建筑结构荷载计算
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第 4 章 设计要求及荷载效应组合
主要内容（目录）
4.1 承载力计算 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
4.1承载力验算
按承载力极限状态验算结构 构件截面： 足够大的承载能力
无地震作用效应组合时
r0S≦R r0 ：结构重要性系数
轴压比小于0.15的柱 轴压比大于0.15的柱 剪力墙
各类受剪、偏拉构件
钢（强度破 坏）； 柱，支撑屈 曲，为0.80
梁、柱 支撑 节点板件、连接螺栓 连接焊缝
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
二阶段设计方法控制： 多遇地震（及风荷载下），要求主
体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏 并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；
有地震作用效应组合时
S E RE / RE
SE ：有地震作用效应组合时，构件 截面内力（效应）组合的设计值 RE ：有地震作用组合时，构件截面 承载力设计值
RE：承载力抗震调整系数
材料 钢筋混凝土 梁 结构构件
RE
0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 0.75（0.75） 0.80（0.75） 0.85（0.75） 0.90（0.75）
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
结构位移增大系数： 框架结构 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、 筒体结构
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规定： •剪力墙结构、Baidu Nhomakorabea架-剪力墙结构、筒体结 构应符合下式要求：
•框架结构应符合下式要求
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
钢筋或钢材
80
不同强度等级混凝土
σ /MPa
60
Z12 Z11
Z13
40
20 Z8 0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 Z9 Z10 ε 0.025
罕遇地震作用下，主体结构遭受破 坏或严重破坏但不倒塌。
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值） 多遇地震（及风荷载下），
目的：防止风、小震作用下非结 构构件破坏：
•防止主体结构开裂、损坏； •防止填充墙及装修开裂、破坏； •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）。
P-Δ效应： 侧移，重力荷载产生附加 弯矩，增大侧移和内力
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
实际上大部分钢筋混凝土结构 不需要计算P-△效应。
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
如果需要计算，可按下述方法进 行计算： •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
安全等级为二级或设计使用年限 50年，不小于1.0 安全等级为一级或设计使用年限 100年及以上，不小于1.1
r0S≦R
S ：无地震作用效应组合时，构件截 面内力（效应）组合的设计值（与荷 载标准值和荷载效应分项系数的大小 有关） R：无地震作用组合时，构件截面
承载力设计值（与材料分项系数的
大小有关）
4.5 延性要求与抗震等级
设防烈度6度及6度以上的抗震结构
•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。 •当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量， 结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力） 不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结 构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是 用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用； 反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力 抵抗地震。然而后者会多用材料，对于地震发生概率极 少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。
对于钢支撑、剪力墙或筒体的钢结构，且△u/h≤1/1000， 可不计算P－△效应，只按有效长度法计算柱的承载力；
对于无支撑的钢结构（纯钢框架）和△u/h>1/1000的有 支撑钢结构，应按考虑P－△效应的方法计算结构内力 及侧移，侧移应不大于1/300。 实际上大部分钢结构需要计算P－△效应。
4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
钢结构构件的稳定性问题是钢结 构设计的重要内容，将在结构设 计中详细介绍。 此处的稳定主要是结构整体稳定， 即重力作用下的二阶效应——P －△效应。
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
《高钢规》下列条件下可不进行整体稳定性验收： 1）各层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求； 2）按不考虑P－△效应的弹性计算所得的层间相对位移 小于某个值：
1/1000
1/1000 1/500 1/250
不 小 250m 钢结构
罕遇地震（防止倒塌）
薄弱层（部位）弹塑性层间位 移角限值
4.3 舒适度要求 高度超过150m： 10年一遇的风荷载，顶点 最大加速度限值 2 住宅、公寓：0.15m/s 2 办公、旅馆：0.25m/s
4.4 稳定和抗倾覆要求
如何达到目的：结构有足够大的 刚度 参数：最大层间位移角
Δu/h≤ [Δu/h]
Δu：荷载效应标准值组合所得结构最 大层间位移； h：层高； Δu/h :最大层间位移角； [u/h]：弹性层间位移角限值。
[u/h]：弹性层间位移角限值（使用阶段）
材料 钢筋 混凝土 结构 结构高度 不大于 150m 结构类型 框架 框架-抗震墙 板柱-抗震墙 框架-核心筒 抗震墙 筒中筒 框支层 于 各种类型结构 各种类型结构 限值 1/550 1/800
高层建筑侧移过大，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现象。 正常设计的高层建筑不会出现倾 覆问题。
4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
控制高宽比； 高宽比大于4的建筑，在地震 作用下基础底面不允许出现零应 力区； 高宽比不大于4的建筑，基底 零应力区面积不应超过基础底面 积的15％。
两种抗震设计方法 OA:
弹性设计，承载力抗震
OBC和ODE:
(承载力＋延性)抗震
（构件屈服，局部破坏）
具有足够大延性和耗能能力
延性
材料、截面、构件或结构保持一定的强 度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力 用延性系数度量：
