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欧洲规范 · 荷载体系 · 2025
EN 1991
结构上的作用
Actions on Structures — 荷载设计的"总源头"
10 分项标准
3 荷载类别
4 环境作用全覆盖
风·雪·地震·温度
8 配套材料
设计标准
Eurocode 1 · EN 1991 Series · CEN/TC 250 · BSI / DIN / NF 等各国采用
01
标准定位:荷载输入端的角色

在欧洲结构规范(Eurocodes)体系中,EN 1991 承担了一个独特而核心的角色——它不负责设计任何材料的构件,而是专注于定义所有作用在结构上的荷载。可以将其理解为整个欧码体系的"荷载输入端":无论是混凝土梁(EN 1992)、钢结构(EN 1993)还是木结构(EN 1995),其设计过程必须以 EN 1991 提供的荷载数据为起点。

🔑 核心地位
EN 1991 是 EN 1992~EN 1999(8本材料/结构设计标准)的荷载输入基础。
EN 1990(设计基础)定义极限状态与可靠性框架,EN 1991 填充实际荷载数值,两者共同构成欧码"顶层"标准。

该标准的正式名称为 Eurocode 1: Actions on Structures(结构上的作用),由欧洲标准化委员会(CEN,Comité Européen de Normalisation)第250技术委员会(TC 250)负责制定,目前在欧盟成员国及多个第三方国家采用。

02
10个分项全览

EN 1991 共包含 10 个分项标准,涵盖从日常楼面活荷载到极端偶然作用的所有荷载类型:

⚖️
EN 1991-1-1
密度、自重、楼面活荷载
材料密度、构件自重、建筑各功能区楼面活荷载(Densities, Self-weight, Imposed Loads)
🔥
EN 1991-1-2
火灾作用
火灾时结构承受的热机械作用,含标准火灾曲线与自然火灾模型(Actions on Structures Exposed to Fire)
❄️
EN 1991-1-3
雪荷载
屋面积雪荷载,考虑地形、海拔、屋面形状及雪的堆积效应(Snow Loads)
🌬️
EN 1991-1-4
风荷载
风速场分析、地形粗糙度分类、体形系数与阵风响应因子(Wind Actions)
🌡️
EN 1991-1-5
温度作用
季节与昼夜温差引起的结构热变形与约束应力(Thermal Actions)
🏗️
EN 1991-1-6
施工期间作用
模板、脚手架、设备在施工阶段产生的临时荷载(Actions During Execution)
💥
EN 1991-1-7
偶然作用
车辆/船舶撞击、外部爆炸、内部爆炸等低概率高后果事件(Accidental Actions)
🌉
EN 1991-2
桥梁交通荷载
公路与铁路桥梁荷载模型 LM1~LM4,包含分布荷载与集中轴重(Traffic Loads on Bridges)
🏭
EN 1991-3
吊车和机械作用
工业厂房桥式吊车、悬挂吊车的动荷载与荷载组合(Actions Induced by Cranes and Machinery)
🗂️
EN 1991-4
筒仓和储罐
散料(粮食、煤炭等)及液体储罐内部压力分布规律(Silos and Tanks)

其中 EN 1991-1-1 至 1-7 属于"第一部分"(通用建筑),EN 1991-2/3/4 属于针对特定结构类型的专项标准。

03
作用分类体系

EN 1991 将所有结构作用按时间特征分为三大类,每类对应不同的设计极限状态与荷载组合策略:

G
永久作用
结构自重
楼面面层重
固定设备重
土压力
预应力
Q
可变作用
楼面活荷载
雪荷载
风荷载
温度作用
交通荷载
吊车荷载
A
偶然作用
火灾
爆炸
车辆撞击
船舶撞击
坠物冲击
地震(EN 1998)
作用类型 符号 典型数值范围 设计状态
结构自重(混凝土) Gk 25 kN/m³ 持久/短暂
办公室楼面活荷载 Qk 3.0 kN/m² 持久/短暂
住宅楼面活荷载 Qk 2.0 kN/m² 持久/短暂
屋面雪荷载(欧洲中部) s 0.5~2.5 kN/m² 持久/短暂
基本风压(欧洲中部) qb 0.3~0.9 kN/m² 持久/短暂
火灾作用 Ad 热分析确定 偶然
车辆撞击(立柱) Fd 50~500 kN 偶然
04
EN 1991-1-1:密度、自重与楼面活荷载

EN 1991-1-1 提供了工程中最常用的两类数据:建筑材料密度表和各功能区楼面活荷载。附录A(Annex A)包含超过50种材料的密度值,以下列出常用材料:

