《高层建筑混凝土结构技术规程》5.6荷载效应和地震作用组合的效应
5.6荷载效应和地震作用组合的效应
5.6.1持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线形关系考虑时，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定：
S d＝γG S Gk＋γLψQγQ S Qk＋ψwγw S wk（5.6.1）
式中：S d——荷载组合的效应设计值；γG——永久荷载分项系数；γQ——楼面活荷载分项系数；
γw——风荷载的分项系数；γL——考虑结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为 50 年时取 1.0，设计使用年限为 100 年时取 1.1；S Gk——永久荷载效应标准值；S Qk——楼面活荷载效应标准值；
S wk——风荷载效应标准值；ψQ、ψw——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、档案室、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持久设计状况和短暂设计状况下，荷载基本组合的分项系数应按下列规定采用：
1永久荷载的分项系数γG：当其效应对结构承载力不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取 1.2，对由永久荷载控制的组合应取 1.35；当其效应对结构有利时，应取 1.0；
2楼面活荷载的分项系数γQ：一般情况下应取 1.4；
3风荷载的分项系数γw应取 1.4。
2位移计算时，本规程公式（5.6.1）中个分项系数均应取 1.0。
5.6.3地震设计状况下，当作用与作用效应按线形关系考虑时，荷载和短暂作用基本组合的的效应设计值应按下式确定：
S d S＝γG S GE＋γEh S Ehk＋γEv S Evk＋ψwγw S wk（5.6.3）
式中：S d——荷载和地震作用组合的效应设计值；S GE——重力荷载代表值的效应；
S Ehk——水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数；
S Evk——竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数；
γG——重力荷载分项系数；γw——风荷载分项系数；γEh——水平地震作用分项系数；γEv——竖向地震作用分项系数；ψw——风荷载组合值系数，应取 0.2。
5.6.4地震设计状况下，荷载和地震作用基本组合的分项系数应按表 5.6.4 采用。当重力荷载效应对结构的承载力有利时，表 5.6.4 中γG不应大于 1.0。
表 5.6.4A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）
注：1g 为重力加速度；
2"—＂表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。
5.6.5非抗震设计时，应按本规程第 5.6.1 条的规定进行荷载组合的效应计算。抗震设计时，应同时按本规程第 5.6.1 条和 5.6.3 条的规定进行荷载和地震作用的效应计算；按本规程第 5.6.3 条计算的组合内力设计值，尚应按本规程的有关规定进行调整。
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荷载效应组合例题及作业[1] -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
例题： 某厂房采用1.5m ×6m 的大型屋面板，卷材防水保温屋面，永久荷载标准值为 2.7kN/m 2，屋面活荷载为0.7kN/m 2，屋面积灰荷载0.5kN/m 2，雪荷载 0.4kN/m 2，已知纵肋的计算跨度l =5.87m 。求纵肋跨中弯矩的基本组合设计值。 解：（1）荷载标准值 ① 永久荷载为 m kN m kN G k /025.2/)2/5.17.2(=?= ② 可变荷载为 屋面活荷载m kN m kN Q k /525.0/)2/5.17.0(1=?= 积灰荷载m kN m kN Q k /375.0/)2/5.15.0(2=?= 雪荷载m kN m kN Q k /3.0/)2/5.14.0(3=?= （2）荷载效应设计值 按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）的规定，屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。故采用以下几种组合方式进行荷载组合，并取其最大值作为设计值。 ① 由永久荷载控制的组合 纵肋跨中弯矩设计值 m kN m kN l Q l Q l G M M M M k k k k c Q k c Q Gk G ?=?????+????+???=??+??+?=++=03.1687.5375.08 19.04.187.5525.08 17.04.187.5025.28135.18 19.04.1817.04.18135.12222 22121222111ψγψγγ ② 由可变荷载效应控制的组合 ∑=++=n i ik ci Qi k Q Gk G S S S S 211ψγγγ 分别采用屋面活荷载与积灰荷载作为第一可变荷载进行组合。
