SAP2000 中的自动风荷载工况测试

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1、SAP2000中的自动风荷载工况测试曲哲2008-5-1越来越发现SAP2000作为一款工程设计类有限元分析软件还是有许多优越性，但任何一个有限元软件，最要命的就是帮助文档不健全。这也是我当初疏远MARC而转投ABAQUS的主要原因之一。帮助文档不健全的一个后果是用户难以方便的学习使用软件；另一个更要命的后果是，用户不能方便的知道自己输入的东西对于软件来说到底意味着什么，结果只能有一个，就是“Garbagein,garbageout.”为了避免发生这种情况，用户不得不对软件中含义不明确的输入参数进行额外的测试

2、，甚至去猜它到底是什么意思。现在要做的，就是通过一些简单的测试算例，去猜测SAP2000中基于我国规范的自动风荷载工况的设置中的一些参数是什么意思。SAP2000中有两种方式可以定义自动风荷载工况，一种是在受风面（迎风面或者背风面）处建立虚拟面（一般可以用厚度为0的壳单元来建），然后再通过AreaLoad中的Windpressurecoefficients对该面施加风荷载，这时在风荷载工况的定义应选择ExposurefromAreaObjects（如图1中的B）；另一种是通过刚性楼板施加风荷载，这时应首先把需

3、要施加风荷载的楼层通过JointConstrain建立为刚性楼板（RigidDiaphragm），再在风荷载工况中选择ExposurefromExtentsofRigidDiaphragms（如图1中的A），这时不需要再定义任何其它荷载，风荷载会自动施加到各个刚性楼板上。AB图1SAP2000中基于我国规范的自动风荷载定义对话框在自动风荷载工况的对话框中，WindExposureParameter，ExposureHeight，WindCoefficients以及PhiZSource等四部分中各个参数的物理意

4、义都比较明确，而T1Source和OtherParameter两部分就比较诡异了。首先，T1Source选ModalAnalysis和选UserDefined的分析结果有差异；其次，OtherParameter中的DampingRatio不知道是干什么用的。如果选择用虚拟面的方法施加风荷载，那么还需要填写如图2所示的面风压系数对话框，其中Cp可以理解为对风压标准值的一个修正系数。而下面的Windward和Other两种选择似乎对结果没有什么影响。图2面风压系数对话框下面通过1层和10层两个钢框架来测试SAP2

5、000的自动风荷载工况。它们都是由图3所示的单层框架竖向垒建而成的，框架单元的长、宽、高均为10.0m。在各种测试中，标准风压均设为1.0kN/m2，体型系统均取1.0，Cp也为1.0，场地粗糙度为B。图3单层框架结构单元1.单层框架测试结构高度为10m，基本周期小于0.25s（如表1所示），按我国荷载规范计算风压标准值时无需采用风振系数，这时容易根据迎风面的面积直接算出，按规范的风载侧向力总和为100kN，相应的结构基底剪力也应为100kN。表1框架的模态1阶2阶3阶振型Y方向平动扭转X方向平动周期(s)0

6、.1900.1400.082在SAP2000中得到的不同情况下的结构基底剪力如图4所示。图中主要比较了不同的风荷载施加方式，以及DampingRatio的不同取值对结构在风荷载作用下的基底剪力。图例中的“用户周期”是指采用UserDefined方式自定义结构的基本周期，但数值等于ModalAnalysis得到的基本周期。首先，如果将阻尼比DampingRatio设置为0，则无论采用何种风荷载的施加方法，无论选用什么样的基本周期，风荷载下的基底剪力都与规范相符，即为100kN。其次，一旦阻尼比DampingRa

7、tio不等于0，结构基底剪力将偏离规范值，并且不同施加方式之间也有不同，而基本周期的设置方式与取值也会影响风荷载的合力。实际上对于这样的结构不必考虑风振系数的影响，所以结构基本周期应该没有任何影响。但有趣的是，使用ModalAnalysis和使用UserDefine来定义基本周期时，即使在UserDefine中设置的基本周期与ModalAnalysis得到的基本周期完全一样，计算得到的基底剪力也会不同。250虚拟面,计算周期225虚拟面,用户周期刚性层,计算周期200刚性层,用户周期175150125基底剪力

8、(kN)100755000.050.10.150.2设定的阻尼比图4结构阻尼比、基本周期以及风荷载施加方式的影响2.十层高耸框架测试结构高度为100m，基本周期远大于0.25s（如表2所示），按我国荷载规范计算风压标准值时应该采用风振系数。表2框架的模态1阶2阶3阶振型Y方向平动X方向平动扭转周期(s)1.8521.3291.129当在风荷载工况对话框架设阻尼比为0时，采用两种施荷方式在SAP200