2021年第三讲 设计要求及荷载效应组合
第四章设计要求及荷载效应组合
4.5 结构抗震性能设计
3.11.1 结构抗震性能设计应分析结构方案的特殊性、选用 适宜的结构抗震性能目标，并采取满足预期的抗震性能目 标的措施。
条文说明：分析结构方案在房屋高度、规则性、结构类型、 场地条件或抗震设防标准等方面的特殊要求，确定结构设 计是否需要采用抗震性能设计方法。 采用抗震性能设计的工程，一般表现为不能完全符合抗震 概念设计的要求；对特别不规则结构，应进行抗震性能设 计，但需慎重选择抗震性能目标。
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4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算 《高钢规》5.2.11条 对于不符合本规程第5.2.10条的高层 建筑钢结构，可按下列要求验算整体稳定：
(1) 对于有支撑的结构，且Δu/h≤1/1000，按有效长度法 计算。柱的计算长度可按现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ17)附录四附表4.1采用。支撑体系可以是钢支撑、剪 力墙和核心筒等。
钢结构
各种结构类型1/250注：高度在150~250m之间的钢筋混凝土高层建筑，限制值按a、
b两类限制值插入计算。
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4.2 侧移限制
在正常使用状态下，限制侧向变形的主要原因：要 防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损 坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；
过大的侧移会使结构产生附加内力( P 效应)。
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算 高层建筑结构的稳定应符合下列要求(强制性条文)： 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构应符合下式要 求：
n
EJd 1.4H2 Gi i1
框架结构应符合下式要求：
n
Di 10 Gj /hi i1,2, ,n ji
从上式可以看出，刚重比对结构稳定性有决定性作用。
工程结构荷载代表值与荷载效应组合
极限状态：
在外力作用下，结构或者构件的某 一指标达到允许的最大值，此时结构或
构件所处的状态称作是极限状态。
指 内力（轴力、弯矩、剪力）
标 变形和裂缝宽度
承载能力
极限状态
允许的 构件允许的最大值 正常使用
最大值 规范规定的最大值 极限状态
根据极限状态设计时：进行 哪些组合；如何组合
1、承载能力极限状态设计-----两种组合
1)基本组合
2)必要时尚应考虑作用效应的偶然组合 (有地震作用参与的组合)
2、正常使用极限状态设计---三种组合
1）标准组合： 2）频遇组合： 3）准永久组合
根据承载能力极限状态设计：
1、基本组合 1）可变荷载效应（产生内力）起控制作用
n
S GS Gk Q1SQ1k Qi Ci SQik
用效应进行组合，称为荷载效应组合。
荷载效应组合与结构设计的极限状态密切
相关，需要先了解结构的极限状态。
两种极限状态 p173-174
承载能力极限状态------结构或结构构
件达到最大承载能力的状态。
正常使用极限状态------结构或结构构
件的变形、裂缝或者耐久性能指标达到最大 状态不适于继续承载的状态。
i2
2）永久荷载效应（产生内力）起控制作用
n
S GS Gk Qi Ci SQik
i1
说时 选，明其分：中（最别以不1）各利当的可对变荷S荷载Q载组i k 效合无应结法为果明；S显Q判1 k断，
（2） 当考虑以竖向的永久荷载效 应控制的组合时，参与组合的可变 荷载仅限于竖向荷载。
（3）基本组合公式只适用于荷载和 内力呈线性关系的情况。
竖向荷载 地震作用 重力荷载 左 右
荷载效应的标准组合
荷载效应的标准组合荷载效应的标准组合是指将多个荷载同时作用于结构上时，根据不同的荷载类型给出的不同荷载系数进行组合计算得到的最不利情况的荷载效应。
荷载系数的设计目的是为了在不同荷载类型间进行比较和组合，以控制结构的安全性能。
通常，荷载效应的标准组合包括设计荷载组合和极限荷载组合。
设计荷载组合考虑结构在使用阶段可能遭受的作用力，由此确定荷载系数和组合方式，是建筑结构设计的一项基本内容。
设计荷载组合的目的是确保结构在使用阶段能够承受常见荷载而不出现破坏或超限情况。
极限荷载组合考虑结构在事故性情况下可能承受的最大荷载，包括紧急事故荷载组合和破坏状态下荷载组合。
极限荷载组合的目的是确保结构在设计寿命内，在可能产生的最严重荷载下不会发生破坏。
荷载效应的标准组合通常由标准和规范制定，也可根据实际情况进行调整。
国际上通用的荷载效应组合有欧洲标准和英美标准，我国采用的是国家标准，如《建筑结构荷载规范》和《公路桥梁设计规范》等。
