荷载组合和内力调整的先后顺序规范SATWEETABS.docx

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荷载组合和内力调整的先后顺序规范SATWEETABS

荷载组合和内力调整的先后顺序01——规范规定

（2011-09-2720:

54:

54）

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荷载组合

内力调整

前后顺序

分析内力

设计内力

组合内力

杂谈

分类：

土木

规范的作用效应组合，一般建立在线弹性分析叠加原理基础上。

高规JGJ3-2010在第5.6节《荷载组合和地震作用组合的效应》正文和条文说明中首次将线形叠加予以明确，以符合《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的有关规定，区分线形分析和非线性分析的不同效应组合状况。

常规情况下，荷载效应组合仍以【线弹性分析叠加类型】为主，上述假定已成为中国绝大部分规范和教材解释荷载效应的默认前提条件。

另一方面，中国规范对结构总体地震作用工作性能、地震剪力分担及构件内力调整等内容做了详细规定，并且在结构分析之前需对【结构体系相关属性】进行定义，使荷载组合（实为“荷载效应组合”）时必须注意规范的这些内力调整，并且要关注调整的前后顺序。

一、非线性作用效应组合

查《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2008第8.2.4条：

对持久设计状况和短暂设计状况，应采用作用的基本组合。

1、基本组合的效应设计值可按下式确定：

  注：

在作用组合的效应函数S（•）中，符号“∑”和“+”均表示组合，即同时考虑所有作用对结构的共同影响，而不表示代数相加。

2、当作用与作用效应按线性关系考虑时，基本组合的效应设计值可按下式计算：

注1.对持久设计状况和短暂设计状况，也可根据需要分别给出作用组合的效应设计值；2.可根据需要，从作用的分项系数中将反映作用效应模型不定性的系数γsd分离出来。

高规JGJ3-2010条文说明：

第5.6.1条和5.6.3条均适应于【作用和作用效应】呈【线性关系】的情况。

如果结构上的作用和作用效应不能以线性关系表述，则作用组合的效应应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的有关规定。

二、常规荷载组合【线形关系】

2.1规范规定

以高规JGJ3-2010为例。

第5.6.1条：

持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，荷载【基本组合】的【效应设计值】应按下式确定：

   第2项增加γL是新规范的调整。

设计使用年限为50年时取1.0，100年时取1.1。

第5.6.3条：

地震设计状况下，当作用与作用效应按线性关系考虑时，荷载和地震作用【基本组合】的【效应设计值】应按下式确定：

从地震作用效应的解释可以看出，组合前应【乘以相应的增大系数、调整系数】。

2.2荷载组合及相关问题

荷载组合一般指的是荷载效应组合。

涉及内力调整的组合，指的是【基本组合】。

荷载组合的种类：

1、基本组合：

承载能力极限状态设计荷载效应组合。

2、标准组合：

正常使用极限状态设计荷载效应组合。

3、准永久组合：

正常使用极限状态，考虑荷载长期效应组合。

4、人防组合：

考虑核武器（或常规武器）爆炸等效静荷载与静荷载同时作用，承载能力极限状态设计荷载效应组合。

至于荷载效应组合原则（特别是基本组合）、组合数量、分类及标准化使用，查各软件使用手册即可。

手工校核设计内力时，需要用到组合号及其组合顺序。

一般情况下，手工校核应注意【设计内力】≠【分析内力】≠【组合内力】，因都经过了内力组合前、后的调整。

参见本文小结附表。

三、荷载效应组合和内力调整的顺序

3.1高规JGJ3-2010第5.6.5条

1、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】。

2、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【荷载和地震作用组合】的【效应计算】；

3、按本规程第5.6.3条计算的【组合内力设计值】，尚应按本规程有关规定进行调整。

3.2高规JGJ3-2010第5.6节条文说明

1、地震设计状况作用【基本组合】的效应，当本规程有规定时，地震作用效应标准值应【首先】乘以相应的调整系数、增大系数，【然后】再进行效应组合。

如：

薄弱层剪力增大、楼层最小地震剪力系数（剪重比）调整、框支柱地震轴力的调整、转换构件地震内力放大、框架-剪力墙结构和筒体结构有关地震剪力调整等。

2、对非抗震设计的高层建筑结构，应按式（5.6.1）计算荷载效应的组合；对抗震设计的高层建筑结构，应同时按式（5.6.1）和式（5.6.3）计算荷载效应和地震作用效应组合，并按本规程的有关规定（如强柱弱梁、强剪弱弯等），对【组合内力】进行必要的调整。