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：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
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 ?设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。 ? ? 2.1.6标准值characteristic value/nominal value ? ?荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。 ? 2.1.7组合值combination value ?对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。
附件：“PKPM上部结构设计软件常见问题释疑”研讨班授课大纲 一、荷载与地震作用 1、现浇板、悬挑板、组合楼板、斜板等在确定面荷载时有哪些注意事项？05与08版在处理上 有何不同？荷载方向如何确定，可否输入负值？ 2、08版新增梁上的荷载类型“无截面设计”是何意，如何正确应用？ 3、哪些节点上可以加节点荷载？对于一根梁上任加一点后，在此节点上加节点荷载05与08版 软件在处理上有何不同？ 4、楼面梁是如何进行活荷载折减的，程序的处理与规范有何不同？ 5、对于“柱、墙及基础活荷载折减”程序的处理05版及08版有哪些不同，结果如何查询？ 6、活荷载的输入对人防荷载的计算有何影响？08版有何改动？ 7、PK、SATWE进行活荷载不利布置计算时有何不同？应注意哪些相关参数？ 8、何为“互斥活荷载”？怎样通过此功能来实现规范中的相应条款？ 9、05及08版程序是如何进行“普通风荷载”计算的，其中与风荷载计算相关的参数该如何确定， 受风面面积及荷载作用点如何确定？“普通风荷载”计算后荷载如何分配，它作用的效应程序做了怎样的处理？ 10、05版特殊风荷载是如何计算的，有哪些不足？08版特殊风荷载是如何计算的，如何灵活应 用？ 11、广义层方式建立的模型是否均可以直接用软件自动计算的风荷载？ 12、05、08版吊车荷载输入方法有哪些异同？ 13、对于排架柱计算长度系数的计算不同模块有何不同，该如何选用？ 14、近期多层人防的计算程序做了哪些重大调整？不同版本为何结果会相差如此悬殊？ 15、局部有人防荷载时如何处理？ 16、如何确定地下室外墙平面外的受力？如何计算地下室外墙平面外的配筋？不同版本输出结果 有何不同？程序对于地下室外墙能否正确识别？ 17、如何实现人防构件的弹塑性设计？ 18、何时需要考虑“双向地震”及“偶然偏心”？如果两项同时选择程序如何处理？ 19、如何正确确定与地震力计算相关的一些参数？如：计算振型个数、周期折减系数。 20、如何理解“水平力与整体坐标夹角”与“斜交抗侧力构件方向附加地震数，相应角度”？ 21、“按中震（或大震）不屈服做结构设计”如何应用？ 22、0。2Q0调整，不同时期版本，程度处理有何不同，原来有哪些局限？如何解决？ 23、08版地下室信息中“土层水平抗力系数的比例系数”是何意，该如何取值？ 二、构件设计 1、对于层间的支撑在计算时05、08版软件的处理有何不同？ 2、越层支撑在与梁墙相交时05、08版在处理上有何不同？ 3、08版对于柱被层间支撑打断后是如何进行内力及配筋计算的？ 4、如何人为指定支撑是否参与导荷，它的导荷原则是如何定的？ 5、08版支撑的计算长度系数如何确定？ 6、支撑对于楼层指标的贡献05与08版在计算上有何异同？ 7、刚性梁有哪些具体应用？ 8、如何用两种方法输入连梁模型？两种方式输入的连梁在计算上有哪些不同？ 9、如何合理填取与连梁计算相关的参数信息，如连梁刚度折减系数、墙梁转框架梁控制跨高比？ 10、程序是如何实现“《抗震规范》(2008局部修订版)第3.6.6.1条” 的？ 11、在输入楼梯构件时应注意的事项有哪些？ 12、按主梁或次梁不同的方式输入时，在导荷、计算、施工图处理上有何不同？
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用 [例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m ，室外地面至檐口的高度为120m ，平面尺寸为m m 4030?，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m ，如图3.2.4(a)、(b)所示。已知基本风压为2045.0m kN w =，建筑场地位于大城市郊区。已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN 。为简化计算，将建筑物沿高度划分为六 个区段，每个区段为20m ，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结 构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。 解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： s n T 90.13805.005.01=?== 222210m s kN 62.19.145.0T w ?=?= （2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得 80.01=s μ 57040120030480L H 03 04802s .....-=??? ? ? ?+-=??? ??