下一代半导体：一路向宽，一路向窄
随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化阶段，对新一代半导体材料的探讨已经进入大众视野。走向产业化的锑化物，以及国内外高度关注的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等，都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看，锑化物属于窄带半导体，而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料，将一路向宽，还是一路向窄？
超宽禁带半导体：
“上天入海”，适用范围广泛
禁带的宽度决定了电子跃迁的难度，是半导体的导电性的决定因素之一。禁带越宽，半导体材料越接近绝缘体，器件稳定性越强，因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特殊环境。
“硅器件工作温度范围相对有限，而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’，适应范围非常宽广。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表示。
在光电子领域，超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着广阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生领域，特定波长的紫外线能帮助人体补钙。在工业上，超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。
在超宽禁带半导体中，氮化铝镓（氮化铝和氮化镓的合金材料）、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个方向。
与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对固定的材料不同，氮化铝镓的禁带宽度可以在一定范围内调节，是一种灵活的半导体材料。
“通过调节铝的组份，氮化铝镓可以实现不同的禁带宽度，范围在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过合适的比例，可以获得特定的禁带宽度，发射相应波长的紫外线，这是一个有趣也有用的属性。”闫建昌表示。
在制备技术方面，氮化铝镓已经具备了一定的积累。
“氮化镓和氮化铝外延制备的主流方法是MOCVD（金属有机物化学气相沉积），在工艺、设备等产业环节已经有了二三十年的积累。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金材料，在外延制备上与两者有很多相通之处，产业化已经开始起步，预计在接下来的3—5年，会具备规模化量产的水准。”闫建昌向记者指出。
氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换效率。目前，氧化镓材料制备水平进展较快，但是外延、器件方面还有很多工作要做。
“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽，功率可以做得更高，也更加省电。氧化镓的制备条件比较苛刻，目前外延材料以2-3寸的小尺寸为主，量产和应用还有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》记者表示。
闫建昌指出，散热能力不足是氧化镓的弊端，如何绕开这个弊端的话，去充分发挥它在功率器件的优势，是值得关注的发展方向。
金刚石被视为“终极半导体”材料，具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也由于硬度最高，实现半导体级别的高纯净度也最为困难，与产品化、产业化还有相当的距离。
“金刚石难以实现半导体级别的制备和掺杂，但我们可以利用类金刚石或者金刚石颗粒去改善半导体器件的散热，把金刚石自身的优势和长处先发挥出来。”闫建昌说。
窄禁带半导体：
继续拓展光谱范围，集中应用在红外光
与超宽禁带半导体相反，锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点，应用领域也集中在红外线，与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说，超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。
在光电子领域，锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍，传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈，难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。
“锑化物在具有高性能的前提下，带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大，锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表示。
在微电子领域，锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率，在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。
在热电器件领域，含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应，是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向，具有广阔的应用前景。
在制备方面，锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容，因此不存在量产技术的障碍，其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。
“随着功能器件需求放大，基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证，在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大，已经具备量产条件。”牛智川指出。
下一代半导体：
越走越“宽”还是越“窄”？
新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展，为信息社会的发展提供有力支撑。
半导体代表性材料进阶图 下图
那么，真正具有技术前景的新一代半导体材料，应该具备哪些要素？
牛智川表示，评估半导体材料的发展前景时，应注重两个指标。
一是能否发展出高可控性的量产制备技术，这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段，必须评估规模化生产平台的可行性，包括大型制造设备等，并通过小试和中试工程化考验，检验产品良率和器件性能的稳定性。
其次是技术迭代链条是否完善，这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源，市场周期的波动率，用户对产品需求性价比，以及对比竞品材料的优劣等。
在具备产业化前景的基础上，该如何发挥材料自身的性质，使之转化为产业发展的动力并释放市场价值？
闫建昌表示，每一种材料都有自身的优势和局限性，要充分发挥或者挖掘其有利因素，以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高，不可能用来发光，但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题，并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足，赢得了发展空间。
“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石，在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平，要实现更低的缺陷密度，把材料的优势和潜力充分发掘出来，这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。
郭辉表示，新材料的上量有一个过程，要考虑综合效益，找寻市场地位。
“在微电子领域，超宽禁带半导体主要用于功率半导体，既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本，也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间，形成市场竞争力。”郭辉说。
牛智川表示，要在扎实做好实验室技术开发研究基础上，深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径，全方位建立基础物理化学性质数据，形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上，建设中试平台，集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求，逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率，与市场深度融合。#财经##微博股票##今日看盘##财经头条##投资##财经头条文章#
随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化阶段，对新一代半导体材料的探讨已经进入大众视野。走向产业化的锑化物，以及国内外高度关注的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等，都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看，锑化物属于窄带半导体，而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料，将一路向宽，还是一路向窄？
超宽禁带半导体：
“上天入海”，适用范围广泛
