【飞丝走线“织就”百万次超折叠导电材料】近年来，柔性电子尤其是可穿戴器件发展迅速，有望为人们的工作和生活带来翻天覆地的变化。然而，当它们在朝着便携、变形等方向进一步发展的过程中，遭遇了导电材料无法大量无损真折叠的瓶颈问题。
比如，目前热炒的可折叠手机实际上只是利用了一个旋转轴，根本无法进行任意折叠；一些可穿戴电子设备不可避免地要遇到反复折叠的问题，至今也无法解决。若要解决这些问题，超折叠导电材料无疑是关键的一环。
实际上，人们对导电材料的折叠已经进行了大量的探索，可距离超折叠性能仍相差甚远，哪怕千次以上的无损真折叠也无法实现。
近日，来自同济大学、上海师范大学以及大连理工大学的科研人员，在用化学键理论阐明本征导电材料不能经受大量真折叠原理的基础上，应用超材料设计思想和仿生设计思路，使用改进的静电纺丝/梯度碳化技术，首次仿生制备了一种可承受100万次乃至无限次真折叠而无任何损伤的超折叠导电碳材料（SFCMs）。相关研究成果在线发表于《物质》（Matter）。
【难啃的超折叠“骨头”】
在日常工作和生活中，人们常常存在一个认识误区，那就是认为导电材料的折叠根本不是事儿。
实则不然。比如，金属材料是由无方向性的金属键组成的，因而具有一定的柔韧性，可以进行弯曲甚至少量折叠。但金属键作为化学键的一种，也是短程力，经不住180°真折叠的大幅度的调度，多次折叠带来的损伤积累最终会导致断裂。
导电高分子是由共轭大∏键组成的，具有双键性质，并且比单键具有更多的刚性，经受不住大的变形，更不必说反复折叠了。
以单层石墨烯、单根碳纳米管和碳纳米纤维为代表的碳材料通常被认为具有很好的柔性，但实际上石墨烯是由sp2杂化的大的共轭Π键构成的超薄平面结构，其中共轭Π键具有双键性质，无法承受大量反复的真折叠；碳纳米管其实相当于卷曲的石墨烯，碳纳米纤维中含有大量的石墨化结构，自然经受不住反复的真折叠。
总之，目前的本征导电材料在理论上和实践上都不能承受大量次数的真折叠。如果要实现超折叠性能，需要设计出能够避免化学键直接面对折叠的应力分散结构。
为此，人们进行了大量的探索，通过引入不同的孔结构、调节组装单元间的界面作用、组装不同的立体结构，制备出如金属网格、瓦楞状石墨烯多层膜、竹节状的碳纳米纤维等柔性导电材料，因此它们的柔性得到了有效的提升。原本只能弯一弯的材料变得可以折叠，甚至有的材料在以结构损伤为代价的前提下可以实现千次的折叠。
遗憾的是，由于没有理论的指引，科研人员一直在黑暗中摸索，使得现有材料的折叠性能远远不能满足实际使用的要求，更谈不上超折叠。
山重水复疑无路，柳暗花明又一村。一次参观蚕厂的机会，让同济大学的科研人员倍受启发，走出了一条实现超折叠结构和性能的“仿生之路”。
【源于喷丝作茧的灵感】
人类养蚕抽丝已有数千年的历史，家蚕通过神奇的飞丝走线技艺喷丝作茧，为生产柔软的丝绸提供了优质的原材料。但是这种生蚕茧质地僵硬，不能直接制造纺织品。劳动人民在生产实践中发现，通过简单的碱煮缫丝就能同步实现蚕茧解交联、造孔和膨化等复杂变化，使之由僵硬变得超柔，能够承受大量反复折叠同时产生了ε折叠结构。
“家蚕吐丝—做茧—缫丝等一系列过程能够获得具有超折叠能力的熟蚕茧及其自然形成的‘ε’折叠结构。这些都为超折叠导电材料的制备提供了正确的设计思想与合理的设计路线。” 此项工作的通讯作者之一、同济大学化学科学与工程学院教授吴庆生告诉《中国科学报》。
如果能够对这个制备过程和最终结构进行模仿，那么超折叠的结构和性能有可能实现。基于这样的想法，吴庆生和同济大学特聘研究员吴彤领衔的研究团队使用仿生的高分子静电纺丝来模仿家蚕的喷丝作茧过程和类似的网络结构；进一步通过梯度升温原位碳化模仿缫丝过程，不仅同时实现了材料的解交联、造孔和膨化，而且赋予材料导电特性。最终，通过过程和功能的联合仿生技术，实现了导电超折叠材料的制备（见图）。
图2：制备超折叠碳材料的仿生设计 （同济大学供图）
随后，科研团队对该材料的柔性尤其是折叠性能进行了系统的研究。不仅通过自制的折叠机对它承受反复折叠的能力进行了考察，而且通过自主设计的SEM微观动态观察系统首次实现了折叠过程的实时解析。结果发现，它能够承受超过100万次的反复折叠而没有任何的微结构损伤和导电率变化。而实时折叠观察揭示了这种突破性的无损超折叠能力起源于折叠时形成的ε结构的全面应力分散作用。
这种导电柔性材料的问世，不仅实现了导电材料在超折叠性能上的突破，还弄清了其在折叠过程中的应力分散机制，为其他超折叠导电材料的制备指明了方向。与此同时，该项研究还将解决一系列折叠相关的柔性电子器件的瓶颈问题，乃至为任意变形的电脑/手机一体化超柔设备的制造带来曙光。
【创新永不止步】
研究结果的取得令人振奋，但过程中的个中滋味却只有亲历者才能体会。在研究过程中，研究人员也曾遇到很多困难，甚至一度冒出放弃的念头，但最终还是依靠坚强的意志和团队的力量，经过三年多的刻苦攻坚，终于取得了成功。
对于超折叠材料的实现而言，摆在科研团队面前的最大难题是至今无人知道什么样的构造可以实现超折叠。后来由于受到熟蚕茧能够超折叠并且产生ε结构的启发，明白了其中的构造奥秘，难题便迎刃而解。
如何实现这种构造的制备，是团队亟需解决的第二个难题。家蚕的喷丝作茧过程与常用的高分子静电纺丝工艺非常相似。但是现有的大量静电纺丝工作都没有实现超折叠的结果。“这说明生搬硬套老方法是完全行不通的，必须在传统的静电纺丝中闯出一条新路来。于是我们通过大量的仪器改造和技术优化探索，终于迎来了超折叠碳材料的诞生。”本研究第一作者、同济大学博士昝广涛告诉《中国科学报》。
在科学探索的道路上，创新永无止境。“下一步，我们将会把本工作建立的理论和方法拓展到更多更广的超折叠材料和设备中去。让可折叠手机等柔性电子设备变得收放自如，让可穿戴器件可以自身发电、自由活动、随意洗藏，让折纸式手机/电脑一体化早日实现。”吴庆生充满信心地表示。https://t.cn/A6MSZrLU
比如，目前热炒的可折叠手机实际上只是利用了一个旋转轴，根本无法进行任意折叠；一些可穿戴电子设备不可避免地要遇到反复折叠的问题，至今也无法解决。若要解决这些问题，超折叠导电材料无疑是关键的一环。
实际上，人们对导电材料的折叠已经进行了大量的探索，可距离超折叠性能仍相差甚远，哪怕千次以上的无损真折叠也无法实现。