+-=μ （3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B 类，由表3.2.2可查得脉动增大系数502.1=ξ。脉动影响系数ν根据H/B 和建筑总高度H 由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得=ν0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，可近似采用振型计算点距室外地面高度z 与房屋高度H 的比值，即H H i /z =?，i H 为第i 层标高；H 为建筑总高度。则由式（3.2.8）可求得风振系数为： H H 478050211H H 11i z i z ??+=?+=+=μμξνμ?νξβ.. z z z （4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为： ()z z z z ....)z (q βμβμ6624=40×570+80×450= 按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。 表3.2.4 风荷载作用下各区段合力的计算 （a ） （b ） （c ） 图3.2.4 高层结构外形尺寸及计算简图
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 QK ②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 wk ③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 wk 2）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 bh0ξb ②大偏压：N≤N b；小偏压：N＞N b ③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。 还有就是荷载分项系数的取值问题 新的荷载规范中恒载的分项系数在实际工作中怎么取？什么时候取1.35什么时候取1.2？ 1.2恒＋1.4活 1.35恒＋0.7*1.4活 抗浮验算时取0.9 砌体抗浮取0.8 1.35G+0.7*1.4Q>1.2G+1.4Q G/Q>2.8 所以当恒载与活载的比值大于2.8时,取1.35G+0.7*1.4Q 否则,取1.2G+1.4Q
荷载组合 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。 一．按承载能力极限状态设计 1.基本组合: 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其表达式为：)(211100Qjk n j Qj c k Q Q Gik m i Gi ud S S S S ∑∑==++=γψγγγγ 即)(21100∑∑==++=n j Qjd c d Q m i Gid ud S S S S ψγγ 式中：ud S —承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设 计值； 0γ—结构重要系数，按规定的结构设计安全等级采用，对应 于设计安全等级一级、二级、三级分别取1.1、1.0、0.9； Gi γ—第i 个永久作用效应的分项系数，按《公路桥涵设计通 用规范》的规定采用； Gik S 、Qid S —第i 个永久作用效应的标准值和设计值； 1Q γ—汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项 系数，取1Q γ=1.4 k Q S 1、d Q S 1—汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准 值和设计值；
Qj γ—在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击 力、离心力）、风荷载外的其他第j 个可变作用效用的分项系数，取Qj γ=1.4，但风荷载的分项系数取Qj γ=1.1； Qjk S 、Qjd S —在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击 力、离心力）、外的其他第j 个可变作用效应的标准值和设计值； c ψ—在作用效应组合中，除汽车荷载效应（含汽车冲 击力、离心力）、外的其他可变作用效应组合系数，但永久作用于汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取c ψ=0.80；当 除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外尚有两种其他可变作用参与组合时，其组合系数取c ψ=0.70；尚有三种可变作用 参与组合时，其组合系数取c ψ=0.60；尚有四种及多余四种可 变作用参与组合时，取c ψ=0.50； 则弯矩设计值: 82.6880)40.1964.18.007.15584.196.37322.1(0.1=??+?+??=ud M kN ·m 剪力设计值: 75.864)41.104.18.038.2384.180.4322.1(0.1=??+?+??=ud Q kN 2.偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；于偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经