同一构件的不同截面或不同设计要求，可能对应不同的组合工况，应分别进行验算。

3.3竖向荷载效应调整

实际上，【分析内力】经过调整、组合、再调整到【设计内力】的过程中，不仅涉及到地震作用效应，规范对竖向荷载作用效应也有调整。

如典型的考虑内力重分布的梁端弯矩调幅，及考虑活荷载不利分布的梁跨中弯矩放大。

高规JGJ3-2010第5.2.3条：

在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅，并应符合下列规定：

1、装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7～0.8，现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8～0.9；

2、框架梁端负弯矩调幅后，梁跨中弯矩应按平衡条件相应增大；

3、应【先】对竖向荷载作用下框架梁的弯矩进行调幅，【再】与水平作用产生的框架梁弯矩进行组合；

4、截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。

【组合后的再调整】

3.4其他

1、框架-剪力墙结构的0.2Vo调整顺序

《高规JGJ3-2010》8.1.4-2条：

抗震设计时，框架-剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力应符合下列规定：

各层框架所承担的地震总剪力按本条第1款调整后，应按调整前、后总剪力的比值【调整】每根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值，框架柱的轴力标准值可不予调整；

2、框架-核心筒的0.2Vo调整顺序

《高规JGJ3-2010》9.1.11-3条：

抗震设计时，筒体结构的框架部分按侧向刚度分配的楼层地震剪力标准值应符合下列规定：

按本条第2款或第3款调整框架柱的地震剪力后，框架柱端弯矩及与之相连的框架梁端弯矩、剪力应进行相应调整。

有加强层时，本条框架部分分配的楼层地震剪力标准值的最大值不应包括加强层及其上、下层的框架剪力。

3、部分框支剪力墙结构

《高规JGJ3-2010》10.2.17条：

【部分框支剪力墙结构】框支柱承受的水平地震剪力标准值应按下列规定采用：

框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端框架梁的剪力和弯矩，但框支梁的剪力、弯矩、框支柱的轴力可不调整。

四、结论

综上，按照规范可整理出从【分析内力】形成【设计内力】的过程。

其中，荷载组合和内力调整的先后顺序应为（对基本组合）：

【分析内力】→【[竖向及地震]效应标准值调整，可简称“组合前调整”】→【效应基本组合，形成[组合内力]】→【组合内力调整，可简称“组合后调整”】→【设计内力】

有关说明如下（对基本组合）：

  五、建议

   1、规范或教材应组织专门的文字，对【分析内力】形成【设计内力】的过程及相关概念进行定义，以使用户明确相关概念的指向，及其所对应或已包含的调整内容。

按本文定义的【组合前调整】和【组合后调整】，将【分析内力】、【组合内力】、【设计内力】划分为两个区间是简明扼要的做法。

   2、规范或教材在介绍荷载组合时，应提及中国规范对应的调整，以明确【组合内力】在如本文所述中的位置。

同时，可参考ETABS和SAP2000定义【荷载工况】、【分析工况】，以加强对中国规范的荷载组合工况的理解，ETABS和SAP2000的对应名称为【工况组合】——分析工况的结果组合。

荷载组合和内力调整的先后顺序02——SATWE（上）

（2011-10-1109:

37:

56）

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荷载组合

内力调整

前后顺序

分析内力

设计内力

组合内力

杂谈

分类：

土木

查高规可知，从【分析内力】形成【设计内力】的过程中，荷载组合和内力调整的先后顺序应为：

【分析内力】→【[竖向及地震]效应标准值调整，简称“组合前调整”】→【效应基本组合，形成[组合内力]】→【组合内力调整，简称“组合后调整”】→【设计内力】

按照SATWE编制说明（1999年12月版），软件对荷载组合和内力调整的顺序为：

1、先对【单工况下】的计算内力进行调整。

包括：

（1）竖向荷载作用下的内力调整：

考虑内力重分布的梁端弯矩调幅，及考虑活荷载不利分布的梁跨中弯矩放大；

（2）地震作用下的内力调整：

包括整体调整、局部调整。

2、然后分别按【抗震】和【非抗震】的要求，完成梁、柱、墙各截面的内力组合。

3、再对地震作用组合下的内力，按照“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求，对【组合内力设计值】进行调整。

因此，SATWE软件的内力调整顺序基本符合规范要求。

但是SATWE手册对【分析内力】形成【设计内力】过程中的【竖向荷载效应调整】始终单独叙述，没有体现“竖向荷载效应调整”在【设计内力】形成中的调整时机或先后顺序。

以下内容均摘自SATWE软件的编制说明、培训讲座文件（2010规范颁布之前），用以学习、理解软件的执行过程。

显然，按照SATWE软件编制说明的习惯，【竖向荷载效应调整】不会体现。

一、SATWE【地震内力调整】过程

1.1组合前调整——地震内力部分【整体和局部调整】

1、楼层最小地震剪力控制（剪重比调整）；

2、薄弱楼层地震剪力放大（薄弱层调整）；

3、框剪结构中，框架部分地震剪力调整；

4、框支结构中，框支柱地震剪力调整。

多项调整时的调整顺序，现行规范没有说明。

SATWE程序按下列顺序执行：

（1）最小地震剪力系数调整；

（2）薄弱楼层地震内力放大；【地震内力放大1.25倍，而不采取该层地震剪力放大，是因为只限于本楼层内力增大，而不往下传；即：

只对该楼层构件[地震剪力的作用效应]，乘1.25的增大系数。

但规范规定是地震剪力】

（3）框剪0.2Vo调整；

（4）框支柱弯矩、剪力增大。

1.2组合后调整——地震内力部分【构件调整】——准备阶段

1、按结构类型、房屋高度确定房屋的抗震等级；

2、SATWE抗震等级的指定；

3、特殊指定“楼层、构件”抗震等级——调整；

2002高规共计约8种情况；2010高规约9种情况。

主要如：

部分框支抗震墙结构、底部带转换层的高层建筑结构、带加强层的高层建筑结构、错层处框架柱、连体结构、地下室各层内力调整等。

4、软件按抗震等级确定组合后的内力调整系数。

分以下5种情况：

（1）【框架柱、底层柱和框支柱】设计内力调整

（2）【一般剪力墙结构】设计内力调整

（3）【带转换层结构剪力墙】设计内力调整

（4）【框架梁、连梁】设计剪力调整

（5）框支结构中【框支托梁】地震内力调整

1.3组合后调整——地震内力【构件调整】——调整的4种做法

1、框架梁——剪力调整

只是对梁两端的固端弯矩引起的平衡剪力进行调整，而对后迭加的竖向荷载引起的简支梁剪力不加调整。

V=ηbv（Mbl+Mbr）/Ln+VGb

Mbl、Mbr---分别为梁左、右端，竖向载（恒、活）、水平载（风、地震）效应弯矩组合值；

VGb--------竖向荷载引起的简支梁剪力。

2、框架柱——直接在最终被调整的标准内力组合值上乘以增大系数

例如：

ΣMc=ηcΣMb

直接在柱上、下端标准内力弯矩组合值（其恒、活、风载和地震作用的各单项内力已由结构矩阵法求出）上乘以增大系数。

