问题描述:
请问,基于 ASCE 7-16 的开敞式结构风荷载在 ETABS 中实现的基本原理是什么?
解答:
第一,基于 ASCE 7-16 式 26.10-1 计算构件质心(即轴线中点)处的风压,如下所示。其中,风速 V 的单位为 mph,即:英里/小时。风压 qz 的单位为 lb/ft2,即:磅力/平方英尺。
风压高度变化系数(Velocity
Pressure Exposure Coefficient)Kz 用于考虑离地高度对风速的影响。通常来讲,风速随高度增大的规律主要取决于地面粗糙度,对应于美标的三种暴露类别(Exposure Type)B,C,D。关于 Kz 的取值,详见 ASCE 7-16 表 26.10-1,也可采用以下公式计算。关于 zg 和 α 的取值,详见 ASCE 7-16 表 26.11-1。
地形系数(Topographical Factor)Kzt 用于考虑丘陵,山脊,陡坡等地形产生的加速效应,具体取值见 ASCE 7-16 式 26.8-1。如果建筑场地无上述地形,可取为 1.0。
方向系数(Directionality Factor)Kd 的取值见 ASCE 7-16 表 26.6-1。对于开敞式结构,该系数取 0.85。
地面海拔系数(Groud Elevation Factor)Ke 用于调整空气密度。随着海拔升高,空气密度减小,基于伯努利公式计算的风压也相应减小,故 Ke ≤1.0。关于 Ke 的取值,详见 ASCE 7-16 表 26.9-1,也可偏保守地取为定值 1.0。
第二,基于 ASCE 7-16 式 26.10-1 计算作用于整个构件的风荷载,如下所示。对于刚性结构,阵风系数(Gust Factor)G 可取 0.85;对于柔性结构或动力敏感结构,应根据 ASCE 7-16 第 26.11.5 条计算阵风系数 Gf。刚性结构与柔性结构的判别应参考 ASCE 7-16 第 26.2 节,根据结构自振频率加以区分。
开敞式结构的净力系数(Net Force Coefficients)Cf 与挡风系数 ε(Solid/Gross Area Ratio)有关,详见 ASCE 7-16 图 29.4-2,如下所示。
Af 为构件在垂直于风向的平面内的投影面积。如下所示,以 100x70 的矩形柱截面为例,对于水平向右的风荷载,左图的构件投影面积 Af 为 100 与构件长度的乘积,右图 Af 为 120.21 与构件长度的乘积。
第三,ETABS 将第二步中计算的作用于整个构件的风荷载转换为实际作用于构件的线荷载,即:F/L。对照以下所示的构件隔离体图可以看出,实际作用于构件的风荷载为线荷载形式的 0.662kN/m。