2021年第三讲 设计要求及荷载效应组合

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

第3讲高层建筑结构设计要求

及荷载效应组合

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：

R S ≤0γ

有地震作用组合时：RE E E R S γ/≤

承载力抗震调整系数

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)，h u /∆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y y

p y p u u u ∆=∆=∆ξημ 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地震作用标准值计算的弹性地震弯矩的比值。

５.6荷载效应和地震作用效应的组合

5.6.1 无地震作用效应组合时，荷载效应组合的设计值应按下式确定：wk w w Qk Q Q Gk G S S S γψγψγ++=S （５．６．１）

式中

Ｓ———荷载效应组合的设计值； G γ ———永久荷载分项系数； Q γ ———楼面活荷载分项系数； w γ ———风荷载的分项系数； Gk S ———永久荷载效应标准值； Qk S ———楼面活荷载效应标准值； wk S ———风荷载效应标准值； Q ψ 、w ψ———分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.0和0.6或0.7和1.0。

注：对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房，本条楼面活荷载组合值系数取0.7的场合应取为0.9。

5.6.2无地震作用效应组合时，荷载分项系数应按下列规定采用： １承载力计算时： １）永久荷载的分项系数G γ ：当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取１．

２，对由永久荷载效应控制的组合应取 1.35；当其效应对结构有利时，应取1.0；x 面活荷载的分项系数 Q γ ：一般情况下应取1.4； ３）风荷载的分项系数w γ应取1.4。

２位移计算时，本规程公式（５．６．１）中各分项系数均应取１．０。 ５．６．３ 有地震作用效应组合时，荷载效应和地震作用效应组合 的设计值应按下式确定：

wk w w Evk Ev Ehk Eh GE G S S S S γψγγγ+++=S （５．６．３）

荷载效应组合及设计要求

1．什么是荷载效应？什么是荷载效应组合？一般用途的高层建筑结构承受哪些何载？

答：所谓荷载效应，是指在某种荷载作用下结构的内力或位移。

按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。

一般用途的高层建筑结构承受的竖向荷载有结构、填充墙、装修等自重（永久荷载）和楼面使用荷载、雪荷载等（可变荷载）；水平荷载有风荷载及地震作用。各种荷载可能同时出现

在结构上，但是出现的概率不同。

2．如何考虑荷载效应的组合？分项系数与组合系数各起何作用？

答：通常，在各种不同荷载作用下分别进行结构分析，得到内力和位移后，再用分项系数与

组合系数加以组合。

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001，以下简称为《荷载规范》）上给出的自重及使用荷载、雪荷载等值，以及风荷载及地震等效荷载值都称为荷载标准值。各种标准荷载独立作用产生的内力及位移称为荷载效应标准值，在组合时各项荷载效应应乘以分项系数及组合系数。分项系数是考虑各种荷载可能出现超过标准值的情况而确定的荷载效应增大系数，而组合系数则是考虑到某些荷载同时作用的概率较小，在叠加其效应时要乘以小于1的系数。例如，风荷载和地震作用同时达到最大值的概率较小，因此在风荷载和地震作用组合时，风荷

载乘以组合系数0.2。

3．如何选择控制截面及最不利内力类型

答：在构件设计时，要找出构件设计的控制截面及控制截面上的最不利内力，作为配筋设计的依据。首先要确定构件的控制截面，其次要挑选这些截面的最不利内力。所谓最不利内力，

就是使截面配筋最大的内力。

荷载组合的效应设计值

1. 引言

在结构设计中，荷载组合是必不可少的一项内容，其目的是将所

有可能的荷载作用情况考虑在内，以确保结构的安全可靠性。荷载组

合的效应设计值的确定十分重要，直接关系到结构的安全性能。

本文将从荷载组合的基本概念、荷载组合的设计标准、荷载组合

的效应设计值等方面进行探讨，旨在为读者提供一些有关荷载组合的

基本知识。

2. 荷载组合的基本概念

荷载组合指的是在结构设计过程中考虑多种荷载同时作用的情况下，对荷载进行加和或组合，以确定结构在不同荷载作用情况下的承

载能力。荷载组合的目的是确保结构在实际使用中能够满足设计要求，同时使得结构达到最优化的重量和经济性。

荷载组合所涉及的荷载种类不仅包括静荷载、动荷载，还包括自重、风荷载、地震荷载、温差荷载、膨胀荷载等多种载荷，在实际设

计中必须作全面的考虑。

3. 荷载组合的设计标准

荷载组合的设计标准是指在结构设计中采用何种荷载组合方式以

及组合系数的要求，不同的荷载组合标准适用于不同的设计情况。

通常，荷载组合标准可以分为国际标准和国内标准两种。国际标准包括欧洲标准和美国标准等，其中欧洲标准采用着“极限状态设计法”(Limit State Design, LSD)；而美国标准则采用了“极限荷载设计法”(Ultimate Load Design, ULD)。国内标准包括《建筑结构荷载规范》等。

4. 荷载组合的效应设计值

荷载组合的效应设计值指的是在结构各种荷载作用下，结构的应力、变形和位移等参数所达到的设计值。通常，荷载组合的效应设计值需要根据结构的不同部位和设计要求进行划分。

荷载效应的标准组合

一、引言

荷载效应的标准组合是结构设计中非常关键的一部分，它用于确定结构在不同工况下受力情况的最不利组合。标准组合的确定直接影响到结构的安全性和可靠性。本文将全面、详细、完整地探讨荷载效应的标准组合的相关内容。