＝u / y
Δy和Δu分别为屈服值和极限值 定义：没有规定
材料应变延性 u / y
主要内容（目录）
4.1 承载力计算 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
4.1承载力验算
按承载力极限状态验算结构 构件截面： 足够大的承载能力
无地震作用效应组合时
r0S≦R r0 ：结构重要性系数
轴压比小于0.15的柱 轴压比大于0.15的柱 剪力墙
各类受剪、偏拉构件
钢（强度破 坏）； 柱，支撑屈 曲，为0.80
梁、柱 支撑 节点板件、连接螺栓 连接焊缝
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
二阶段设计方法控制： 多遇地震（及风荷载下），要求主
体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏 并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；
有地震作用效应组合时
S E RE / RE
SE ：有地震作用效应组合时，构件 截面内力（效应）组合的设计值 RE ：有地震作用组合时，构件截面 承载力设计值
RE：承载力抗震调整系数
材料 钢筋混凝土 梁 结构构件
RE
0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 0.75（0.75） 0.80（0.75） 0.85（0.75） 0.90（0.75）
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
结构位移增大系数： 框架结构 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、 筒体结构
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规定： •剪力墙结构、Baidu Nhomakorabea架-剪力墙结构、筒体结 构应符合下式要求：
•框架结构应符合下式要求
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
钢筋或钢材
80
不同强度等级混凝土
σ /MPa
60
Z12 Z11
Z13
40
20 Z8 0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 Z9 Z10 ε 0.025
罕遇地震作用下，主体结构遭受破 坏或严重破坏但不倒塌。
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值） 多遇地震（及风荷载下），
目的：防止风、小震作用下非结 构构件破坏：
•防止主体结构开裂、损坏； •防止填充墙及装修开裂、破坏； •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）。
P-Δ效应： 侧移，重力荷载产生附加 弯矩，增大侧移和内力
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
实际上大部分钢筋混凝土结构 不需要计算P-△效应。
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
如果需要计算，可按下述方法进 行计算： •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
安全等级为二级或设计使用年限 50年，不小于1.0 安全等级为一级或设计使用年限 100年及以上，不小于1.1
r0S≦R
S ：无地震作用效应组合时，构件截 面内力（效应）组合的设计值（与荷 载标准值和荷载效应分项系数的大小 有关） R：无地震作用组合时，构件截面
承载力设计值（与材料分项系数的
大小有关）
4.5 延性要求与抗震等级
设防烈度6度及6度以上的抗震结构
•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。 •当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量， 结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力） 不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结 构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是 用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用； 反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力 抵抗地震。然而后者会多用材料，对于地震发生概率极 少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。
对于钢支撑、剪力墙或筒体的钢结构，且△u/h≤1/1000， 可不计算P－△效应，只按有效长度法计算柱的承载力；
对于无支撑的钢结构（纯钢框架）和△u/h>1/1000的有 支撑钢结构，应按考虑P－△效应的方法计算结构内力 及侧移，侧移应不大于1/300。 实际上大部分钢结构需要计算P－△效应。
4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
钢结构构件的稳定性问题是钢结 构设计的重要内容，将在结构设 计中详细介绍。 此处的稳定主要是结构整体稳定， 即重力作用下的二阶效应——P －△效应。
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
《高钢规》下列条件下可不进行整体稳定性验收： 1）各层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求； 2）按不考虑P－△效应的弹性计算所得的层间相对位移 小于某个值：
1/1000
1/1000 1/500 1/250
不 小 250m 钢结构
罕遇地震（防止倒塌）
薄弱层（部位）弹塑性层间位 移角限值
4.3 舒适度要求 高度超过150m： 10年一遇的风荷载，顶点 最大加速度限值 2 住宅、公寓：0.15m/s 2 办公、旅馆：0.25m/s
4.4 稳定和抗倾覆要求
如何达到目的：结构有足够大的 刚度 参数：最大层间位移角
Δu/h≤ [Δu/h]
Δu：荷载效应标准值组合所得结构最 大层间位移； h：层高； Δu/h :最大层间位移角； [u/h]：弹性层间位移角限值。
[u/h]：弹性层间位移角限值（使用阶段）
材料 钢筋 混凝土 结构 结构高度 不大于 150m 结构类型 框架 框架-抗震墙 板柱-抗震墙 框架-核心筒 抗震墙 筒中筒 框支层 于 各种类型结构 各种类型结构 限值 1/550 1/800
高层建筑侧移过大，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现象。 正常设计的高层建筑不会出现倾 覆问题。
4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
控制高宽比； 高宽比大于4的建筑，在地震 作用下基础底面不允许出现零应 力区； 高宽比不大于4的建筑，基底 零应力区面积不应超过基础底面 积的15％。
两种抗震设计方法 OA:
弹性设计，承载力抗震
OBC和ODE:
(承载力＋延性)抗震
（构件屈服，局部破坏）
具有足够大延性和耗能能力
延性
材料、截面、构件或结构保持一定的强 度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力 用延性系数度量：
＝u / y
Δy和Δu分别为屈服值和极限值 定义：没有规定
材料应变延性 u / y