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鋼結(jié)構(gòu),，尤其是輕型鋼結(jié)構(gòu)，其建筑自重輕,、施工周期短,、綜合經(jīng)濟(jì)效益好并且有利于環(huán)保，因此被廣泛用于廠房,、倉儲,、體育館、候機(jī)廳等公共活動建筑中,。但是,，由于設(shè)計、施工問題以及遭受臺風(fēng),、雪災(zāi)等原因,，一些鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞甚至整體倒塌，給人民生命財產(chǎn)造成很大威脅,。相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),，鋼結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載更加敏感，設(shè)計時往往是風(fēng)荷載起控制作用,，鋼結(jié)構(gòu)也更容易發(fā)生在正常使用階段較大風(fēng)荷載作用下的破壞,，所以SAUSG軟件較完整地增加了風(fēng)荷載的計算，包括自動生成規(guī)范風(fēng)荷載數(shù)值和輸入風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù),，并籍此通過非線性仿真（幾何非線性+材料非線性）讓結(jié)構(gòu)工程師更加容易地實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的抗倒塌分析,。 1、順風(fēng)向風(fēng)荷載順風(fēng)計算的時候規(guī)范主要提供了兩個公式,，一個用于計算主體結(jié)構(gòu)受力,，一個用于計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)，公式的差別主要在于使用了不同的風(fēng)振系數(shù)和體型系數(shù),。計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時需要考慮風(fēng)壓在建筑表面分布不均勻的情況,，所以采用局部體型系數(shù)。計算主體結(jié)構(gòu)受力的公式如下： 
其中：  ——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值,，使用設(shè)計值時還需乘以相應(yīng)的組合值系數(shù)0.6,。
 ——風(fēng)振系數(shù)，風(fēng)對建筑物的作用是不規(guī)則的,，風(fēng)壓隨風(fēng)速,、風(fēng)向的紊亂變化而不停地改變。通常把風(fēng)作用的平均值看成穩(wěn)定風(fēng)壓或平均風(fēng)壓，實(shí)際風(fēng)壓是在平均風(fēng)壓上下波動的,。對于高度較大,，剛度較小的高層建筑，波動風(fēng)壓會產(chǎn)生不可忽略的動力效應(yīng),，在設(shè)計中必須考慮,。目前采用的是加大風(fēng)荷載的辦法來考慮這個動力效應(yīng)，即在風(fēng)壓值上乘以風(fēng)振系數(shù),。
結(jié)合《工程通用規(guī)范》,，當(dāng)采用風(fēng)荷載放大系數(shù)，即風(fēng)振系數(shù),，來考慮風(fēng)荷載脈動的增大效應(yīng)時,，主要受力結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載放大系數(shù)不應(yīng)小于1.2。  ——風(fēng)荷載體形系數(shù),，是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實(shí)際壓力或吸力與來流風(fēng)的速度壓的比值,。反映了建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型尺度有關(guān),。
 ——高度變化系數(shù),，與粗糙度類別和建筑高度相關(guān),。
 ——基本風(fēng)壓,，應(yīng)采用重現(xiàn)期為50年的風(fēng)壓，且不得小于0.3kN/m2,。對于風(fēng)敏感結(jié)構(gòu),，基本風(fēng)壓的取值應(yīng)適當(dāng)提高，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.2.2及其條文解釋,，對于房屋高度大于60m的高層建筑,，承載力設(shè)計時風(fēng)荷載計算可按基本風(fēng)壓的1.1倍采用。
