多层及高层建筑结构分析程序的荷载组合问题讨论.pdf

2 0 0 6年 9月 第 3 卷 第 3 期 深圳土木与建筑 多层及高层建筑结构分析程序的荷载组合问题讨论 彭德昭 深 圳市 精鼎 建筑 工程 咨询 有 限公 司 【 摘要】综述现行结构设计规范有关荷载组合的规定，对多层及 高层建筑常用结构分析程序 s A T W E 、 T B s A及 广厦 s s W的荷载组合 问题 加 以讨论 。 【 关键词】多层建筑、高层建筑、荷载 效应 组合。 一 、建筑结构设计规范中荷载组合的规定 多层及高层建筑结构分析程序中，荷载组合应 符 合 建 筑 结 构荷 载 规 范 、 建筑 抗 震 设计 规 范 、 高 层建 筑 混凝 土结 构 技 术规 程 及 建 彭德昭， 男， 深圳市精鼎建筑 工程 咨询有限公司， 国家特许 一 级注册 结构 [程师 地址 深圳 j 振华路 8弓设计大厦 l 0 2 8 邮编 5l 8 O 3 l 筑地基基础设计规范等 的规定 ，承载能力极限状 态 的荷载组合公式如下 1、荷 载效应 组合 设计值 与结构构 件抗 力设计值 的 关系式 无地震作用组合 Y o S≤ R 1 有地震作用组合 S≤ R ／Y 2 其中，符号说明见有关规范，下 同。 ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※▲ ※▲ ※▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※▲ ※▲ ※▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ ▲ ※ 了人 民的物质居住条件 ，创造 了优美的建筑 空间环 境 ，提供 了配套齐全 的服务设施和 高效安全 的交通 系统 ，近年来也 比较重视生态环境保护和 自然资源 的可持续利用 。但是 总体来说仍是一种分割土地 、 各 自为政 的建设方式 ，形成一个 个 “ 封 闭大院 ” ， 小区与小区的封闭独立使得社 区公共空间呈线形负 向 ，配套 设施重 复 ，加上 建筑形象 各不统一 ，难 以形成居 民问密切的社会联系和对社 区的认 同感 ， 缺乏传统 旧城 区具有的生活气息 ，不利于形成 良好 的社 区意识 。而 社区意识 却是健 康社区 的重 要 内 容 ，是 居住健 康 的具 体体现 。 居住在城市中的人，意味着更多的机会 ，更广 泛 的交 流 ，更 高的欲望 ，更好 的生活 。人 总是在 住宅 中实现基本的个人生活需求 ，在城 市中完成群 体的定居，从而实现 更高层次的生存 8 。 健康住宅 建设技术要点的颁布与不断修订说 明了 人们越来越关注居住健康的问题，不仅是外部 环境 的健康，还有室 内环境的健康 ；不仅有居住环 境的健康 ，还有社会环境的健康 ；不仅有居住社区 的健康 ，还有城市的健康。追求健康不 同于绿色和 可持续性 ，它永 远是一个 过程 ，一个不 断提 出问 题 、解 决 问题 、维护保 障的过程 ，是可持 续性发 展的重要组成部分 ，因此还需要长足的努力 ，需要 各方面 的协作 与配合 ，大到 国家 、政府 ，小到居 住 者 、个 人 ，共 同为创造 一个人和 环境 良性 互动 2 4 的、健 康 的、适 合我 国 国情 的居住 环境 。 参考文献 [ 1 ] 开彦健 康住宅 人类居 住健康 与健康 的人居环境． 城 市住宅， 2 O O 2 4 [ 2 ]国家住 宅与居住环境 工程 中心健康住宅建设技术要 点 2 0 0 4 年 版 中国建筑工业出版社， 2 0 0 4 [ 3 ] 健康住宅 的国际标准质量指 南，2 0 0 2 1 1 4l [ 4 ] C h i a n g ＆ M a s l O W ． T h e H e a l t h y P e r s o n a l i t Y ． V a n N o s t r a n d Rei nh01 d Co mpa n， I 9 69 [ 5 ] B i l l H 0 l d s w o r t h a n d A n t o n y S e a l e y ． H e a l t h B u i 1 d i n g s ～ A d e Si g n pri m er f or a li v i n g e nvi r on me nt ． Lo n g man GrO UP U K Li mit ed， I 992 [ 6] 李丽萍 ， 彭 实城 ． 