首页 朱明之关于建筑-公众号 【学习总结】如何学习土木欧标,刘工带你读 EN 1990(一)

【学习总结】如何学习土木欧标,刘工带你读 EN 1990(一)



本文转自:“EUcode”、”刘工的土木欧标观”微信公众号,已获得作者授权;


  大家可能会有一个问题,说为什么感觉欧标突然之间就红遍了全世界,它不像美标那么有悠久的历史,又不像英标和国标的应用伴随着殖民和资本输出的背景。但是欧标有其独特的魅力,首先就从欧标这本书开始说,欧标的整体编写思路就是有的放矢,一方面给任何一个使用欧标国家修改的自由,另一方面又把最基本的规定约束起来。

  上图是欧标的典型排版,其中黄色的部分是欧标委员会编写的内容,包括封面、正文和附录,官方的语言是德文、英文和法文三种语言,委员会明令要求任何人翻译都不允许改变原本的意思,甚至标点符号都不可以改。——这是欧标严格的地方。

  与此同时,绿色的部分是允许各个使用欧标的国家自行修改的部分,包括封面、序言和附录,最有用的就是国家附录,它允许各个国家根据实际的情况来修订自己的系数。——这就是欧标宽松的地方,它可以使任何一个国家看起来拥有属于自己的一套规范,甚至哪一天我刘工自己也可以出个刘工附录,美其名曰刘工的欧洲规范,只不过没人用罢了。

  大家可以发现一套完整的欧标是有两本附录,在欧标的正文中,某一些条款当中明文约定一些系数是要参考国家附录,只有此条款中此系数才是允许各个国家附录自行定义的。所以大家应该明白欧标为什么可以一下风靡世界的原因了吧。

  在我学习和应力欧标这三四年当中,我总结出一些学习中可能遇到的困难:

  1、语言!语言永远是我们与国际接轨的一个重要的问题,我不太推荐大家去读中文版的欧标,直到有官方背景的译本出来,所以我建议大家英文版欧标为主,中文版配合使用,当然最好是读德文版。

  2、复杂性。欧标设计规范不仅仅是上一篇中讲的那十本,只能说是十个系列,每个系列当中又有好多分册,比如钢结构里面就有二十本,所以一定要熟悉每个系列里面有哪些分册,我建议大家可以列个表格把每本的名称总结出来,方便查找。

  3、欧标是真正意义的标准,不是设计手册。这一点也许初读欧标的人深有体会,我举两个例子:一是在混凝土规范的受弯和压弯设计当中,欧标并没有给出一个截面承载力的公式,只是告诉大家钢筋和混凝土的极限应变是多少,等效截面高度是多少,剩下的自己推;二是在岩土规范整本书当中,几乎没有任何有用的公式,你甚至连桩承载力公式都找不到,很是郁闷。那么这就是回归到了规范的本质——规范只是制定游戏规则,而不是告诉你怎么做游戏。相比英标和国标,后两者更像是设计手册,教会大家一步一步怎么做,而欧标只是把大的框架告诉你,你可以在里面自行发挥。

  困难是找到了,那怎么克服呢?对于语言,这个大家自己努力,我只会分享两个字——坚持。而剩下的两条,我建议大家一定要配合官方或者是半官方的手册来配套学习与理解,因为好多手册全是英文的,所以读英文版的规范会更方便。具体哪本规范配合哪本手册,我会在接下来的交流中推荐一些。

  最后,记住,欧标只是evolution,不是revolution,当你发现用欧标设计的东西与用国标设计的相差在20%以上,那只能说明你错了,换个思路讲,当大家在海外投标又不太懂欧标时,可以使用国标大概算一个造价,没有任何问题哦!



  从今天开始,刘工要与大家正式步入欧标的学习与应用了,现阶段刘工还只是与大家分享欧标的设计规范与相关的补充文件,即EN 1990至EN 1999,大家一定要记着,欧标不仅仅有设计规范,还有材料和施工规范,以后有机会与大家慢慢分享。


  首先排除大家心中的一个疑惑,关于规范的编号1990至1999并不是说这些规范发布的年限,只是看起来特别像而已。下表是每一本规范大体的编写与发布的年限,给大家一个基本的印象。


  从上图大家可以看到,EN 1990是最早的一本规范,一切欧标的根本,就像太阳照射着万物。所以刘工就先帮大家总结一下这本EN 1990,看看里面到底有什么有用的东西需要大家掌握。


  EN 1990是所有欧标设计规范的纲领,它规定了整个设计当中的准则,以及对安全、使用和耐久性最基本的要求,同时也讲述了如何设计和验证结构可靠性。当然,EN 1990配合其他的规范可以完成各种各样的设计啦,从基本的设计到防火、施工阶段设计等等……大家记住,在EN 1992到EN 1999当中是找不到荷载组合和各种分项系数的,所以一定要配合EN 1990使用。