《高規(guī)》3.7.6中還對風(fēng)荷載作用下的舒適度提出了要求,，為滿足舒適度要求,，應(yīng)按10年一遇的風(fēng)荷載取值計算或?qū)ｉT風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)確定，使結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度不超過《高規(guī)》的相應(yīng)限值,，即住宅,、公寓不大于0.15m/s2；辦公樓,、旅館不大于0.25m/s2,同時規(guī)范還明確了計算舒適度時結(jié)構(gòu)阻尼比的取值要求,，混凝土結(jié)構(gòu)取0.02，其他混合結(jié)構(gòu)取0.01-0.02,。 2,、橫風(fēng)向風(fēng)荷載橫風(fēng)效應(yīng)主要由漩渦脫落引起的，其與建筑外形密切相關(guān)，當(dāng)漩渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相近或相等時,，結(jié)構(gòu)將會發(fā)生共振,。所以橫風(fēng)向風(fēng)荷載的大小不但與建筑外形有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)的動力特性,，如自振頻率和阻尼比等有關(guān),。結(jié)構(gòu)橫風(fēng)效應(yīng)其實(shí)是一個比較復(fù)雜的過程，規(guī)范的計算方法僅適合于截面規(guī)整且隨高度變化不大的建筑,，對于復(fù)雜外形的建筑需要通過風(fēng)洞試驗(yàn)確定其風(fēng)荷載,。 3、矩形截面橫風(fēng)向風(fēng)荷載計算規(guī)范給出了如下的矩形截面橫風(fēng)向風(fēng)荷載計算公式 
公式計算了在風(fēng)速,，截面形狀,，結(jié)構(gòu)動力特性以及地貌類型等因素影響下的橫風(fēng)向等效靜風(fēng)荷載，是在大量風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)性公式,，具體參數(shù)含義及計算可參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄H,。 使用此公式時需要滿足下述條件： 
4、圓形截面橫風(fēng)向風(fēng)荷載計算計算圓形截面橫風(fēng)向風(fēng)荷載時要考慮雷諾數(shù)效應(yīng),，因此規(guī)范把矩形和圓形的情況分開考慮,。 根據(jù)雷諾數(shù)的不同，規(guī)范把橫風(fēng)向計算圓形截面分為三種情況,，分別為,，亞臨界、超臨界和跨臨界,，當(dāng)發(fā)生亞臨界和超臨界范圍的風(fēng)振時,，可采取構(gòu)造措施預(yù)防或不做處理，因此我們重點(diǎn)關(guān)于跨臨界狀態(tài)風(fēng)振,， 同時,，規(guī)范還規(guī)定了臨界風(fēng)速為 
則跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振引起在Z高度處振型j的等效風(fēng)荷載可由下式確定， 
具體參數(shù)含義及計算可參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄H
5,、扭轉(zhuǎn)風(fēng)振按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》：
與橫風(fēng)向風(fēng)振相同,，確定扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的影響可以通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，也可以采用規(guī)范提供的方法,，基本公示如下
6,、按規(guī)范方法生成風(fēng)荷載點(diǎn)擊【荷載】-【風(fēng)】進(jìn)入“定義風(fēng)荷載”對話框。選擇對應(yīng)風(fēng)荷載工況名稱以及風(fēng)荷載參數(shù),，軟件將自動計算結(jié)構(gòu)各層風(fēng)荷載大小,。程序支持結(jié)構(gòu)順風(fēng)向、橫風(fēng)向以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載的計算,，用戶需要輸入地面粗糙度類別,、修正后的基本風(fēng)壓、X向和Y向基本周期、風(fēng)荷載計算用阻尼比,、X向和Y向體型系數(shù),、結(jié)構(gòu)第一階扭轉(zhuǎn)周期、風(fēng)荷載作用角度等基本參數(shù),。風(fēng)荷載計算默認(rèn)從室外地面標(biāo)高開始計算,，用戶可以直接輸入室外地面標(biāo)高，或者采用結(jié)構(gòu)底標(biāo)高,。 對于豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu),，軟件支持通過體型分段更加精準(zhǔn)的考慮風(fēng)荷載，最多可將結(jié)構(gòu)分為三段,，分段指定結(jié)構(gòu)的體型系數(shù),。 參數(shù)設(shè)置完畢后，程序默認(rèn)計算0度和90度兩個角度的風(fēng)荷載,。0度和90度分別沿整體坐標(biāo)系的X軸和Y軸方向,。點(diǎn)擊【查看風(fēng)荷載】，即可顯示各層風(fēng)荷載信息,，選擇“用戶自定義”,，用戶可對各層風(fēng)荷載數(shù)值進(jìn)行修改。