国外的健康城市规划． 互联 网 [ 7 ][ 丹麦]杨． 盖 尔 何人可译 ． 交往与 空间．中国建筑工业 出版 社 ，2 0 0 3 [ 8][ 丹 麦] 扬． 盖尔 尹培 桐译 ． 公共空间．公共生活． 中国建筑工 、 出版社， 2 0 0 2 [ 9 ][ 日]芦原义信 尹培桐译 ． 外部 空间设计． 中 国建筑 工 出版 社 ，l 9 8 5 [ 1 0][ 美] 阿摩 斯． 拉普 特 黄谷 兰译 ．建成环境的意义一 非语 言表达方 法．中 国建筑 工业 出版 社 ，l 9 9 2 [ 11 ] 王建 国、张彤 ． 安藤忠雄． 北京 中国建筑工业 出版社 ，l 9 9 9 22 9 [ 1 2 ] [ 美] c ． 亚 历 『 I J 大． 建筑模式语言一城镇 、建筑 、构造 王听度 译 ． 北 京中国建筑工业 出版社，l 9 9 8 [ 1 3 ] 2 l世 纪中国城市住宅建设研讨 论文集．中国建筑 工业出}钣社 ， 2 OO3 [ 1 4] 骆 小芳．城市 公共 空间与 社会生活 ．时代建筑 ，l 9 9 8 2 [ 1 5] 周俭． 城市住宅 区规划原理 ． 同济大学 出版 社，l 9 9 9 [ 1 6] 李成，王波． 健康 型人居环境及健康 住宅． 城 市住宅 ，2 00 3 41■ 维普资讯 2 0 0 6年 9月 第 3 卷 第 3 期 深圳土木与建筑 2 、非抗 震 设计 时 ，荷 载 效应 的基 本组 合 公式 1 由可变荷载效应控制 的组合 按 “ 荷载规范” S Y G S G K Y Q 1 S In K Y Q 2 c 2 S Q 2 K ⋯ Y Q c S 0 K 31 按 “ 高层规程 ”S Y G S G K q Y Q S Q K w Y wS w K 32 2 由永久荷载效应控制的组合 按 “ 荷载规范 ”S Y G S G K Y q 1 c 1 S In K Y Q 2 c 2 S Q 2 K ⋯ Y。 c S Q K 41 按 “ 高层规程 ”S Y G S G K Q Y Q S Q K 42 3、抗震设计 时 ，荷载效 应和地 震作 用效应 的基 本组 合公 式 S 二 Y G S c , E Y E h S E h K Y E v S E V K w Y w S w K 5 4、基 本组合 的荷 载分 项系数 和荷载 组合值 系数 非抗震承载力验算时的荷载分项系数 Y。 、 Y 。 ． Y 值 表 1 永久 荷载的 G 楼面活荷载的 o 风 当 其效应对结构不 当其效应对结构有利 荷 利时 时 般 Q K 4 载 可变荷 永久荷 一般 倾覆、滑移或 情 的工业房屋 的 载控制 载控制 情况 漂浮验算 况 Y W 1 2 1 3 5 1 O O 9 1 4 1 3 1 4 注 屋面活荷 载及雪荷 载的 Y。 1 ． 4。 抗震承载力验算时的荷载和作用分项系数 Y。 、 Y Y 重力荷载的 Y G 水平 竖向地震作用的 Y E h 风荷 一 般 当其效应对 地震 仅计算 同时计算水 载的 结构承载力 作用 竖向地 平与竖向地 情况 Y W 有利时 的Y E h 震作用 震作用 1 ．2 ≤ 1 0 1 3 1 3 0 5 1 4 注 l 、仅计算 竖 向地 震作用 时 Y E h 0 ． 0。 2 、仅计算水平地震作用时Y 0 、 0 。 3 、一般结构，H≤ 6 0 m的高层建筑，不考虑风荷载与地 震作用组 合 Y 0 ． 0 。 非抗震承载力验算时的荷载组合值系数 。 、 值 表 3 楼面活荷载的1 l ， o 风荷载的1 l ， w 可变荷载控制 永久荷载控制 可变荷载控制 永久荷载控制 1 0 作为主要 0 ． 