这些标准规范主要考虑结构的安全性能和使用要求，保证结构在设计寿命内能够承受常见和特殊荷载。
在荷载效应计算中，荷载系数的选取直接影响到结构的安全性能。
荷载系数的选取应根据荷载类型、设计要求和实际情况进行综合考虑。
不同类型的荷载有不同的贡献系数，应按其重要性分别选取，在计算荷载效应时进行组合。
同时，应对特殊荷载或特殊结构进行详细思考和分析，进行特殊荷载组合的设计，以确保结构的安全性能。
总之，荷载效应的标准组合是建筑结构设计和施工中不可缺少的一环，直接关系到结构的安全性能和使用寿命。
荷载系数的选取应根据实际情况进行综合考虑，同时要对特殊荷载进行认真思考和分析，以保证结构的安全性能。
荷载效应基本组合和标准组合
荷载效应基本组合和标准组合
在工程结构设计中，荷载效应是一个重要的概念，指的是荷载作用在结构上所产生的效应，例如应力、变形等。
为了保证结构的安全性和可靠性，需要对荷载效应进行合理的组合，以充分考虑各种荷载和效应的相互作用。
荷载效应的组合有两种：基本组合和标准组合。
基本组合是指仅考虑某一种荷载作用时所需考虑的效应组合，例如只考虑地震作用时的效应组合；而标准组合则是将多种荷载效应组合在一起进行考虑，以获得更全面的效应组合。
在中国结构设计规范中，规定了一系列标准组合，常用的有常规组合、极限状态组合和抗震组合等。
常规组合适用于结构的正常使用状态，包括永久荷载、变动荷载和风荷载等；极限状态组合则适用于结构的极限状态，包括恶劣气候、地震和火灾等；抗震组合则主要考虑地震作用下的效应组合，以确保结构在地震发生时的稳定性和安全性。
综合考虑各种荷载效应的组合是工程结构设计的重要内容，需要根据实际情况进行科学合理的选取和计算，以保证结构的安全性和可靠性。
- 1 -。
11-荷载效应组合
荷载效应组合及柱内力选取一、调幅1.调幅对象：竖向荷载作用下的梁弯矩，水平力不条幅，先调幅后组合2.调幅目的：负弯矩钢筋配置过多，无法浇筑混凝土——并筋3.调整方法：4.调整幅度：①现浇框架：支座0.8-0.9；②装配整体式框架：支座0.7-0.8（节点变形会是负弯矩减小10%）③调整幅度超过上述范围会怎样？二、荷载效应组合1.组合顺序①先计算构件内力，然后对内力进行组合②同一方向，同一作用范围（恒载和满布的活载）的荷载也可先行组合，再计算内力2.荷载组合：（《新高规》5.6.4）变化：把7度水平长悬臂和大跨度引入进来了大跨度：9度18m屋架，8度24m，长悬臂：9度1.5m阳台、走廊，8度2m。
1）无地震作用效应组合：（包世华69页有错误，组合系数不能统一取1.0）①永久荷载效应起控制作用：S=1.35S GK+0.7×1.4S QK②可变荷载效应起控制作用（活载较大）：S=1.2S Gk +1.4S Qk +0.6×1.4S wk③可变荷载效应起控制作用（风载较大）：S=1.2S Gk +0.7×1.4S Qk +1.4S wk2）有地震作用效应组合：（毕业设计的高层只考虑水平地震）S=1.2S Gk +1.3S Ehk三、柱内力选取1.压弯构件N-M相关曲线①界限破坏时的受压承载力：N b=α1f c bh0ξb②大偏压：N≤N b；小偏压：N＞N b③大小偏压破坏的实质区别？④大偏压破坏时，轴力是有利的（轴力阻止远端受拉钢筋屈服），小偏压破坏，轴力不利（轴力加剧了近端钢筋和混凝土的破坏）⑤实际组合后可能有多组M和N，根据上述原则，选出两组最不利的进行后续计算。
荷载组合建筑规范-完整版PPT课件
一、承载能力极限状态的荷载效应组合
1.基本组合 ➢ 一般结构构件：选下列计算中较大者。
（1）由可变荷载控制时
m
n
Sd （0 S Gj Gjk Q1 S L1 Q1k Qi Li ciSQik）
j 1
i2
（2）由永久荷载控制时
m
n
Sd 0 SGj Gjk Qi Li ciSQik
Qi ––– 活载分项系数，一般情况下取1.4，当活 载标准值大于 4kN/m2 的工业房屋楼面结 构取1.3；
SGk––– 恒载标准值所产生的内力； SQik––导活荷载； ci ––– 第i个可变荷载的组合系数。
2.偶然组合 ➢ 偶然荷载的代表值不乘分项系数； ➢ 与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值； ➢ 各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。
j1
i1
式中： 0 ––– 结构重要性系数； 安全等级为一级或使用年限为100年时， 0 1.1 安全等级为二级或使用年限为50年时， 0 1.0 安全等级为三级或使用年限为5年时。 0 0.9
结构的安全等级 按结构的重要性划分
一级：重要建筑 二级：一般建筑 三级：次要建筑
G ––– 荷载分项系数，当其效应对结构不利时， 由可变荷载效用控制时 G 1.2 ，由永久 荷载效应控制时 G 1.35 ；当其效应对 结构有利时，一般 情况下取1.0，验算 倾覆、滑移或漂浮时取0.9；
j 1
i2