第3章高层建筑结构的荷载和地震作用 [例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m，室外地面至檐口的高度为120m，平面尺寸为30m?40m，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m，如图3.2.4(a)、(b)所示。已知基本风压为 w0=0.45kNm，建筑场地位于大城市郊区。已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN。为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。 2 解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： T1=0.05n=0.05?38=1.90s w0T12=0.45?1.92=1.62kN?s2m2 （2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得 μs1=0.80 H?120??? ?=- 0.48+0.03??=-0.57 L40???? （3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B类，由表3.2.2可查得脉动增大系数ξ=1.502。脉动影响系数ν根据H/B和建筑总高度H由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得ν=0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，可近似采用振型计算点距室外地面高度z与房屋高度H的比值，即?z=Hi/H，Hi为第i层标高；H为建筑总高度。则由式（3.2.8）可求得风振系数为： ξ ν ?zξνHi1.502?0.478Hi βz=1+=1+?=1+? μzμzHμzH （4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为： q(z)=0.45×(0.8+0.57)×40μzβz=24.66μzβz μs2=- 0.48+0.03 按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。 表3.2.4 风荷载作用下各区段合力的计算
高层建筑横向承载力 摘要：随着经济的发展,近年来高层建筑尤其是体型复杂的超高层建筑得到了蓬勃的发展。一般而言，高层建筑物占地面积少，建筑面积大，造型独特，相对集中。这一特点使得高层建筑物在人口稠密的大城市迅速发展。但是高层建筑物上风荷载也越来越大，导致水平荷载不断增大。因此，高层建筑物需要较大的承载力和刚度来解决水平荷载的问题。关键词：风载荷高层建筑物影响 在高层建筑中，竖向荷载对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。对一些较柔的高层建筑，风荷载是结构设计的控制因素，随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。高层建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的侧向荷载是风荷载，在荷载组合时往往起控制作用。因此，高层建筑在风荷载作用下的结构分析与设计引起了研究人员和工程师们的重视。 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应符合下列要求：1、应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
2、应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力； 3、对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。 高层建筑的结构体系尚宜符合要求：结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。风荷载是结构的重要设计荷载，特别对于高耸结构(如烟囱、塔架、桅杆等)、高层建筑、大跨度桥梁、冷却塔、屋盖等，有时甚至起到决定性的作用，因而抗风设计是工程结构中的重要课题。 近二十年来，国内外建造了超高层建筑和大跨度结构。对这些限高层建筑结构风荷载和风震响应的计算分析，确保高层建筑物的质量是十分必要的。 参考文献： [1]黄本才，结构抗风分析原理及应用[M]，天津：同济大学出版社，2001，1-7 [2]张向庭.工程抗风设计计算手册[M]，北京：中国建筑工业出版社，1998 [3]GB50009)2001建筑结构荷载规范[S]，2001，北京：中国建筑工业出版社，2002
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： ()[]h u h u //max ?≤? 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 e p p u u ?=?η 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。 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；
