中印建筑结构设计荷载系数的分析比较

王 圆

(广东省电力设计研究院，广东广州 510663)

0 引言

随着我国经济的快速发展，我国的工程建设行业正大力实施“走出去”的发展战略，海外项目不断增加。印度是我国重要的工程建设合作伙伴之一，与我国有大量的工程合作项目，其建筑设计荷载规范IS875∶1987［1］主要沿用英国规范体系，与我国的荷载规范有所不同。本文将结合IS875∶1987印度荷载规范，IS800∶2007印度钢结构设计规范［2］和 IS456∶2000印度混凝土结构设计规范［3］中的有关规定，对中印建筑结构荷载组合及荷载系数进行对比研究。

1 荷载分类

我国荷载规范中将荷载分为三类:永久荷载、可变荷载和偶然荷载。

在建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值，具体详见表1。

表1 我国荷载分类

印度规范IS875∶1987根据建筑物荷载的用途不同，分为五个部分，包括静荷载、外加荷载、风荷载、雪荷载以及特殊荷载。而地震荷载单独在IS1893-1984中做出规定，在设计中须与上述荷载一同考虑。印度规范中并未像我国荷载规范中给出组合值、频遇值和准永久值的概念，但在进行荷载组合时，也考虑了相关的因素。

2 荷载组合

我国规范 GB 50009-2006［4］中第 3．2．1 条提到:建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载(效应)组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。类似的表述在印度规范IS800∶2007中第5．2．2条也可得到。极限状态设计即整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态应为该功能的极限状态，可分为承载力极限状态和正常使用极限状态。

2．1 承载力极限状态

2．1．1 中国规范

承载能力极限状态，这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。GB 50009-2006中第3．2．2条款指出对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载效应组合。对持久和短暂设计状况，采用基本组合;对偶然设计状况(包括撞击、爆炸、火灾事故的发生)，采用偶然组合。本文列举了中国规范GB 50009-2006中基本组合的荷载系数，见表2。

1)可变荷载效应起控制作用的组合:

2)永久荷载效应起控制作用的组合:

其中，S为荷载效应组合的设计值;rG为永久荷载分项系数;rQi为第i个可变荷载的分项系数，其中，rQ1为可变荷载Q1的分项系数;SGk为按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值;SQik为按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中，SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者;ψci为可变荷载Qi的组合值系数;n为参与组合的可变荷载数。

表2 中国规范承载能力极限状态荷载系数

2．1．2 印度规范

印度规范IS875∶1987中仅给出了荷载组合的基本形式，而荷载系数的取值则根据各结构设计规范中的相关规定进行选用。本文列举了IS800∶2007印度钢结构设计规范、IS456∶2000印度混凝土结构设计规范以及IS1893(PartⅠ)∶2002印度结构抗震设计规范第一部分中的相关荷载组合及荷载组合系数，见表3。

表3 印度规范承载能力极限状态荷载安全系数

通过对比表2，表3的相关数据，得到以下结论:

1)中国规范验算承载力极限状态的组合与印度荷载规范的组合在组合概念上是相似的，但组合中具体的荷载系数有差别;

2)印度规范风荷载与地震荷载不同时考虑，而中国在进行结构抗震设计时，一般不考虑风荷载组合系数，但对风荷载起控制作用的高层建筑，则需要考虑风荷载组合系数;

3)印度规范中钢结构与混凝土结构采用不同的荷载分项系数，但中国规范中未区分结构类型，均采用相同的荷载系数;

4)中国规范区分可变荷载起控制作用和永久荷载起控制作用的两种形式的荷载组合，但在印度规范中未作区分;

5)中印两国规范中均将活荷载分为:最不利活荷载以及其他活荷载，其荷载系数取值不同。

2．2 正常使用极限状态

对于正常使用极限状态的结构设计，主要是验算结构在正常使用条件下的变形、裂缝、沉降、振幅、加速度或应力等，并控制它们不超过限值。

2．2．1 中国规范

验算正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。GB 50009-2006中第3．2．8，3．2．9，3．2．10条给出短期和长期两种效应的组合:当考虑短期荷载效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载的标准组合或频遇组合;当考虑长期荷载效应时，采用准永久组合。

1)标准组合:

2)频遇组合:

3)准永久组合:

其中，ψf1为可变荷载SQ1k的频遇值系数;ψqi为可变荷载SQik的准永久值系数。

根据中国规范GB 50009-2006中的相关章节，可以查得不同荷载的组合值系数、频遇值系数以及准永久值系数。例如:风荷载的组合值、频遇值以及准永久值系数分别为0．6，0．4和0。

2．2．2 印度规范

印度IS800∶2007中给出了进行钢结构设计的正常使用极限状态的荷载组合，印度规范IS456∶2000中给出了进行混凝土结构和预应力混凝土结构设计时的正常使用极限状态的荷载组合，见表4，表中组合仅适用于计算短期效应，在计算长期效应时，需考虑恒载和部分近于永久的活载的蠕变。

表4 印度规范正常使用极限状态荷载安全系数

通过对比，可以得到:

1)中印规范在进行结构的正常使用极限状态的验算时，在组合的概念上相似，其恒载的分项系数均为1．0，但活载的分项系数有所不同;

2)中国规范明确提出在计算长期效应时，需采用准永久组合;印度规范中则未有相关规定，但指出在计算长期效应时，需要考虑恒载和部分近于永久的活载的蠕变。

3 结语

本文通过系统地对比中国与印度现行规范中的荷载系数，主要得到以下结论:

1)中国规范验算承载力极限状态和正常使用极限状态的荷载组合与印度荷载规范的组合在组合概念上是相似的，但组合中具体的荷载系数有差别;

2)在验算承载能力极限状态时，印度规范中风荷载与地震荷载不同时考虑，而中国在进行结构抗震设计时，一般不考虑风荷载组合系数，但对风荷载起控制作用的高层建筑，则需要考虑风荷载组合系数;

3)在验算承载能力极限状态时，印度规范中钢结构与混凝土结构采用不同的荷载分项系数，验算正常使用极限状态时，钢结构与混凝土结构的荷载安全系数相同。而中国规范中未区分结构类型，均采用相同的荷载系数;

4)中国规范中提出了明确的荷载分项系数、组合值系数、频遇值系数以及准永久值系数，而在印度规范中仅给出了荷载安全系数。

［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，建筑结构荷载规范［S］．