刘工将以章节为单元,与大家分享其中的重点与自己的心得:


Section 1 – General

  1. 从1.1可以得到,欧标没有对既有结构进行评估的规范(其实这块已经日益成为设计的一个主要部分了),大家可以参照ISO 13822去了解如何对既有结构进行评估,另外还推荐一本英国结构工程师协会 (IStructE) 的一本手册——Appraisal of Existing Structures

  2. 条款里面带P的就类似于国标当中的黑体字,是必须遵守的,其他的条款不是强制性的,但是应用当中还是要遵守的啦;

  3. 关于欧标的下角标,是要倒着读的,比如Fwk,就是characteristic value (k)of the wind (w) force (F)。而且欧标所有的缩写都是通用的,大家读一遍EN1990当中的符号,基本就全部了解了。


Section 2 – Requirement

欧标在EN 1990当中已经明确规定要避免连续性倒塌,所以要有一定的构造性要求,详见各个规范。


Section 3 – Principles of limit states designs

这一章刘工就是想重新强调一下承载力极限状态 (Ultimate Limit State, ULS) 和正常使用极限状态 (Serviceability Limit State, SLS) 这两个概念。大家都明白,整个设计的基本逻辑就是极限状态法,人为地把一个建筑分成不同的极限状态,在每种极限状态下要保证满足相应的要求。而在大多数设计中,我们都分为ULS和SLS两个状态(欧标有时会强加一个疲劳极限状态,即Fatigue Limit State, FLS),ULS就是要保证人的安全,结构不会倒塌下来;而SLS就是要保证结构在日常使用中不会丧失其基本功能、人的舒适度等。举个简单的例子,比萨斜塔虽然不满足SLS(相信没有人喜欢在一个倾斜的世界生活),但是因为它在全世界精英科学家的精确计算下不会倒塌,所以是满足ULS的。


当然,大家也不必死板的认为任何一个结构都要验算这两个状态,有时只要验算其中一个,另外一个也许就自动满足了,举两个例子:

  1. 对于梁,大家一般会验算ULS状态下配筋是否满足要求,而在SLS下对挠度的控制,只要满足一定的跨高比即可,无需去计算梁的变形;

  2. 再比如对于基础,只要地基的沉降,即SLS满足一定的要求,那土也基本是不会破坏的,不用再去计算土的承载力了。


再多说一句,某个指标在大多数情况下是用SLS来验算,但在某些特殊情况下也许就变成了ULS。比如对于铁路桥面板变形的控制,对于一个基本的工程师来讲,这肯定是正常使用极限状态的验算。但是!桥面板变形过大会引起铁轨的变形,既而造成列车的脱轨,那么影响的就是人的生命,所以呢,必须要在极限状态下去验算!所以大家一定要抓住ULS与SLS的本质,然后去灵活变通。


Section 4 – Basic variables

首先给大家明确一个概念——特征值 (characteristic value)

任何的荷载在设计当中都需要引入一个代表值 (representative value)来进行计算,而其中最重要的一种代表值就是特征值(其余的如组合值、频遇值、准永久值等代表值均是以特征值为基础转化而来的),特征值的取法有四种——平均值、上限值、下限值以及名义值。前三种都是建立在统计规律的基础上,而最后一个是因为没有统计规律可循而人为规定的一个值,更多存在于岩土部分。

例如结构自重,这是一个可以建立起统计规律的指标,所以特征值的取法就选择前三种,一般情况下,因为材料的重度变化很小,所以可以选用平均值作为特征值(国标也是这样选取的),但对于某些情况,比如超长跨度的预应力混凝土结构,自重对于结构就会比较敏感,此时,需要分别选用自重的上限值(95%保证率)和下限值(5%保证率)来验证不同工况下的内力,这一点需要大家注意。


以上讲的仅仅是荷载,我相信大多数像刘工一样的人也仅仅是停留在荷载的层次,但是在设计工作中,除了荷载这个基本变量之外,还有材料和尺寸。

对于材料,其取值方法与荷载几乎是一样的,也是建立在统计基础上,欧标特别强调材料这块是因为整个岩土部分全部采用了概率设计法,所以如何取土的各种参数将变成一大难题!

而对于尺寸,欧标在钢结构部分允许采用了直接设计法,那么结构的尺寸也成为一个变量,引入了整体缺陷和局部缺陷。


今天刘工先带大家了解了EN 1990前四章的内容,希望大家有空去认真读一下,有问题可以提出来,大家一起讨论。一言以蔽之,EN 1990就是先给大家讲了各种概念,而这些概念将会在EN 1991到EN 1999中反复使用。想起了一句歌词——我种下一颗种子,终于长出了果实,今天是个伟大日子。希望大家把欧标的这颗种子种好,会对以后的学习以及设计有非常大的帮助!



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作者: ganggouren

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