3. 准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素
的一些情况。
m
n
Sd SGjk qi SQik
j1
i 1
二、正常使用极限状态的荷载效应组合
1. 标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将 产生严重的永久性损坏的情况。
荷载效应标准组合
荷载效应标准组合
荷载效应标准组合是结构工程设计中非常重要的一部分，它涉及到结构在不同荷载作用下的受力情况，对于确保结构的安全性和稳定性具有至关重要的意义。
在工程设计中，我们需要根据实际情况来确定荷载效应标准组合，以便对结构进行合理的设计和计算。
首先，荷载效应标准组合是根据结构的设计荷载和荷载组合规范来确定的。
在结构设计中，我们需要考虑到不同类型的荷载，如恒载、活载、风载、地震作用等，这些荷载会对结构产生不同的影响，因此需要进行合理的组合来考虑结构在不同荷载作用下的受力情况。
其次，荷载效应标准组合需要根据结构的受力性能和安全性能来确定。
在确定荷载效应标准组合时，我们需要考虑结构的受力性能和安全性能，以确保结构在各种荷载作用下能够满足设计要求，保证结构的安全可靠。
另外，荷载效应标准组合还需要考虑结构的使用性能和经济性能。
在确定荷载效应标准组合时，我们需要综合考虑结构的使用性能和经济性能，以确保结构在设计寿命内能够满足使用要求，并且
具有较好的经济性能，从而实现结构设计的合理性和可行性。
总之，荷载效应标准组合是结构工程设计中至关重要的一部分，它涉及到结构在不同荷载作用下的受力情况，对于确保结构的安全
性和稳定性具有至关重要的意义。
在确定荷载效应标准组合时，我
们需要充分考虑结构的设计荷载、荷载组合规范、受力性能、安全
性能、使用性能和经济性能，以确保结构设计的合理性和可行性。
希望本文能够对大家在结构工程设计中确定荷载效应标准组合时有
所帮助。
4 设计要求及荷载效应组合
版权说明：本课件仅供用于非赢利教育目的第4章设计要求及荷载效应组合PPT: soilfoundation@ (password:foundation)周葆春土木工程学院Email：zhoubcxynu@14.1 承载力验算4.2 侧移限制4.3 舒适度要求4.4 稳定和抗倾覆4.5 抗震结构延性要求和抗震等级4.6 荷载效应组合及最不利内力24.1 承载力验算持久状况：在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况。
持续期一般与设计使用年限为同一数量级；短暂状况：在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的状况，如施工和维修等；3理论上讲，由于反复荷载作用下承载力的降低，对于同一构件，地震作用下的承载力应低于无地震作用下的承载力。
但考虑到地震是一种偶然作用，作用时间短，通过引入承载力抗震调整来提高其承载力。
系数γRE此外，对轴压比小于0.15的偏心受压柱，因柱的变形能力与梁相近，故其承载力抗震调整系数与梁相同。
44.2 水平位移限制4.2.1 弹性位移验算高层建筑层数多、高度大，应对其层间位移加以控制。
这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小控制的一个相对指标。
目的是为了保证高层结构在多遇地震作用下基本处于弹性受力状态，以及填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件基本完好。
考虑到层间位移控制是一个宏观的侧向刚度指标，为便于应用，可采用层间最大位移与层高之比△u/h，即层间位移角θ作为控制指标。
5674.2.2 弹塑性位移限值和验算震害表明，如果存在薄弱层，结构薄弱部位将产生较大的弹塑性变形，导致结构构件严重破坏甚至引起房屋倒塌。
8910楼层屈服强度系数ξy 按下式计算：ξy =Ｖy /V eV y ：按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力；V e ：按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。
1112131415静力弹塑性分析（Push-over Analysis）方法也称为推覆法，是一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法。
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*欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 第3讲 高层建筑结构设计要求及荷
载效应组合