材料 中文名 容重 (kN/m³) 备注
Reinforced concrete 钢筋混凝土 25.0 常用结构材料
Plain concrete 素混凝土 24.0
Steel 钢材 78.5 结构钢/铸铁
Timber (softwood) 针叶木材 5.0~6.0 干燥状态
Brick masonry 砖砌体 18.0~20.0 取决于砖型
Aluminium 铝合金 27.0
Glass 玻璃 25.0
Water 10.0 液压计算基准

楼面活荷载(Imposed Loads)按使用功能分类,Categories A~H对应住宅至屋顶8类用途:

类别 使用功能 qk (kN/m²) Qk (kN)
Category A 住宅/卧室/公寓 1.5~2.0 2.0~3.0
Category B 办公室 2.0~3.0 2.0~4.0
Category C 会议、教室、餐厅 3.0~5.0 4.0~7.0
Category D 零售商店 4.0~5.0 3.5~7.0
Category E 仓库、工业用途 6.0~7.5 7.0~10.0
Category F 车辆停车(≤30kN) 2.5 10.0
Category G 车辆停车(30~160kN) 5.0 45.0
Category H 不可上人屋面 0.4 1.0
05
EN 1991-1-3/1-4:雪荷载与风荷载计算

雪荷载(Snow Loads) — EN 1991-1-3 的核心计算公式为:

🌨️ 屋面雪荷载 s 的计算流程
步骤1:地面雪压 sk
查欧洲雪区图 → 按海拔修正(A > 1500m 时用公式调整)
步骤2:屋面形状系数 μi
单跨平屋面 μ₁ = 0.8;双坡屋面按坡角 α 查表
步骤3:地形/温度系数 Ce、Ct
Ce:暴露系数(0.8 迎风 / 1.0 正常 / 1.2 背风)
Ct:热工系数(高保温屋面 < 1.0)
s = μi · Ce · Ct · sk
结果:屋面设计雪荷载 s(kN/m²),用于结构设计

风荷载(Wind Actions) — EN 1991-1-4 基于"峰值速度压力"方法,流程如下:

🌬️ 结构风荷载计算流程
步骤1:基本风速 vb
查各国 NDP 风速图 → vb = cdir · cseason · vb,0
步骤2:地形粗糙度系数 cr(z)
地形类别 0(海面)~Ⅳ(城区密集)→ 对数律风速剖面
步骤3:峰值速度压力 qp(z)
含紊流强度修正 Iv(z),考虑阵风效应
we = qp(ze) · cpe (外压)
wi = qp(zi) · cpi (内压)
结构响应(高柔结构)
引入结构系数 cscd 考虑动力放大
💡 EN vs. 中国风荷载的关键差异
中国荷载规范(GB 50009)使用"基本风压 w₀"(50年重现期),而 EN 1991-1-4 以基本风速 vb,0(10min 平均,10m 高,50年重现期)为起点,通过速度平方换算风压,物理含义更清晰。
06
EN 1991-2:桥梁交通荷载模型

EN 1991-2 是欧洲公路桥设计的荷载圣经,定义了四种荷载模型(Load Model),满足从常规车流到超重特种运输的全场景需求:

LM1
基本车辆荷载模型
代表正常交通流,含串列轴重(Tandem System, TS)和均布荷载(UDL)。适用于全局与局部验算。
TS轴重: Q1=300kN UDL: q1=9.0kN/m²
LM2
单轴重模型
单一重型轴荷载,用于桥面板局部效应验算(局部冲切、弯矩)。
单轴重: Q2=400 kN(含动力放大)
LM3
特种车辆模型
代表超重特种运输车队(如大型工程机械运输),按协议确定具体轴型。
总重: 600kN~3600kN(按类型)
LM4
人群荷载模型
临时交通管制期间(如大型活动、事故)桥面行人聚集荷载。
均布荷载: 5.0 kN/m²

对于铁路桥梁,EN 1991-2 另设 LM71(标准列车)、SW/0、SW/2(重载列车)和 HSLM(高速列车动力荷载)等专用模型,并考虑动力系数 φ(Dynamic factor)放大效应。

07
EN 1991-1-7:偶然作用

偶然作用(Accidental Actions)指发生概率极低但一旦发生后果严重的荷载,EN 1991-1-7 主要涵盖三类:

🚗
撞击作用
(Impact)
车辆撞立柱:50~500kN
船舶撞桥墩
飞机撞建筑(概率法)
按能量吸收设计
💣
外部爆炸
(Explosion)
爆炸冲击波超压
车辆炸弹场景
安全距离+结构冗余
Consequence Class定级
🏭
内部爆炸
(Internal Explosion)
管道气体爆炸
锅炉/压力容器破裂
粉尘爆炸
泄压面积设计
📋 后果类别 (Consequence Classes)
EN 1991-1-7 引入 CC1/CC2/CC3 三级后果类别来分级处理偶然作用风险:

CC1:低后果(单层住宅等)→ 简化规定
CC2a/2b:中等后果(4~15层办公楼等)→ 水平系杆+竖向系杆
CC3:高后果(>15层、体育馆等)→ 专项风险评估
08
与中国荷载规范的对比

中国对应标准为 GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》(Load Code for the Design of Building Structures),以下为两者核心异同:

对比项目 ENEN 1991 GBGB 50009
标准框架 10个独立分项,与材料标准解耦 单本综合标准(含荷载+组合)
荷载类型 永久/可变/偶然(G/Q/A) 永久/可变/偶然
风荷载基准 基本风速 vb,0(m/s) 基本风压 w₀(kN/m²)
风压重现期 50年(可按可靠性调整) 50年(R₀)
办公活荷载 2.0~3.0 kN/m² 2.0 kN/m²(普通办公)
住宅活荷载 1.5~2.0 kN/m² 2.0 kN/m²
雪荷载基准 地面雪压 sk(欧洲分区图) 基本雪压 s₀(全国分区图)
火灾荷载 EN 1991-1-2 独立分项 GB 50009未含,见防火规范
桥梁荷载 EN 1991-2 独立分项,4种LM JTG D60(公路)/TB 10002(铁路)
偶然作用 EN 1991-1-7,含CC1~CC3分级 GB 50009 附录F(简要规定)
地震作用 EN 1998(独立标准) GB 50011(抗震设计规范)
荷载组合 EN 1990 规定,ψ因子体系 GB 50009 规定,γ分项系数体系
09
典型工程取值速查表

以下汇总设计中最常查阅的荷载特征值(来自 EN 1991 各分项,供快速参考):

荷载项目 来源分项 典型取值 单位
钢筋混凝土自重 EN 1991-1-1 25.0 kN/m³
住宅楼面活荷载 EN 1991-1-1 Cat.A 1.5 ~ 2.0 kN/m²
办公楼面活荷载 EN 1991-1-1 Cat.B 2.0 ~ 3.0 kN/m²
会议/餐厅活荷载 EN 1991-1-1 Cat.C 3.0 ~ 5.0 kN/m²
仓库活荷载 EN 1991-1-1 Cat.E ≥ 6.0 kN/m²
地面基本雪压(阿尔卑斯) EN 1991-1-3 2.0 ~ 4.0 kN/m²
平屋面雪形状系数 EN 1991-1-3 0.8
基本风速(西北欧) EN 1991-1-4 25 ~ 35 m/s
矩形建筑正面风压系数 EN 1991-1-4 cpe,10 ≈ +0.8
温度作用(桥梁合拢) EN 1991-1-5 ±20 ~ ±30 °C
桥面LM1轴重(第1车道) EN 1991-2 300 kN
桥面LM1均布荷载(第1车道) EN 1991-2 9.0 kN/m²
行人/自行车桥 EN 1991-2 5.0 kN/m²
车辆撞立柱(普通道路) EN 1991-1-7 50 ~ 100 kN
10
各分项如何配合材料标准使用

在一个完整的欧码设计项目中,EN 1991 各分项与材料/结构标准的配合关系如下所示:

📋 EN 1990
设计基础
极限状态
⚖️ EN 1991
荷载定义
荷载组合
🏗️ EN 1992
混凝土
结构设计
+
🔩 EN 1993
钢结构
设计
+
🌲 EN 1995
木结构
设计
+
🌍 EN 1998
抗震设计
(地震荷载)
🔄 典型设计流程
① 确定设计情况(持久/短暂/偶然/地震)→ ② 从EN 1991取荷载特征值(Gk、Qk、Ad)→ ③ 按EN 1990建立荷载组合(含γ分项系数和ψ组合系数)→ ④ 传递给材料标准(EN 1992~1999)进行截面验算 → ⑤ 执行ULS+SLS双极限状态验算

值得注意的是,地震作用虽属于偶然作用范畴,但欧码将其单独放入 EN 1998(Eurocode 8)处理,EN 1991-1-7 仅处理非地震的偶然荷载。这一分工使每本标准的内容更为聚焦。

EN 1990 设计基础 可靠性框架 EN 1991 荷载输入端 G · Q · A 10个分项标准 EN 1992 混凝土结构 EN 1993 钢结构 EN 1995 木结构 EN 1997 岩土工程 EN 1998 抗震设计(地震荷载) EN 1991 荷载体系在欧码框架中的定位示意
图:EN 1991 作为荷载输入端,向右驱动各材料设计标准;地震荷载由 EN 1998 独立处理
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