SAP2000V14.1自动风荷载工况测试

SAP2000V14.1自动风荷载工况测试
付康
2014年7月最近在学习SAP2000，发现SAP2000可以自动计算结构在风荷载下的响应，由于内嵌的规范是CHINESE2002，想校核一下其与现行规范计算结果的差异。

在网上GOOGLE相关资料，发现了曲哲的一篇文章《SAP2000中的自动风荷载工况测试》，其详细描述了
SAP2000自动计算风荷载的两种方法，并对需要定义的参数含义做了解释。

在经过自己设计的算例测试后，发现文章中有几处疏漏之处，特别是关于SAP2000风振系数的讨论。

个人认为SAP2000在自动风荷载工况中是可以考虑风振系数的，以下是我的算例和结论。

对象：10层钢筋混凝土框架，长*宽=20*10m，高10m。

梁截面尺寸400*800mm，柱截面尺寸1000*1000mm，模型图如下。

模态：
结论：
1 采用虚面方式计算风荷载时，需要设置的参数如下图。

中国2002风荷载模式栏：建筑宽度B默认为结构沿X方向的宽度（猜测，含义尚不明确），用户可修改默认值，若用户修改的值小于或等于默认值，程序计算的值均相同，若用户修改的值大于默认值，程序计算的值明显偏小，根据后面的测试结果，个人认为在有合理的解释前，不应修改程序的默认值。

风荷载系数栏按《荷载规范》取值，与结构所处地区有关。

PHI-Z的来源有模态分析和Z/H比两种，与《荷载规范》规定的相符，但两种情况下程序计算的结果是相同的。

第一周期的来源有模态分析和用户定义两种，当用户定义的值为1时，与选择模态分析计算的结果是相同的，当用户定义的值为其他值时，计算的结果与选择模态分析计算的结果不同。

猜测用户定义值的含义应该是初步确定的周期值与模态分析得到的周期值的比例，即用户定义的值为1时，用户定义的周期就是模态计算的周期。

个人认为在SAP2000中进行分析时，模态分析是默认运行的，风荷载的参数就没有必要采取《荷载规范》中指定的经验值，而直接采用模态分析得到的值，所以在选择PHI-Z和第一周期的来源时，应选择模态分析。

阻尼比用来计算风振系数BETA-Z，当设为0时，程序不考虑风振系数，BETA-Z的值为1.0，设为其他值时，程序考虑风振系数。

面风荷载体型系数栏：压力系数Cp是虚面方式计算风荷载的体型系数，根据《荷载规范》确定体型系数的值，正负值与面对象的局部坐标有关，若Cp为正值，则风荷载的作用方向与面对象的局部坐标3轴所指方向相同。

“迎风面”与“其他”两种情况下程序计算的结果是相同的，程序默认为“迎风面”，无需改动。

2采用刚性层方式计算风荷载时，需要设置的参数如下图。

风向角度指的是风向与X轴的夹角，可考虑不同风向下结构的响应。

体型系数与《荷载规范》定义的相同，按规范取值。

其他参数与虚面加载时的参数含义相同，采用刚性层方式计算风荷载时，不用定义面风荷载体型系数栏。

3基本风压1.0KN/m2，地面粗糙度B类，体形系数1.0，阻尼比0.05，分析结构在X方向所受风荷载大小，并与按《荷载规范》计算得到的结果比较，各层风荷载合力由各层的剪力反推得来，结果如下图。

刚性层方式计算风荷载时，SAP2000将集中力作用在楼层上，力的大小等于楼层处的风压标准值乘以各楼层的数值范围。

对于中间层，范围为上下两层柱的中点之间；对于顶层，范围为顶层的半层层高；对于底层楼面，范围为整个底层和半个二层层高，所以底层的风荷载反而大于二层的风荷载。

虚面方式计算风荷载时，每个壳单元上的风压是均匀分布的，压力分配给壳的四个点，所以在底层柱底也会受到集中力的作用。

由下图可以看出，虚面和刚性层方式计算风荷载得到的结果差异很小，仅在底层有较大差异，原因在上段已说明。

按12规范计算的风荷载与SAP2000计算的结果相比，是偏小的，但差异不大。

按06计算的风荷载与SAP2000计算的结果相比，是偏大的，在靠近顶层处差异明显。

对于此结构，用SAP2000自动风荷载工况计算结构的风荷载响应是可行的，与现行结构差异不大，但是对于其他复杂的结构，还需按规范计算结构所受的风荷载，并施加到结构上，分析结构的响应，并与SAP2000自动风荷载工况计算结果对比，以规范所得风荷载下结构的响应为准。

4 计算此算例的SAP2000版本是V14.1，内嵌的规范为CHINESE2002，应该是旧版的规范。

现SAP2000的V15.1已内嵌新规范CHINESE2010，V16.1听说还在测试中。

在安装了V15.1后，也进行了自动风荷载工况的测试，发现V15.1与V14.1计算的结果几乎完全相同，推断新版本的SAP2000自动风荷载工况计算方式并没有更新，不能盲目的使用SAP2000内嵌的新规范进行计算。

个人认为SAP2000的分析功能强大，但与规范结合的并不好，使用SAP2000做设计时，结构上作用的荷载应按现行规范计算，然后将荷载施加在结构上，用SAP2000进行分析。

此外，SAP2000的校核功能也应谨慎的对待，例如校核钢结构构件时的计算长度系数取值可能就有问题，所以校核的结果必须按规范自行计算判断。