欧阳光明（2021.03.07） 与一般结构相同，设计高层建筑结构时，分别计算各种荷载作用下的内力和位移，然后从不同工况的荷载组合中找到最不利内力及位移，进行结构设计。 应当保证在荷裁作用下结构有足够的承裁力及刚度，以保证结构的安全和正常使用。结构抗风及抗震对承载力及位移有不同的要求，较高的结构抗风还要考虑舒适度要求，抗震结构还要满足延性要求等。下面将分别进行介绍。 1、承载力验算 高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承裁力验算。结构构件承载力验算的一般表达式为： 持久设计状况、短暂设计状况无地震作用组合时：RS0
有地震作用组合时：REEE
RS/
承载力抗震调整系数 材料 结构构件 RE
钢筋混凝土 梁 0.75 *欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 轴压比小于0.15的柱 0.75
轴压比不小于0.15的柱 0.80
剪力墙/局部承压 0.85/1.0
各类受剪、偏拉构件 0.85
节点 0.85
钢 梁、柱 0.75
支撑 0.80 梁节点、螺栓 0.85
连接焊缝 0.90
2、侧移限制
1）使用阶段层间位移限制 结构的刚度可以用限制侧向变形的形式表达，我国现行规范主要限制层间位移： 在正常使用状态下，限制侧向变形的主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力(P效应)。在正常使用状态下(风荷载和小震作用)，hu/的限值按下表选用。 2）结构薄弱层的弹塑性层间位移的简化计算 弹塑性层间位移按下列公式计算 或yypypuuu
楼层屈服强度系数是指：楼房等建筑的各层按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值；对排架柱，指按实际配筋面积、材料强度标准值和轴向力计算的正截面受弯承载力与按罕遇*欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 地震作用标准值计算的弹性地震弯矩的比值。
楼层屈服强度系数表示建筑的实际承载强度相对于其设计时罕遇地震的对建筑的作用力的大小。《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定：7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构，应该进行罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算。（详见《高层建筑混凝土结构技术规程》2010版3.7.4条） 下列结构应进行弹塑性变形验算： （1）7~9度时层屈强系数小于0.5的框架结构；（2）甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；（3）采用隔振和效能减震设计的结构；（4）高度大于150m的结构。 不超过12层且侧向刚度无突变的框架结构可采用简化计算方法； 其余结构可采用弹塑性静力或动力分析方法。 结构薄弱层位置按下列情况确定： 1）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层； 2）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层或相对较小处，一般不超过2~3处。 结构的弹塑性位移增大系数p
y 0.5 0.4 0.3
p 1.8 2.0 2.2
罕遇地震作用下hu/的限值按下表选用
3、舒适度要求 在风荷载作用下，高度超过150m的高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。此时，按照重现期为10年的风荷载计算结构顶点*欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 加速废，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，
max应满足下列要求： 4、稳定和抗倾覆 任何情况下，应当保证高层建筑结构的稳定和足够抵抗倾覆的能力。由于高层建筑的刚度一般较大，又有许多楼板作为横向隔板，在重力荷载下一般都不会出现整体丧失稳定的问题。 但是在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯短又增大侧移，这是一种二阶效应，也称为“P效应”，它不仅会增加构件内力，严重时还会使结构位移逐渐加大而倒塌。 初始弯矩为该楼层地震剪力与楼层层高的乘积，即hFMe1；重力附加弯矩为任一层以上全部重力荷载与该楼层地震产生的层间位移的乘积，即PM2，亦称二阶弯矩。总弯矩为21MMM，结构由于2M使增加，同时又使二阶弯矩进一步增大，如此反复，对某些结构可能产生积累性的变形增大而导致结构失稳而倒塌。 重力二阶弯矩与初始弯矩的比值为稳定系数，其值为：
iinijjiihVGu
；
当楼层稳定系数1.0
i
时，可不考虑重力二阶效应的不利影响。