6 作为次要可 可变荷载 变荷载或 1 0 O 7 O O 或 O 7 作为次 作为主要可 要可变荷载 变荷载 l、对书库 、档案库、贮藏室 、通风机房和电梯机房， 楼面活荷载组合值系数取 0 ． 7的场 合应 取为 0 ． 9 。 2 、屋面均布 活荷载及雪荷 载的 。 0 、 7 。 抗震承载力验算时的荷载组合值系数 。 、 。值 表4 雪 楼面等 效均 布活荷载的1l 『 o 按 实际情 风 荷载的1 l 『 w 荷 况 计算楼 一般 结构 、 风荷 载控制的 载 藏书库、 档 其他民 用建 面活 荷载 H 的 案 库、库 房 筑 Q 的 1 l 『 o 高层建 筑 6 0 m的 高层 建筑 0 5 0 8 0 5 1 0 0 0 0 2 注 计 算地 震作用 时 ，屋 面活荷 载不 计入 。 0． 0 。 5、有地 震作 用组合 时 ，竖 向地 震作用 及风荷 载 是否参 与组合 的规 定 1 8、9度时的大跨度和长悬臂结构 ，应计算 竖 向地 震作用 。 29度 时的高层建筑 ，应计算竖向地震作用。 3 “ 抗震规范 ” 规定一般结构不考虑风荷载与 地震作用组合 风荷载组合值系数 取 0 ． 0 ，风荷 载起控制作用的高层建筑应考虑 ，此时 w 0 ． 2 。 “ 高层规程 ”规定房屋高度 H≤ 6 0 m的高层建 筑不考虑风荷载与地震作用组合 w 0 ． 0 ，H 6 0 m的高层建筑应考虑，此时 0 ． 2 。 6、一 般多层 及高层 民用建 筑的荷 载组合 公式 一 般 民用建筑 的可变荷载，常为楼面、屋面活 荷载和风荷载 ，抗震设计 时则需考虑地震作用。 报据 “ 高层 规程 ”对 荷载组合 的规定 ，高层 与多层 民用建筑的荷载组合公式，在无地震作用组 合时相 同，在有地震作用组合 时有些差异 。 对于多层民用建筑 ，有地震作用组合时，仅考 虑水平地震作用 ，不考虑竖向地震作用及风荷载 。 对于高层 民用建筑 层数≥ 1 0层或房屋高度 H 2 8 m ，9度抗震设计时应计算竖 向地震作用 。有 地震作用组合时，房屋高度 H≤ 6 0 m的高层建筑不考 虑风荷载，H6 0 m的高层建筑应考虑风荷载。 非抗震设计时的荷载组合公式 楼面活荷载作为主要可变荷载时 S Y G S G K Y Q S Q K w Y w S w K 61 风荷载作为主要可变荷载时 S Y G S G K Y w S W K c Y Q S Q K 62 永久荷载效应控制时 S Y G S G K c Y Q S Q K 63 2 抗震设计时的荷载组合公式 抗震设计时，除满足非抗震设计时的荷载组合 公式 外 ，尚应满 足下列各 式要求 多层及 高层建筑 S Y G S G K Y 卧 S 卧 K Y G S G K 0 ． 5 S 0 K Y h S h K 71 2 5 维普资讯 2 0 0 6年 9月 第 3卷 第 3期 深圳土木与建筑 多层及高层民用建筑结构构件承载力验算时的荷载效应组合原则 表5 情 所考虑的组合 公式号 组合公式 分项系数和组合值系数 注 况 多 1 1 3 5 恒 载 一O 7 1 4活载 由永久荷载 效应控 层 制时 重力荷载 及 2 1 2恒 载 1 4活载 高 层 3 1 ． o恒载一 1 4活载 多 4 1 2恒载1 4风载 重 力荷载 风荷 层 5 1 o恒载 1 4风载 及 6 1 ．2恒载 1 4活载 O ． 6 1 ． 4风载 由楼 面活荷载效应 载 7 1 o恒载 1 4活载 O 6 1 ． 4风载 控制时 高 层 8 1 ．2恒载 O ． 7 1 ．4活载 1 ． 4风载 由风荷载 效应控制 9 1 o恒载 O ． 7 1 4活载 1 ． 4风载 时 重力荷载一 一 水平 多 1 0 1 2 恒载 O 5 活载 1 _ 3水平地震作用 地震作用 多层 7 - 9度，层数 6 0 m 1 3 1 4风载 重力荷载 竖向 高 1 4 1 ．2 恒载 O 5活载 1 3竖向地震作用 水平长悬臂结构8 、 地震作用 0度 层 1 5 1 0 恒载 O ． 