〈〈高层建筑混凝土结构技术规程》 5. 6荷载效应和地震作用组合的效应 5. 6荷载效应和地震作用组合的效应 5.6.1 持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线形关系考虑时，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定： S =Y G&k +Y L Q Y Q&k w Y w S wk ( 5.6.1 ) 式中：S――荷载组合的效应设计值；Y G永久荷载分项系数；Y Q――楼面活荷载分项系数； Y w――风荷载的分项系数；Y L――考虑结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为50年时取1.0，设计使 用年限为100年时取1.1 ；S3k 永久荷载效应标准值；S Qk 楼面活荷载效应标准值； S-――风荷载效应标准值；》Q、》w――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、档案室、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 持久设计状况和短暂设计状况下，荷载基本组合的分项系数应按下列规定采用： 1永久荷载的分项系数Y G当其效应对结构承载力不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取 1.2，对由永久荷载控 制的组合应取1.35 ;当其效应对结构有利时，应取 1.0 ； 2楼面活荷载的分项系数Y Q：—般情况下应取1.4 ； 3风荷载的分项系数Y w应取1.4。 2位移计算时，本规程公式(5.6.1 )中个分项系数均应取1.0。 5.6.3 地震设计状况下，当作用与作用效应按线形关系考虑时，荷载和短暂作用基本组合的的效应设计值应按下式确定： S d S=Y °&E + Y Eh Shk + Y Ev Svk +书w Y Sk (5.6.3 ) 式中：S――荷载和地震作用组合的效应设计值；S GE――重力荷载代表值的效应； S Ehk――水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； S Evk ――竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； Y G――重力荷载分项系数；Y w――风荷载分项系数；Y Eh――水平地震作用分项系数；Y E ------------- 竖向地震作用分项系数； 屮w――风荷载组合值系数，应取0.2。 5.6.4 地震设计状况下，荷载和地震作用基本组合的分项系数应按表 5.6.4 采用。当重力荷载效应对结构的承载力有利时， 表5.6.4 中Y G不应大于1.0。 2 "―"表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。 5.6.5 非抗震设计时，应按本规程第5.6.1 条的规定进行荷载组合的效应计算。抗震设计时，应同时按本规程第 5.6.1条 和5.6.3 条的规定进行荷载和地震作用的效应计算；按本规程第 5.6.3 条计算的组合内力设计值，尚应按本规程的有关规定 进行调整。
例题： 某厂房采用1.5m ×6m 的大型屋面板，卷材防水保温屋面，永久荷载标准值为m 2 ，屋面活荷 载为m 2，屋面积灰荷载m 2，雪荷载m 2，已知纵肋的计算跨度l =5.87m 。求纵肋跨中弯矩的基本组合设计值。 解：（1）荷载标准值 ① 永久荷载为 m kN m kN G k /025.2/)2/5.17.2(=?= ② 可变荷载为 屋面活荷载m kN m kN Q k /525.0/)2/5.17.0(1=?= 积灰荷载m kN m kN Q k /375.0/)2/5.15.0(2=?= 雪荷载m kN m kN Q k /3.0/)2/5.14.0(3=?= （2）荷载效应设计值 按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）的规定，屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。故采用以下几种组合方式进行荷载组合，并取其最大值作为设计值。 ① 由永久荷载控制的组合 纵肋跨中弯矩设计值 m kN m kN l Q l Q l G M M M M k k k k c Q k c Q Gk G ?=?????+????+???=??+??+?=++=03.1687.5375.08 19.04.187.5525.08 17.04.187.5025.28135.18 19.04.1817.04.18135.12222 22121222111ψγψγγ ② 由可变荷载效应控制的组合 ∑=++=n i ik ci Qi k Q Gk G S S S S 211ψγ γγ 分别采用屋面活荷载与积灰荷载作为第一可变荷载进行组合。 a. 屋面活荷载作为第一可变荷载 m kN l Q l Q l G M M M M k k k k c Q k Q Gk G ?=????+???+???=??+?+?=++=67.1587.5375.08 19.04.187.5525.08 14.187.5025.2812.18 19.04.1814.1812.12 222 2212122211ψγγγ