因此，在某些情况下，高层建筑结构计算要考虑P效应，也就是所谓的“结构整体稳定验算”。由于钢筋混凝土结构与钢结构变形性能不相同，要求进行稳定验算的条件也不相同。 1）高层钢筋混凝土结构的稳定验算 *欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 等效抗侧刚度的验算分为两类：(1)框架结构；(2)剪力墙、框
架—剪力墙和简体结构。具体计算方法及计算公式可参阅《混凝土高规》。（如下） 在水平力作用下，当高层建筑结构满足下列规定时，可不考虑重力二阶效应的不利影响。 剪力墙、框架—剪力墙和筒体结构
5.4.2 高层建筑结构如果不满足本规程第5.4.1条的规定时，应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。
5.4.3 高层建筑结构重力二阶效应，可采用弹性方法进行计算，也可采用对未考虑重力二阶效应的计算结果乘以增大系数的方法近似考虑。结构位移增大系数F1、F1i以及结构构件弯矩和剪力增大系
数F2、F2i可分别按下列规定近似计算。
5.4.4 高层建筑结构的稳定应符合下列规定（即结构的刚重比验算）：
2）高层钢结构的稳定验算 此处所说的稳定验算是指结构整体稳定，也就是重力作用下的二阶效应——P效应。 《高钢规》规定了可以不进行整体稳定验算的两个条件，一是各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足—定要求，二是按不考虑P效应的弹性计算所得层间相对位移小于某个值。具体要求如下： *欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 (1)对于有钢支撑、剪力墙或简体的钢结构，且1000/1/hu，可不
计算P效应，只按有效长度法计算柱的承载力。 (2)对于无支撑的钢结构(纯钢框架)和1000/1/hu的有支撑钢结构，府按考虑P效应的方法计算钢构内力及侧移，侧移应满足表4－2的要求。实际上大部分钢结构需要计算P效应。 3）高层建筑抗倾覆问题 如果高层建筑的侧移很大，其重力作用合力点移至基底平面范围以外．则建筑可能发生倾覆问题。事实上，正常设计的高层建筑不会出现倾覆问题。 在设计高层建筑时，一般都要控制高宽比(BH/)，而且，在基础设计时．高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不允许出现零应力区，其他建筑，基础底面零应力区面积不应超过基础底面积的15％。符合这些条件时。一般都不可能出现倾覆问题，因此通常不需要进行特殊的抗倾覆验算； 5、抗震结构延性要求和抗震等级 位于设防烈度6度及6度以上地区的建筑都要按规定进行抗震设计，除了满足抗震承载力及侧移限制要求外，都要满足延性要求和具有良好的耗能性能，这是实现“中震可修、大震不倒”的基本措施。钢结构的材料本身就具有良好的延性，而钢筋混凝土结构要通过延性设计，才能实现延性结构。 1）延性结构的概念 延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，*欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 即塑性变形能力的大小。塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震
结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能。 构件延性比 对于钢筋混凝土构件，当受拉钢筋屈服以后，即进入塑性状态，构件刚度降低，随着变形迅速增加，构件承载力略有增大，当承载力开始降低，就达到极限状态。 构件延性比是指构件极限变形(曲率u
、转角u、，或挠度uf)
与屈服变形(y、y或yf
)的比值，见下图。屈服变形定义是钢筋屈
服时的变形，极限变形一般定义为承载力降低10％—20％时的变形。 结构延性比 对于一个钢筋混凝土结构，当某个杆件出现塑件铰时，结构开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当出现塑性铰的杆件增多以后，塑性变形加大，结构刚度继续降低：当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出现“屈服”现象，即结构进入塑性变形迅速增大而承载力略微增大的阶段，是“屈服”后的弹塑性阶段。“屈服”时的位移定为屈服位移y
。当整个结构不能维持其
承载能力，即承载能力下降到最大承载力的80％—90％时，达到极限位移u，结构延性比通常是指达到极限时顶点位移u
与屈服
时顶点位移y
的比值yu，见下图。
在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，钢筋混凝土结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许部分构件出现塑性铰，这种状态是中震“可修”状态：当合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性时，可做到在大震作用下