近日，来自同济大学、上海师范大学以及大连理工大学的科研人员，在用化学键理论阐明本征导电材料不能经受大量真折叠原理的基础上，应用超材料设计思想和仿生设计思路，使用改进的静电纺丝/梯度碳化技术，首次仿生制备了一种可承受100万次乃至无限次真折叠而无任何损伤的超折叠导电碳材料（SFCMs）。相关研究成果在线发表于《物质》（Matter）。
【难啃的超折叠“骨头”】
在日常工作和生活中，人们常常存在一个认识误区，那就是认为导电材料的折叠根本不是事儿。
实则不然。比如，金属材料是由无方向性的金属键组成的，因而具有一定的柔韧性，可以进行弯曲甚至少量折叠。但金属键作为化学键的一种，也是短程力，经不住180°真折叠的大幅度的调度，多次折叠带来的损伤积累最终会导致断裂。
导电高分子是由共轭大∏键组成的，具有双键性质，并且比单键具有更多的刚性，经受不住大的变形，更不必说反复折叠了。
以单层石墨烯、单根碳纳米管和碳纳米纤维为代表的碳材料通常被认为具有很好的柔性，但实际上石墨烯是由sp2杂化的大的共轭Π键构成的超薄平面结构，其中共轭Π键具有双键性质，无法承受大量反复的真折叠；碳纳米管其实相当于卷曲的石墨烯，碳纳米纤维中含有大量的石墨化结构，自然经受不住反复的真折叠。
总之，目前的本征导电材料在理论上和实践上都不能承受大量次数的真折叠。如果要实现超折叠性能，需要设计出能够避免化学键直接面对折叠的应力分散结构。
为此，人们进行了大量的探索，通过引入不同的孔结构、调节组装单元间的界面作用、组装不同的立体结构，制备出如金属网格、瓦楞状石墨烯多层膜、竹节状的碳纳米纤维等柔性导电材料，因此它们的柔性得到了有效的提升。原本只能弯一弯的材料变得可以折叠，甚至有的材料在以结构损伤为代价的前提下可以实现千次的折叠。
遗憾的是，由于没有理论的指引，科研人员一直在黑暗中摸索，使得现有材料的折叠性能远远不能满足实际使用的要求，更谈不上超折叠。
山重水复疑无路，柳暗花明又一村。一次参观蚕厂的机会，让同济大学的科研人员倍受启发，走出了一条实现超折叠结构和性能的“仿生之路”。
【源于喷丝作茧的灵感】
人类养蚕抽丝已有数千年的历史，家蚕通过神奇的飞丝走线技艺喷丝作茧，为生产柔软的丝绸提供了优质的原材料。但是这种生蚕茧质地僵硬，不能直接制造纺织品。劳动人民在生产实践中发现，通过简单的碱煮缫丝就能同步实现蚕茧解交联、造孔和膨化等复杂变化，使之由僵硬变得超柔，能够承受大量反复折叠同时产生了ε折叠结构。
“家蚕吐丝—做茧—缫丝等一系列过程能够获得具有超折叠能力的熟蚕茧及其自然形成的‘ε’折叠结构。这些都为超折叠导电材料的制备提供了正确的设计思想与合理的设计路线。” 此项工作的通讯作者之一、同济大学化学科学与工程学院教授吴庆生告诉《中国科学报》。
如果能够对这个制备过程和最终结构进行模仿，那么超折叠的结构和性能有可能实现。基于这样的想法，吴庆生和同济大学特聘研究员吴彤领衔的研究团队使用仿生的高分子静电纺丝来模仿家蚕的喷丝作茧过程和类似的网络结构；进一步通过梯度升温原位碳化模仿缫丝过程，不仅同时实现了材料的解交联、造孔和膨化，而且赋予材料导电特性。最终，通过过程和功能的联合仿生技术，实现了导电超折叠材料的制备（见图）。
图2：制备超折叠碳材料的仿生设计 （同济大学供图）
随后，科研团队对该材料的柔性尤其是折叠性能进行了系统的研究。不仅通过自制的折叠机对它承受反复折叠的能力进行了考察，而且通过自主设计的SEM微观动态观察系统首次实现了折叠过程的实时解析。结果发现，它能够承受超过100万次的反复折叠而没有任何的微结构损伤和导电率变化。而实时折叠观察揭示了这种突破性的无损超折叠能力起源于折叠时形成的ε结构的全面应力分散作用。
这种导电柔性材料的问世，不仅实现了导电材料在超折叠性能上的突破，还弄清了其在折叠过程中的应力分散机制，为其他超折叠导电材料的制备指明了方向。与此同时，该项研究还将解决一系列折叠相关的柔性电子器件的瓶颈问题，乃至为任意变形的电脑/手机一体化超柔设备的制造带来曙光。
【创新永不止步】
研究结果的取得令人振奋，但过程中的个中滋味却只有亲历者才能体会。在研究过程中，研究人员也曾遇到很多困难，甚至一度冒出放弃的念头，但最终还是依靠坚强的意志和团队的力量，经过三年多的刻苦攻坚，终于取得了成功。
对于超折叠材料的实现而言，摆在科研团队面前的最大难题是至今无人知道什么样的构造可以实现超折叠。后来由于受到熟蚕茧能够超折叠并且产生ε结构的启发，明白了其中的构造奥秘，难题便迎刃而解。
如何实现这种构造的制备，是团队亟需解决的第二个难题。家蚕的喷丝作茧过程与常用的高分子静电纺丝工艺非常相似。但是现有的大量静电纺丝工作都没有实现超折叠的结果。“这说明生搬硬套老方法是完全行不通的，必须在传统的静电纺丝中闯出一条新路来。于是我们通过大量的仪器改造和技术优化探索，终于迎来了超折叠碳材料的诞生。”本研究第一作者、同济大学博士昝广涛告诉《中国科学报》。
在科学探索的道路上，创新永无止境。“下一步，我们将会把本工作建立的理论和方法拓展到更多更广的超折叠材料和设备中去。让可折叠手机等柔性电子设备变得收放自如，让可穿戴器件可以自身发电、自由活动、随意洗藏，让折纸式手机/电脑一体化早日实现。”吴庆生充满信心地表示。https://t.cn/A6MSZrLU
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JGJ 3-2010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》GB 50153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。
1
非线性作用效应组合
查《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008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。
01 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。