7,、蒙皮導(dǎo)荷方式生成風(fēng)荷載對于空間結(jié)構(gòu)中,，模型大多比較復(fù)雜，此時按規(guī)范方法自動生成風(fēng)荷載將不再適用,，可以選擇蒙皮導(dǎo)荷的方式添加風(fēng)荷載,，即在空間結(jié)構(gòu)外生成蒙皮，輸入作用在蒙皮上的風(fēng)壓,，隨后軟件可以按照用戶指定方式將風(fēng)荷載導(dǎo)算到結(jié)構(gòu)上。 如圖所示為一17.5米高的空間單層網(wǎng)架結(jié)構(gòu),，由于造型的特殊性,，在大風(fēng)天氣可能承受較大的向上的負(fù)壓風(fēng)荷載。現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上添加5.6kN/m2的風(fēng)吸力,，觀察結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的響應(yīng),。 依次點(diǎn)擊【荷載】-【蒙皮定義】進(jìn)入“蒙皮定義”對話框。在圖形中選擇節(jié)點(diǎn),，點(diǎn)擊【應(yīng)用】即可根據(jù)所選節(jié)點(diǎn)生成蒙皮,。
隨后即可通過【荷載】-【板】在蒙皮上添加的均布面荷載。如果要執(zhí)行該操作,，需要首先選中相應(yīng)蒙皮單元,，荷載方向以向下為正。
蒙皮功能只用于空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)荷，不參與整體計算,，因此需將定義在蒙皮上的面荷載用相應(yīng)的導(dǎo)荷方式傳遞到空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件上,，軟件提供有四種導(dǎo)荷方式，詳情見下表所示,，
在【荷載顯示】中可觀察到添加的風(fēng)荷載工況,，
利用SAUSG-delta軟件計算的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下發(fā)生傾覆的變形圖（忽略結(jié)構(gòu)自重影響）。計算時,，【屬性】-【構(gòu)件缺陷】用于定義構(gòu)件缺陷,，程序可自動按照規(guī)范規(guī)定，識別截面在局部坐標(biāo)系 y 軸和 z 軸的分類,。
在【初始分析】中進(jìn)行結(jié)構(gòu)屈曲分析,，即可將屈曲模態(tài)指定為構(gòu)件的整體缺陷，“整體缺陷代表值的最大值”按照《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.3.3,，取為網(wǎng)殼跨度的 1/300,。
分析結(jié)果如下圖所示，鋼網(wǎng)架在風(fēng)荷載的作用下向上掀起,，致使結(jié)構(gòu)失穩(wěn),，選取網(wǎng)架邊緣處結(jié)點(diǎn)繪制荷載位移曲線。曲線橫坐標(biāo)為結(jié)點(diǎn)位移,，縱坐標(biāo)為支座總反力,，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)位移一開始隨總反力線性緩慢增長，當(dāng)總反力達(dá)到2400kN時,，結(jié)點(diǎn)位移突然增大,，且支座反力出現(xiàn)短暫的下降，隨后繼續(xù)上升,。說明在外荷載達(dá)到2400kN時,，右側(cè)網(wǎng)架發(fā)生破壞。
觀察鋼材應(yīng)變/屈服應(yīng)變圖可以發(fā)現(xiàn),，右側(cè)網(wǎng)架在風(fēng)荷載的作用下向上掀起,，在網(wǎng)架與下層柱的連接處產(chǎn)生較大彎矩，致使這一區(qū)域的鋼材塑性發(fā)展較強(qiáng),，底部柱區(qū)域大多還保留在彈性范圍內(nèi),，或只出現(xiàn)輕微的塑性損傷，使得結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生整體倒塌,。
輕型鋼結(jié)構(gòu)大多為風(fēng)敏感型結(jié)構(gòu)且易發(fā)生失穩(wěn)破壞,，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮不利風(fēng)荷載的影響，本文主要介紹了在SAUSG中考慮風(fēng)荷載的幾種方法,，并通過空間單層網(wǎng)架模擬,，展示了在風(fēng)吸力作用下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形以及受力狀態(tài),。希望借此引起大家對于風(fēng)荷載更多的關(guān)注和思考。 參考文獻(xiàn)【1】 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB 50009-2012【2】 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 JGJ 3-2010【3】 《工程通用規(guī)范》 GB 55001-2021【4】 新荷載規(guī)范中【超高層建筑】的橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)風(fēng)振. 金新陽
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