5活载1 3竖向地震作用 9度时考虑 重 力荷载 水平 1 2 恒载 O 5活载 1 3水平地震作用 O ． 5 地震作用 竖向 高 1 6 水平长悬臂结构8 、 竖向地震作用 9度时考虑，不考 地震作用 0度 ， 层 1 0 恒载 0 ． 5活载 1 3水平地震作用 O ． 5 H≤6 0 m 1 7 虑风荷载效应 竖向地震作用 重 力荷载 水平 1 ．2 恒载 O ． 5活载 1 3水平地震作用 O ． 5 1 8 地震作用 竖向 高 竖向地震作用0 ． 2 1 4风载 水平长悬臂结构8 、 地 震作用 风荷 层 1 0 恒载 一 O 5 活载1 3 水平地震作用O 5 9 度时考虑 载 9 度 ，H 1 9 6 0 m 竖向地震作用 0 ． 2 1 4风载 注计算地震作用时，对藏书库、档案库和库房，本表楼面等效均布活荷载组合值系数取 0 ． 5的场 合应取为 0 ． 8。 H 6 0 m时 S Y G S G E Y E h S E h K 0 ． 2 Y w S 72 9 度抗震及高层建筑 H≤ 6 0 m时 S Y c S E Y E v S卧K 73 ．S Y G S G E Y E h S E h K 0 ． 5 S E v K 7 4 9 度抗震及 H6 0 m时 S Y ， S． G E Y E h S E h K 0 ． 5 S F ＼ K 0 ． 2 Y w S w K 7 5 7、多层及 高层 民用建 筑结构 构件 承载 力验算 时 的荷 载效 应 组合 原 则 ， 如表 5 所 示 。 二、常用结构分析程序的荷载组合问题讨论 1、 S A T W E S A T W E内力组合原则 ，当有地震力作用时 对多层结构 1 ． 2 恒载 Y 。 活载 Y 水平地震作用 2 6 Y 竖向地震作用 1 ． 0 恒载 Y 。 活载 Y 水平地震作用 Y 竖向地震作用 对 高层 结构 1 ． 2 恒载 Y F G 活载 0 ． 2 Y w 风载 Y E h 水平地震作用 Y 竖向地震作用 1 ． 0 恒载 Y E G 活载 0 ． 2 Y w 风载 Y E h 水平地震作用 Y 竖向地震作用 其中 Y 为可变荷载的组合值系数，隐含为 规 范取值 ，可 由用 户输 入 ； Y w 为风载的分项系数 ，隐含为规范取值 ，可 由用户输入； Y Y n为水平地震作用分项系数和竖向地震 作用 分项系数 ，隐含为规范取值 ，可 由用户输入。 维普资讯 2 0 0 6年 9月 第 3卷 第 3 期 深圳土木与建筑 V O L ． 3 N o ． 3 S E P 2 0 0 6 S A T W E对多层及高层结构，有地震作用组合公 式 中均 含有 竖 向地 震 作用 。“ 抗震 规 范 ”及 “高 层规程”对有地震作用组合 中，是否考虑竖向地震 作用作有规定，设计者需在程序地震力计算信息中 选择控制参数 ，以确 定竖向地 震作用的取 舍。 S A T W E对高层结构，有地震作用组合公式 中含 有风荷载 。“ 高层规程 “ 对有地震作用组合中 ，是 否考虑风荷载作如下规定 房屋高度 H 6 O m时考 虑风荷载，H≤ 6 0 m时不考虑风荷载 。S A T W E 用户手 册中没有列出内力组合实际采用的工况，T B S A和广 厦 S S W均将 内力组合工况表划分为高度≤ 6 0 m及高度 6 0 m两类 ，以区别对待考虑风荷载 。 S A T W E没有直接列出如下组合 1 ． 2 恒载 Y 。 活载 1 ． 3竖向地震作用 1 ． 0 恒载 Y 。 活载 1 ． 3竖向地震作用 “ 高层规程 ”规定 9度时的高层建筑及 8度 ， 9度 时的水平长悬臂结构 ，应考虑 “ 重力荷载及竖 向地震作用”组合。此时 S A T W E有地震作用组合公 式中，需将各分项系数分别取为 Y 0 ． 0 ，Y 0 ． 0及 Y E 1 ． 3 。T B S A和广 厦 S S W均在 内力组合工况表 中直接列 出这种组合 。 2、 T B S T B S A非抗震组合时，在 “ 1 ． 2恒载 0 ． 7 1 ． 4活载 1 ． 4 风载”和 “ 1 ． 