SAP2000中虚面施加风荷载方法研究

SAP2000中虚面施加风荷载方法研究
1 前言
SAP2000在复杂超限高层中应用广泛。

SAP2000中没有楼层的概念，风荷载可以通过刚性隔板指定，也可以通过绘制虚面施加。

对于有明确楼层板的结构，通过刚性隔板指定是简单方便的，但是对于空间结构或者没有楼层板的结构，风荷载的输入必须通过绘制虚面的方法施加。

本文详细介绍通过虚面施加风荷载方法的过程，并对实际工程按两种方法施加的结果进行比较。

2 绘制虚面
虚面的绘制是个复杂、费时的过程，可按下列方法进行：
（1）根据结构立面情况分段绘制四个面的展开面，若常规结构有楼板可只绘制X向和Y向各一个展开面即可。

（2）根据展开面布置虚面（空或None面）。

（3）四个面的展开面都绘制完成之后，把四个方向的面分组，方便后面选择。

（4）定义好虚面的3轴坐标方向，后面定义风压系数是与3轴方向有关。

3 风荷载的施加
虚面绘制完成后，即可按下列顺序定义和施加风荷载：
（1）定义四个风荷载的荷载模式（WX+，WX-，WY+，WY-），如图1。

（2）荷载模式中选择“风力作用面来自面对象”，如图2。

图1 定义四个风荷载图2 荷载模式的选择
（3）定义四个风荷载的荷载工况，如图3。

图3 定义风荷载工况
（4）选择前面定义好的某方向虚面的组，指定-面荷载-风压系数（壳），指定Cp。

对于常规结构含楼板，如果仅在一个方向绘制了一个虚面时，Cp直接输入体型系数正压和负压之和即可；对于像西子试验塔这样的结构，楼板大量缺失，
需繪制四个虚面，每个方向的正压和负压按规范输入。

若此时仍仅在一个面上输入正压和负压之和，对水平支撑及水平构件的面内内力有影响。

如图4。

图4 定义面荷载体型系数
4 风荷载的查看
如何复核风荷载的大小？可以采用截面切割的方式得到每层风荷载下的剪力，层层相减即可得到每层的风荷载，与其他软件比较复核。

（1）按每层（含每层的竖向构件和楼层水平构件）分组，仅想查看底层风荷载总值可仅定义底层。

（2）分析完成后（分析前应该也行），定义-截面切割，如图5。

图5 定义截面切割图6 显示结构输出
（3）显示->显示表，选择结构输出中上一步定义好的截面切割。

如图6。

（4）根据切割截面内力可查看每层风荷载下的层剪力，即切面以上楼层的风荷载。

图7 刚性隔板风荷载
5 关于风荷载参数的设置
建筑宽度B：用来根据JGJ3-2010的表3.2.6-2选取脉动影响系数（同荷载规范相应的表）。

PHI Z来源：模态分析或Z/H比，用来计算振型系数，两者没有差别，按JGJ3-2010取为Z/H。

第一周期来源：模态分析和用户定义。

选取模态分析时程序内定按周期为1s 来计算脉动增大系数，而不管实际结构的第一周期是多少。

当用户定义时把周期输入为1s，就会与采用模态分析项的结果一致，并且与按规范计算的结果也一致（周期1s）。

当结构实际周期小于1s时，SAP2000风载偏大；当>1s时，则偏小。

其它参数中的阻尼比：是用来计算脉动增大系数的。

以上参数均是用来计算风振系数的。

当阻尼比输入为0时，则不考虑风振系数，否则都会考虑风振系数。

当采用刚性隔板计算风载时，周期按用户定义，则SAP2000自动算出的总风载大小和按规范算出的值完全一样（两者都考虑风振或都不考虑风振）。

6 刚性隔板风荷载和虚面风荷载的比较
图7给出了某实际工程，分别按刚性隔板的方式和按虚面导荷的方式得到的结构风荷载。

其中，Wx和Wy为按虚面导荷得到的风荷载，Wxx和Wyy是定义了刚性隔板程序自动计算得到的风荷载。

两者几乎一致。

7 结束语
在SAP2000的实际应用中，经常需要按虚面输入风荷载。

本文详尽介绍了在SAP2000中按虚面方法输入风荷载的方法，可供工程师参考。

参考文献：
[1]SAP2000中文版使用指南，北京金土木软件技术有限公司编著，人民交通出版社，2006。

[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[S].北京：中国建筑工业出社，2011.。