幕墙设计基础─风载荷与地震作用计算 风荷载计算公式: W k=βgz×μz×μs×W0[公式(1)]根据《建筑结构荷载规范》GB50009- (2006年修订版） 其中: W k---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) βgz---瞬时风压的阵风系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中表7.5.1取定； μz --- 风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中表7.2.1取定； μs --- 风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中第7.3.3条取定； W0 --- 基本风压（kN/m2），按全国基本风压图。 体型系数μs 通常情况下墙角取2.0；墙面取1.2 可见墙角区要比大面区风荷载大约67%。 屋面局部部位(周边和屋面坡度大于10度的屋脊部位)取-2.2； 檐口、雨蓬、遮阳板等突出部位取-2.0. 地震作用计算公式：q EAk=βE×αmax×GAK [公式(2)] 其中: q EAk--- 水平地震作用标准值； βE--- 动力放大系数，按5.0 取定； αmax--- 水平地震影响系数最大值，按相应设防烈度取定（见表1）； GAK--- 幕墙构件平面面积的重力荷载标准值(kN/m2)。 表1：水平地震影响系数最大值αmax
荷载效应组合 1、承载力验算：抗震设计的玻璃幕墙，应考虑重力荷载、风荷载和地震作用效应。 2、挠度验算 在风荷载或永久荷载作用下，幕墙构件的挠度应符合挠度限值要求，且计算挠度时，取荷载作用的标准值，即取荷载分项系数为1.0。 例一立柱上的风荷载计算 在深圳拟建一幕墙项目，高20米，场地类别为B类，幕墙水平分格为1500mm，求出作用于该幕墙立柱的线性风荷载。 解：对B类地区，查荷载规范可得，深圳基本风压为0.75 kN/m2（50年一遇），20米高处风压高度变化系数取：m z=1.248 ；阵风系数取：s gz =1.687则： 墙角区风压为：墙面区风压为： W k=βgz×μz×μs×W0 Wk=βgz×μz×μs×W0 =1.687x1.248x2x0.75 =1.687x1.248x1.2x0.75 =3.158 kN/m2 =1.89 kN/m2 作用于立柱上的风荷载的线荷载为 （墙角区）：（墙面区）： q=W k x B q=W k x B =3.158 x 1.5 =1.89 x 1.5 =4.737 kN/m =2.835 kN/m
荷载及荷载效应组合和地震作用 乙、荷载及荷载效应组合和地震作用 2荷载及荷载效应组合和地震作用 2.1楼、屋面荷载取值 2.1.1高层建筑和公共建筑的走廊、门厅、楼梯楼面均布活荷载标准值取2.5kN/m2，不符合《荷载规范》第4.1.l条和表4.l.l项11(3)的要求。 改进措施：《荷载规范》GB 50009局部修订第4.1.l条表4.1.1项次11(3)中规定：其他民用建筑及当人流可能密集时，其走廊、楼梯，门厅楼面均布活荷载取3.5kN/m2。因此对高层建筑和公共建筑的走廊、门厅、楼梯的楼面均布活荷载标准值取 2.5kN/m2不正确，应取3.5kN/m2。 2.1.2在楼板设计时漏算固定隔墙自重产生的荷载效应。 改进措施：《荷载规范》GB 50009第4.1.1条表4.1.l的注5规定，对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑。因此在楼板设计时必须考虑固定隔墙自重产生的荷载效应，否则该设计属不正确。 2.1.3设计框架结构的楼板时，未考虑可灵活自由布置的非固定隔墙荷载。 改进措施：框架结构的优点是便于根据房间的不同用途进行分隔，设置灵活自由非固定的隔墙，因而在设计楼板时，应考虑房屋在使用过程中设置这类隔墙的可能性。为此应按《荷载规范》GB 50009第4.1.1条表4.1.1的注5规定，对这类隔墙应取每延米墙重(kN/m)的1/3作为楼面活荷载标准值的附加值(kN/m2)计入楼面设计荷载内，并将此附加值在结构设计说明书中注明，以便今后使用。 未考虑这类隔墙荷载将降低该房屋适应变更房间分隔的能力。 2.1.4屋面板设计时对保温层或找坡层荷载取值偏小。 改进措施：对保温层或找坡层荷载取值偏小情况，经常发生在设计人员疏忽大意或校审人员校审不严时，因而应加强设计管理工作，增强设计人员和校审人员的工作责任心，防止此类问题发生。 2.1.5高层建筑、裙房以外的首层地下室顶板的设计荷载取值偏小；例如： (1)位于汽车通道下方的板未考虑消防车荷载； (2)未考虑施工过程中由于材料堆放等引起的施工荷载。 改进措施：汽车通道下方的首层地下室顶板应考虑消防车荷载，否则可能会造成不安全。顶板设计时应根据工程的实际情况确定顶板由于消防车产生的荷载。当消防车直接行驶于顶板上时，可直接按《荷载规范》GB 50009表4.1.1第8项的规定取值；当顶板上填有覆土或其他充填物时，应按消防车轮压处于最不利位置并考虑其在土中或充填物内的扩散分布，进行分析计算后确定消防车荷载。 地下室顶板设计时应考虑在施工过程中由于材料堆放等原因引起的施工荷载，此施工荷载应在结构设计说明中注明，以便施工单位控制此荷载，避免发生超载。 2.1.6现浇钢筋混凝土楼板为双向板，其上置放有局部活荷载(非中心位置处)，在设计时其活荷载未按等效均布活荷载确定方法进行计算。 改进措施：一般情况(采用有限元方法分析者除外)，在设计现浇钢筋混凝土双向板时，作用在板上的楼面局部荷载应进行等效均布荷载的换算。换算时，可按单跨四边简支双向板，使局部荷载产生的板的绝对最大弯矩与满布均布荷载产生的板中心处最大弯矩相等的条件而求得，此满布的均布荷载值即为所换算的等效均布荷载值。由于双向板可求得两个等效均布荷载值，设计时应取其中的较大值。 注：当局部均布荷载位于板中心时(即当a＝b，c＝d时)，即可求得该双向板局部均布荷载最不利布置(板中心处)时换算的等效均布荷载值。其可根据建筑结构静力计算手册查表计算确定。