禁带的宽度决定了电子跃迁的难度，是半导体的导电性的决定因素之一。禁带越宽，半导体材料越接近绝缘体，器件稳定性越强，因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特殊环境。
“硅器件工作温度范围相对有限，而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’，适应范围非常宽广。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表示。
在光电子领域，超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着广阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生领域，特定波长的紫外线能帮助人体补钙。在工业上，超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。
在超宽禁带半导体中，氮化铝镓（氮化铝和氮化镓的合金材料）、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个方向。
与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对固定的材料不同，氮化铝镓的禁带宽度可以在一定范围内调节，是一种灵活的半导体材料。
“通过调节铝的组份，氮化铝镓可以实现不同的禁带宽度，范围在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过合适的比例，可以获得特定的禁带宽度，发射相应波长的紫外线，这是一个有趣也有用的属性。”闫建昌表示。
在制备技术方面，氮化铝镓已经具备了一定的积累。
“氮化镓和氮化铝外延制备的主流方法是MOCVD（金属有机物化学气相沉积），在工艺、设备等产业环节已经有了二三十年的积累。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金材料，在外延制备上与两者有很多相通之处，产业化已经开始起步，预计在接下来的3—5年，会具备规模化量产的水准。”闫建昌向记者指出。
氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换效率。目前，氧化镓材料制备水平进展较快，但是外延、器件方面还有很多工作要做。
“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽，功率可以做得更高，也更加省电。氧化镓的制备条件比较苛刻，目前外延材料以2-3寸的小尺寸为主，量产和应用还有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》记者表示。
闫建昌指出，散热能力不足是氧化镓的弊端，如何绕开这个弊端的话，去充分发挥它在功率器件的优势，是值得关注的发展方向。
金刚石被视为“终极半导体”材料，具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也由于硬度最高，实现半导体级别的高纯净度也最为困难，与产品化、产业化还有相当的距离。
“金刚石难以实现半导体级别的制备和掺杂，但我们可以利用类金刚石或者金刚石颗粒去改善半导体器件的散热，把金刚石自身的优势和长处先发挥出来。”闫建昌说。
窄禁带半导体：
继续拓展光谱范围，集中应用在红外光
与超宽禁带半导体相反，锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点，应用领域也集中在红外线，与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说，超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。
在光电子领域，锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍，传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈，难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。
“锑化物在具有高性能的前提下，带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大，锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表示。
在微电子领域，锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率，在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。
在热电器件领域，含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应，是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向，具有广阔的应用前景。
在制备方面，锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容，因此不存在量产技术的障碍，其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。
“随着功能器件需求放大，基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证，在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大，已经具备量产条件。”牛智川指出。
下一代半导体：
越走越“宽”还是越“窄”？
新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展，为信息社会的发展提供有力支撑。
半导体代表性材料进阶图 下图
那么，真正具有技术前景的新一代半导体材料，应该具备哪些要素？
牛智川表示，评估半导体材料的发展前景时，应注重两个指标。
一是能否发展出高可控性的量产制备技术，这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段，必须评估规模化生产平台的可行性，包括大型制造设备等，并通过小试和中试工程化考验，检验产品良率和器件性能的稳定性。
其次是技术迭代链条是否完善，这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源，市场周期的波动率，用户对产品需求性价比，以及对比竞品材料的优劣等。
在具备产业化前景的基础上，该如何发挥材料自身的性质，使之转化为产业发展的动力并释放市场价值？
闫建昌表示，每一种材料都有自身的优势和局限性，要充分发挥或者挖掘其有利因素，以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高，不可能用来发光，但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题，并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足，赢得了发展空间。
“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石，在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平，要实现更低的缺陷密度，把材料的优势和潜力充分发掘出来，这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。
郭辉表示，新材料的上量有一个过程，要考虑综合效益，找寻市场地位。
“在微电子领域，超宽禁带半导体主要用于功率半导体，既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本，也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间，形成市场竞争力。”郭辉说。
牛智川表示，要在扎实做好实验室技术开发研究基础上，深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径，全方位建立基础物理化学性质数据，形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上，建设中试平台，集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求，逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率，与市场深度融合。#财经##微博股票##今日看盘##财经头条##投资##财经头条文章#
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。
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。
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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。
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。
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。
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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。
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。
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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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