∶1987根據(jù)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(fēng)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(guī)定，在設(shè)計中須與上述荷載一同考慮。印度規(guī)范中并未像我國荷載規(guī)范中給出組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值的概念，但在進(jìn)行荷載組合時，也考慮了相關(guān)的因素。

2 荷載組合

我國規(guī)范 GB 50009-2006［4］中第 3．2．1 條提到:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載(效應(yīng))組合，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計。類似的表述在印度規(guī)范IS800∶2007中第5．2．2條也可得到。極限狀態(tài)設(shè)計即整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)應(yīng)為該功能的極限狀態(tài)，可分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

2．1 承載力極限狀態(tài)

2．1．1 中國規(guī)范

承載能力極限狀態(tài)，這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)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(tài)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。對持久和短暫設(shè)計狀況，采用基本組合;對偶然設(shè)計狀況(包括撞擊、爆炸、火災(zāi)事故的發(fā)生)，采用偶然組合。本文列舉了中國規(guī)范GB 50009-2006中基本組合的荷載系數(shù)，見表2。

1)可變荷載效應(yīng)起控制作用的組合:

2)永久荷載效應(yīng)起控制作用的組合:

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

表2 中國規(guī)范承載能力極限狀態(tài)荷載系數(shù)

2．1．2 印度規(guī)范

印度規(guī)范IS875∶1987中僅給出了荷載組合的基本形式，而荷載系數(shù)的取值則根據(jù)各結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行選用。本文列舉了IS800∶2007印度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、IS456∶2000印度混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范以及IS1893(PartⅠ)∶2002印度結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范第一部分中的相關(guān)荷載組合及荷載組合系數(shù)，見表3。

表3 印度規(guī)范承載能力極限狀態(tài)荷載安全系數(shù)

通過對比表2，表3的相關(guān)數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論:

1)中國規(guī)范驗算承載力極限狀態(tài)的組合與印度荷載規(guī)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(shù)有差別;

2)印度規(guī)范風(fēng)荷載與地震荷載不同時考慮，而中國在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，一般不考慮風(fēng)荷載組合系數(shù)，但對風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑，則需要考慮風(fēng)荷載組合系數(shù);

3)印度規(guī)范中鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)采用不同的荷載分項系數(shù)，但中國規(guī)范中未區(qū)分結(jié)構(gòu)類型，均采用相同的荷載系數(shù);

4)中國規(guī)范區(qū)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(guī)范中未作區(qū)分;

5)中印兩國規(guī)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(shù)取值不同。

2．2 正常使用極限狀態(tài)

對于正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是驗算結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的變形、裂縫、沉降、振幅、加速度或應(yīng)力等，并控制它們不超過限值。

2．2．1 中國規(guī)范

驗算正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)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(yīng)的組合:當(dāng)考慮短期荷載效應(yīng)時，可根據(jù)不同的設(shè)計要求，分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合或頻遇組合;當(dāng)考慮長期荷載效應(yīng)時，采用準(zhǔn)永久組合。

1)標(biāo)準(zhǔn)組合:

2)頻遇組合:

3)準(zhǔn)永久組合:

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

根據(jù)中國規(guī)范GB 50009-2006中的相關(guān)章節(jié)，可以查得不同荷載的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)以及準(zhǔn)永久值系數(shù)。例如:風(fēng)荷載的組合值、頻遇值以及準(zhǔn)永久值系數(shù)分別為0．6，0．4和0。

2．2．2 印度規(guī)范

印度IS800∶2007中給出了進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的正常使用極限狀態(tài)的荷載組合，印度規(guī)范IS456∶2000中給出了進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時的正常使用極限狀態(tài)的荷載組合，見表4，表中組合僅適用于計算短期效應(yīng)，在計算長期效應(yīng)時，需考慮恒載和部分近于永久的活載的蠕變。

表4 印度規(guī)范正常使用極限狀態(tài)荷載安全系數(shù)

通過對比，可以得到:

1)中印規(guī)范在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)的驗算時，在組合的概念上相似，其恒載的分項系數(shù)均為1．0，但活載的分項系數(shù)有所不同;

2)中國規(guī)范明確提出在計算長期效應(yīng)時，需采用準(zhǔn)永久組合;印度規(guī)范中則未有相關(guān)規(guī)定，但指出在計算長期效應(yīng)時，需要考慮恒載和部分近于永久的活載的蠕變。

3 結(jié)語

本文通過系統(tǒng)地對比中國與印度現(xiàn)行規(guī)范中的荷載系數(shù)，主要得到以下結(jié)論:

1)中國規(guī)范驗算承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的荷載組合與印度荷載規(guī)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(shù)有差別;

2)在驗算承載能力極限狀態(tài)時，印度規(guī)范中風(fēng)荷載與地震荷載不同時考慮，而中國在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，一般不考慮風(fēng)荷載組合系數(shù)，但對風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑，則需要考慮風(fēng)荷載組合系數(shù);

3)在驗算承載能力極限狀態(tài)時，印度規(guī)范中鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)采用不同的荷載分項系數(shù)，驗算正常使用極限狀態(tài)時，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的荷載安全系數(shù)相同。而中國規(guī)范中未區(qū)分結(jié)構(gòu)類型，均采用相同的荷載系數(shù);

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

［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(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．