二、标准组合的概念和作用

2.1 标准组合的概念

标准组合是指在结构设计中，将各种荷载按照一定的组合关系进行组合，以反映结构在不同荷载作用下的最不利情况。

2.2 标准组合的作用

•确定结构在安全荷载组合下的承载能力，保证结构的安全性。

•确定结构在极限荷载组合下的变形和位移，保证结构的稳定性。

•为结构的静力分析提供准确的荷载作用情况。

三、荷载的分类

3.1 永久荷载和变动荷载

•永久荷载：包括自重和附加永久荷载，如结构自重、楼板、墙体等其他固定构件的重量。

•变动荷载：包括活荷载和临时荷载，如人流、风荷载、设备荷载等。

3.2 可变荷载和不可变荷载

•可变荷载：具有一定变化规律和范围的荷载，如活荷载。

•不可变荷载：在设计寿命内不发生变化的荷载，如自重。

3.3 常用荷载标准

•建筑结构荷载标准GB 50009-2012

•桥梁荷载标准JTG/T D61-2004

•风荷载标准GB 50009-2012

四、标准组合的原理和方法

4.1 极限组合与极限状态

•极限组合是指结构受力的最不利情况，包括弯矩、剪力和轴力等效值的组合。•极限状态是指结构在荷载作用下达到的极限情况，如结构超过强度极限导致倒塌。

4.2 荷载效应的计算方法

•线性叠加法：将不同工况下的效应线性叠加，适用于荷载效应与荷载呈线性关系的情况。

第三章荷载及荷载效应组合

一、结构上的荷载分类

1.按随时间的变异分类：

永久荷载—在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。

可变荷载—在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。

偶然荷载—在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。

2.按随空间位置的变异分类

固定荷载—在结构空间位置上具有固定分布的作用。

可动荷载—在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用。

3.按结构的反应分类

静态荷载—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。

动态荷载—使结构产生的加速度不可忽略的作用。

•《荷载规范》

• 3.1.1结构上的荷载可分为下列三类:

1 永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。

2 可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。

3 偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。

•二、荷载代表值

•建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计值。

对永久荷载应采用标准值作为代表值；

对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；

对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

•《荷载规范》

• 3.1.2建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。

对永久荷载应采用标准值作为代表值。

•对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。

对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

• 2.1.4荷载代表值representative values of a load

荷载效应

定义：结构上的荷载所产生的内力、变形、应变等，为荷载效应。

•荷载效应系数S= CP

荷载与荷载效应统计参数关系•定义变异系数

则

荷载效应组合

当结构承受两种以上可变荷载时，应考虑荷载效应组合规则。

Turkstra组合规则

三种不同荷载的组合

JCSS组合规则

不同组合规则的优缺点

Turkstra组合规则易理解，便于应用，但可能遗漏更不利组合。

JCSS组合规则可考虑所有不利组合，但组合数较多。

荷载基本组合的效应设计值表达式荷载基本组合的效应设计值是根据荷载组合理论和结构设计规范来确定的。根据具体的设计规范和标准，不同荷载组合的效应设计值表达式可能会有所不同。以下是一个常见的荷载组合的效应设计值表达式的示例，供参考：

对于一般的荷载组合，可以使用如下表达式计算效应设计值：效应设计值 = Σ (γi × Qi)

其中，γi是荷载类型i的部分安全系数（也称为荷载系数），Qi是荷载类型i的设计值。

常见的荷载类型包括：常驻荷载、可变荷载、风荷载、地震荷载等。对于不同的荷载类型，其设计值和部分安全系数可能会有所不同。因此，在具体的设计规范中，需要查阅相应的表格或公式来确定各个荷载类型的设计值和安全系数。

需要注意的是，具体的荷载组合表达式和参数取值应根据所适用的设计规范和标准进行确定。因此，在进行结构设计时，应参考并遵循相关的设计规范和标准，以确保结构的安全性和可靠性。

荷载组合详解

荷载规范里的荷载组合中提到的荷载“基本组合”、“频遇组合”和“准永久组合”分别表示什么？分别用在什么情况下？

1）基本组合是属于承载力极限状态设计的荷载效应组合，它包括以永久荷载效应控制组合和可变荷载效应控制组合，荷载效应设计值取两者的大者。两者中的分项系数取值不同，这是新规范不同老规范的地方，它更加全面地考虑了不同荷载水平下构件地可靠度问题。

在承载力极限状态设计中，除了基本组合外，还针对于排架、框架等结构，又给出了简化组合。

2）标准组合、频遇组合和准永久组合是属于正常使用极限状态设计的荷载效应组合。

标准组合在某种意义上与过去的短期效应组合相同，主要用来验算一般情况下构件的挠度、裂缝等使用极限状态问题。在组合中，可变荷载采用标准值，即超越概率为5％的上分位值，荷载分项系数取为1.0。可变荷载的组合值系数由《荷载规范》给出。

频遇组合是新引进的组合模式，可变荷载的频遇值等于可变荷载标准值乘以频遇值系数（该系数小于组合值系数），其值是这样选取的：考虑了可变荷载在结构设计基准期内超越其值的次数或大小的时间与总的次数或时间相比在10％左右。频遇组合目前的应用范围较为

窄小，如吊车梁的设计等。由于其中的频遇值系数许多还没有合理地统计出来，所以在其它方面的应用还有一段的时间。

准永久组合在某种意义上与过去的长期效应组合相同，其值等于荷载的标准值乘以准永久值系数。它考虑了可变荷载对结构作用的长期性。在设计基准期内，可变荷载超越荷载准永久值的概率在50％左右。准永久组合常用于考虑荷载长期效应对结构构件正常使用状态影响的分析中。最为典型的是：对于裂缝控制等级为2级的构件，要求按照标准组合时，构件受拉边缘混凝土的应力不超过混凝土的抗拉强度标准值，在按照准永久组合时，要求不出现拉应力。