0 恒载 0 ． 7 1 ． 0活载 1 ． 4风载 ”组合中，活载的分项系数分别取为 l _ 4 和 1 ． 0 。按 “ 荷载规范 ” ，上列公式中活载 的分项系数均 应取为 1 ． 4 。 T B S A非抗震组合与 S A T W E不完全相 同，缺少 S A T W E的如下组合 1 ． 2 恒载 1 ． 4活载 1 ． 0 恒载 l _ 4活载 1 ． 2 恒载 1 ． 4风载 1 ． 0 恒载 1 ． 4风载 T B S A 6 0 m以下，9 度抗震的内力组合工况表中有 考虑竖向地 震作用 的组合 。“ 抗震规范 ”对 多层结 构 层数 1 0层，H≤ 2 8 m， 一般不考虑竖向地 震作用。此 时设计者需在 T B S A总信息输入对话框中 “总 体 ”标 签 下 “竖 向地 震 ” 条 目前 不 划 符 号 “ √ ” 。 3、广厦 S S W 广厦 S S W多层、非抗震及高层 、非抗震组合与 S A T W E不同，缺少 S A T W E的如下组合 l _ 2恒载 1 ． 4 活载 1 ． 2恒载 l _ 4 风载 1 ． 0恒载 1 ． 4风载 广厦 S S W多层 、非抗震采用简化规则的如下组 合 1 ． 2恒载 0 ． 9 1 ． 4活载 1 ． 4风载 1 ． 0恒载 0 ． 9 1 ． 4活载 1 ． 4风载 广厦S S W 多层 、非抗震内力组合工况表 6 ． 2 ． 1 的 系数有误。第 1 种组合的活载系数 1 ． 4应为 0 ． 7 1 ． 4 0 ． 9 8 ，其 中0 ． 7为活载 的组合值系数。第 3 ～1 0 种组合的活载系数 1 ． 1 9 应为 0 ． 91 ． 4 1 ． 2 6 ，其中 0 ． 9为可变荷载统一的组合系数 。第 l 1 ～1 8种组合 的风载系数 0 ． 9 8应为0 ． 6 1 ． 4 0 ． 8 4 ，其 中 0 ． 6为风载 的组合值系数。 广厦 S S W高层、非抗震内力组合工况表 6 ． 2 ． 3的 系数有误 。第 1 种组合的活载系数 1 ． 4 应为0 ． 7 1 ． 4 0 ． 9 8 ，其中0 ． 7 为活载的组合值系数。第 3 ～1 0 种 组合，活载和风载系数同为 l _ 4不对，可变荷载没有 乘以组合值系数 。按 “ 荷载规范” ，第 3 ～1 0种组 合需要修 改，采用 如下组合公式 1 ． 2 恒载 1 ． 4活载 0 ． 6 1 ． 4 风载 1 ． 0 恒载 1 ． 4活载 0 ． 6 1 ． 4 风载 1 ． 2恒载 0 ． 7 1 ． 4活载 l _ 4 风载 1 ． 0恒载 0 ． 7 1 ． 4活载 1 ． 4风载 参考文献 [ 1 ] 建筑结构荷载规 范 G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1北京中国建筑工业 出 版 社，2 0 0 2 [ 2 ] 建筑抗震设计规 范 G B 5 0 0l l 一 2 0 0 1北京中国建筑工业 出 版 社 ，2 0 0 1 [ 3 ] 高层 建筑混凝土结 构技术规程 J GJ 3 2 00 2北京中 国建 筑 工业 出版 社 ，2 0 0 2 [ 4 ] 建筑地基基础 设计规 范 G B 5 0 0 0 7 2 O 0 2 北京 中国建筑工 业 出版社 ，2 00 2 [5]建筑 结构 设计 新规 范综合 应用 手册 第二版 朱炳 寅 ，陈 富生 编著 北 京 中 国建 筑工 业 出版 社， 2 0 0 4 [ 6]多层 及高层 建筑结构 空间有 限元分析 与设计软件 墙元模 型 S A T W E 2 0 0 5 版 北京中国建筑科学研究院 P K P M C A D 工程部， 200 5 4 [ 7 ] 多层及高层建筑结构空间分析程序T B S A 北京中国建筑 科学研 究院高层 建筑技 术开 发部 ，2 00 2 1 0 [ 8]高层 建筑三 维 墙元 分析 程序广 厦 SSW 2 00 2规 范版 本 广州广东省建筑设计研究院，2 0 0 2 9● 2 7 维普资讯