1.永久荷载的分项系数： 1)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； 2)当其效应对结构有利时 —一般情况下应取1.0； 2 .可变荷载的分项系数： —一般情况下应取1.4； —对标准值大于4KN/m2 的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。 3 .对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应按有关设计规范的规定采用。 恒荷载系数取值1.35和1.2怎么区分？ 恒荷载系数取值1.35和1.2怎么区分？以恒荷荷载效应组合为主取1.35，以可变荷载效应组合为主取1.2，恒荷与可变比例多少时，才算恒荷荷载效应组合为主（怎么区分）？: 曾经见过一篇文章说，恒载是活载2倍以上时用1.35； 规范理解与应用>上说SQK（可变荷载效应组合设计值）/SGK（按永久荷载标准值计算都荷载效应值）>0.376时由可变荷载控制，其他情况由永久荷载控制；这只是经验数值，有局限性； 一般高层住宅好象都是恒荷起控制作用 一般的。我在多层里分项系数1.2，1.4；高层里分项系数1.35，1.4。 具体点说，一般只有一种活载时，（当恒载取1.35时，活载前面要乘以0.7的组合系数） 对由可变荷载效应控制的组合：1.2q+1.4p 由永久荷载效应控制的组合：1.35q+1.4px0.7，其中q——恒载，p——活载S 所以，并不一定是由永久荷载效应控制的组合>由可变荷载效应控制的组合，我认为应是哪个大就取哪一个。 .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。
《高层建筑混凝土结构技术规程》5.6荷载效应和地震作用组合的效应 5.6荷载效应和地震作用组合的效应 5.6.1持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线形关系考虑时，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定： S d＝γG S Gk＋γLψQγQ S Qk＋ψwγw S wk（5.6.1） 式中：S d——荷载组合的效应设计值；γG——永久荷载分项系数；γQ——楼面活荷载分项系数； γw——风荷载的分项系数；γL——考虑结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为 50 年时取 1.0，设计使用年限为 100 年时取 1.1；S Gk——永久荷载效应标准值；S Qk——楼面活荷载效应标准值； S wk——风荷载效应标准值；ψQ、ψw——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、档案室、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持久设计状况和短暂设计状况下，荷载基本组合的分项系数应按下列规定采用： 1永久荷载的分项系数γG：当其效应对结构承载力不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取 1.2，对由永久荷载控制的组合应取 1.35；当其效应对结构有利时，应取 1.0； 2楼面活荷载的分项系数γQ：一般情况下应取 1.4； 3风荷载的分项系数γw应取 1.4。 2位移计算时，本规程公式（5.6.1）中个分项系数均应取 1.0。 5.6.3地震设计状况下，当作用与作用效应按线形关系考虑时，荷载和短暂作用基本组合的的效应设计值应按下式确定： S d S＝γG S GE＋γEh S Ehk＋γEv S Evk＋ψwγw S wk（5.6.3） 式中：S d——荷载和地震作用组合的效应设计值；S GE——重力荷载代表值的效应； S Ehk——水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； S Evk——竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； γG——重力荷载分项系数；γw——风荷载分项系数；γEh——水平地震作用分项系数；γEv——竖向地震作用分项系数；ψw——风荷载组合值系数，应取 0.2。 5.6.4地震设计状况下，荷载和地震作用基本组合的分项系数应按表 5.6.4 采用。当重力荷载效应对结构的承载力有利时，表 5.6.4 中γG不应大于 1.0。 表 5.6.4A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m） 注：1g 为重力加速度； 2"—＂表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。 5.6.5非抗震设计时，应按本规程第 5.6.1 条的规定进行荷载组合的效应计算。抗震设计时，应同时按本规程第 5.6.1 条和 5.6.3 条的规定进行荷载和地震作用的效应计算；按本规程第 5.6.3 条计算的组合内力设计值，尚应按本规程的有关规定进行调整。 1 / 1
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。