02 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JGJ 3-2010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》GB 50153的有关规定。
2
常规荷载组合【线形关系】
01 规范规定
以高规JGJ 3-2010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。
02 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。
3
荷载效应组合和内力调整的顺序
01 高规JGJ 3-2010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。
02 高规JGJ 3-2010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。
03 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JGJ 3-2010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。
04 其他
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。
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。
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。
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。
4
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）：
5
建议
01 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。
02 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。
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。
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非线性作用效应组合
查《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008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。
01 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。
02 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JGJ 3-2010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》GB 50153的有关规定。
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常规荷载组合【线形关系】
01 规范规定
以高规JGJ 3-2010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。
02 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。
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荷载效应组合和内力调整的顺序
01 高规JGJ 3-2010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。
02 高规JGJ 3-2010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。
03 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JGJ 3-2010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。
04 其他
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。
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。
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。
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。
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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）：
5
建议
01 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。
02 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。
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JGJ 3-2010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》GB 50153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。
1
非线性作用效应组合
查《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008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。
01 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。
02 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JGJ 3-2010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》GB 50153的有关规定。
2
常规荷载组合【线形关系】
01 规范规定
以高规JGJ 3-2010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。
02 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。
3
荷载效应组合和内力调整的顺序
01 高规JGJ 3-2010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。
02 高规JGJ 3-2010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。
03 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JGJ 3-2010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。
04 其他
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。
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。
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。
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。
4
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）：

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建议
01 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。
02 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。
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。
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非线性作用效应组合
查《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008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。
01 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。
02 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JGJ 3-2010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》GB 50153的有关规定。
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常规荷载组合【线形关系】
01 规范规定
以高规JGJ 3-2010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。
02 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。
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荷载效应组合和内力调整的顺序
01 高规JGJ 3-2010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。
02 高规JGJ 3-2010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。
03 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JGJ 3-2010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。
04 其他
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。
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。
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。
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。
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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）：

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建议
01 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。
02 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。
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