3、剪力墙——在底部加强区，若干层某个设计内力均按一个值采用

如剪力墙底部加强区（内各楼层）均按墙底部组合弯矩（或经过放大）进行设计。

在上下层属同一个标准层时，可容易寻找墙底部组合弯矩值，但当不属同一个标准层时，有可能：

（1）墙体上、下不对齐；

（2）不落地剪力墙；

找不到墙底部组合弯矩值，此时只能对上部墙体的标准内力组合值乘以适当放大系数作为设计值。

4、框支柱——对内力组合的个别工况内力进行调整

例如框支柱的轴力调整只对地震作用下的轴力进行。

此时，在对各工况内力标准值组合之前，先把地震轴力进行放大然后再组合。

二、SATWE输出结果

2.1SATWE内力计算结果

主要有3个文件：

1、WNL*.OUT

单工况标准内力，相当于【分析内力】。

2011用户手册P112页：

WNL*.OUT文件中，地震力没有调整（但是已含双向地震组合及顶塔楼地震内力放大），且没有经过整理，即包含了梁柱的分段内力结果。

2、WWNL*.OUT

单工况标准内力，经过了【组合前调整】，如最小地震力、薄弱层放大、0.2Q0调整等。

3、WPJ*.OUT

【设计内力】，用于配筋设计。

2.2分析内力（单工况内力）—【标准值、调整前】—WNL*·OUT

一般内力工况代号：

LoadCase=1——为X方向地震力作用下的标准内力

LoadCase=2——为Y方向地震力作用下的标准内力

LoadCase=3——为X方向风力作用下的标准内力

LoadCase=4——为Y方向风力作用下的标准内力

LoadCase=5——为竖向（恒载）作用下的标准内力

LoadCase=6——为竖向力（活载）作用下的标准内力，是调整以后的结果

LoadCase=7——为考虑活荷不利布置时梁负弯矩包络

LoadCase=8——为考虑活荷不利布置时梁正弯矩包络

LoadCase=9——为竖向地震力作用下的标准内力

考虑±0.05偏心后的标准内力单工况代号如下：

工况号:

 1--X方向地震作用下的标准内力

工况号:

 2--X方向（+5%偏心）地震作用下的标准内力

工况号:

 3--X方向（-5%偏心）地震作用下的标准内力

工况号:

 4--Y方向地震作用下的标准内力

工况号:

 5--Y方向（+5%偏心）地震作用下的标准内力

工况号:

 6--Y方向（-5%偏心）地震作用下的标准内力

工况号:

 7--X方向风荷载作用下的标准内力

工况号:

 8--Y方向风荷载作用下的标准内力

工况号:

 9--恒载作用下的标准内力

工况号:

10--活载作用下的标准内力

2.3组合前调整（单工况内力）—【标准值、调整后】—WWNL*·OUT

工况号:

 1*--X方向地震作用下的标准内力（调整前）

工况号:

 1--X方向地震作用下的标准内力

工况号:

 2*--X方向（+偶然偏心）地震作用下标准内力（调整前）

工况号:

 2--X方向（+偶然偏心）地震作用下标准内力

工况号:

 3*--X方向（-偶然偏心）地震作用下标准内力（调整前）

工况号:

 3--X方向（-偶然偏心）地震作用下标准内力

工况号:

 4*--Y方向地震作用下的标准内力（调整前）

工况号:

 4--Y方向地震作用下的标准内力

工况号:

 5*--Y方向（+偶然偏心）地震作用下标准内力（调整前）

工况号:

 5--Y方向（+偶然偏心）地震作用下标准内力

工况号:

 6*--Y方向（-偶然偏心）地震作用下标准内力（调整前）

工况号:

 6--Y方向（-偶然偏心）地震作用下标准内力

工况号:

 7--X方向风荷载作用下的标准内力

工况号:

 8--Y方向风荷载作用下的标准内力

工况号:

 9--恒载作用下的标准内力

工况号:

10--活载作用下的标准内力

2.4设计内力【组合内力调整后、设计值】-WPJ*.OUT

SATWE的荷载组合结果在WPJ*.OUT文件中输出，其第1行是各种荷载工况的简写字母。

查WPJ*.OUT文件，如下：

荷载组合分项系数说明，其中：

Ncm---组合号

V-D,V-L---分别为恒载、活载分项系数

X-W,Y-W---分别为X向、Y向水平风荷载分项系数

X-E,Y-E---分别为X向、Y向水平地震荷载分项系数

Z-E---为竖向地震荷载分项系数

R-F---为人防荷载分项系数

TEM---为温度荷载分项系数

CRN---为吊车荷载分项系数

SW1～SW5---分别为第1组到第5组特殊风荷载分项系数

【（Icn）---控制内力的内力组合号】

【LoadCase---控制梁内力包络的组合号】

不考虑竖向地震的【常规43种】基本组合：

Ncm

V-D

V-L

X-W

Y-W

X-E

Y-E

Z-E

1

1.35

0.98

2

1.20

1.40

3

1.00

1.40

4

1.20

1.40

5

1.20

-1.40

6

1.20

1.40

7

1.20

-1.40

8

1.20

1.40

0.84

9

1.20

1.40

-0.84

10

1.20

1.40

0.84

11

1.20

1.40

-0.84

12

1.20

0.98

1.40

13

1.20

0.98

-1.40

14

1.20

0.98

1.40

15

1.20

0.98

-1.40

16

1.00

1.40

17

1.00

-1.40

18

1.00

1.40

19

1.00

-1.40

20

1.00

1.40

0.84

21

1.00

1.40

-0.84

22

1.00

1.40

0.84

23

1.00

1.40

-0.84

24

1.00

0.98

1.40

25

1.00

0.98

-1.40

26

1.00

0.98

1.40

27

1.00

0.98

-1.40

28

1.20

0.60

0.28

1.30

29

1.20

0.60

-0.28

-1.30

30

1.20

0.60

0.28

1.30

31

1.20

0.60

-0.28

-1.30

32

1.20

0.60

0.28

-1.30

33

1.20

0.60

-0.28

1.30

34

1.20

0.60

0.28

-1.30

35

1.20

0.60

-0.28

1.30

36

1.00

0.50

0.28

1.30

37

1.00

0.50

-0.28

-1.30

38

1.00

0.50

0.28

1.30

39

1.00

0.50

-0.28

-1.30

40

1.00

0.50

0.28

-1.30

41

1.00

0.50

-0.28

1.30

42

1.00

0.50

0.28

-1.30

43

1.00

0.50

-0.28

1.30

荷载组合和内力调整的先后顺序02——SATWE（下）

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51:

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内力调整

前后顺序

分析内力

设计内力

组合内力

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三、【地震内力调整】举例

摘自建研院PKPM讲座资料“内力调整.ppt”，时按2001系列规范。

3.1【组合前调整】薄弱层地震剪力放大

实例——楼层号：

10，薄弱楼层，地震剪力放大1.15。

例如：

剪力放大-53.1*1.15=-61.0；弯矩放大-222.8*1.15=-256.2 

即：

地震剪力放大时，弯矩随着放大。

另外，程序对x向是薄弱层，y向不是薄弱层，但均按薄弱层处理。

本例只对单工况下内力进行调整，显然属于【组合前调整】。

3.2【组合后调整】框架柱地震内力调整

八层框架，8度设防，二类场地土，抗震等级二级。

ηM=1.2，1.25（分别为柱顶、柱底）；ηV=1.50。

已知本层是薄弱层。

一层第1柱柱顶Y向（第36种组合）、柱底Y向（第37种组合）配筋弯矩计算：

（My）T=【1.0*60.7+0.5*11.1+0.28*12.3+1.3*260.7*1.15】*1.2*1.1=606.46kN-m

这里1.15为薄弱层放大系数，为【组合前调整】；1.2为弯矩调整系数，1.1为角柱调整，为【组合后调整】。

【】内为第36种组合弯矩，已包含【组合前调整】结果。

调整系数的位置可见一斑。

1.1