【同辰原创】风荷载计算方式,你选对了吗?

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前言

风荷载计算是建筑结构设计的重要组成部分,有些项目会出现风荷载对指标、构件受力起控制作用的情况,风荷载的正确计算尤其重要。笔者常用盈建科计算软件进行设计,其个别开放式可选计算参数对计算结果影响较大,我们在填写前处理计算参数时应慎重对待。

一、分析项目概况 
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为便于分析,简化项目信息如下:设防烈度6度(0.05g),50年一遇基本风压0.75kN/m2,框架结构,大屋面层高度57m,地上15层,层高3.8m。

二、YJK风荷载计算的几种方式 
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这里我们说下一般计算方式和精细计算方式。

软件界面
软件界面

2.1
一般计算方式:

其假定迎风面、背风面的受风面积相同(不考虑侧风系数),计算出的楼层风荷载总值平均分配至所有节点,故每个节点的风荷载值均相同。下图为导荷示意:

一般计算方式的算法相对简化,适用于一般规则工程,对复杂或者对风荷载有特殊要求的结构或某些部位(例如空旷结构、体育场馆、有大悬挑结构的广告牌、候车站、收费站等),计算结果跟实际情况有较大偏差。

2.2
精细计算方式:

将楼层风荷载总值分配到楼层外围布置有柱、梁、墙杆件的节点上,外围节点分配的荷载值与其相关范围的迎、背风面面积呈比例关系。当风荷载作用于迎、背风面时,精细计算方式的导荷方式更符合实际受力状态,且精细计算方式可以考虑屋面风压力和风吸力,其适用场景比一般计算方式要广。

精细计算方式下分两种情形:

精细计算方式一:

精细计算方式下对柱按柱间均布风荷载加载:

不勾选此参数时,楼层总风荷载被分配至楼层外围所有柱、梁、墙节点,下图为导荷示意:

精细计算方式二:

精细计算方式下对柱按柱间均布风荷载加载:

注:此参数为精细计算方式的关联参数项,且默认为勾选。

勾选此参数后,楼层外围所有节点的风荷载值进一步归到外围的柱上,且按柱上均布线荷载进行加载,下图为导荷示意:

2.3
小结:

  • 一般计算方式:楼层风荷载均匀分配在楼层所有节点;

  • 精细计算方式一:楼层风荷载按本层外圈节点荷载进行加载,节点荷载值与迎、背风面面积相关;

  • 精细计算方式二:楼层风荷载按本层外圈柱上均布线荷载进行加载,其荷载总值与精细计算方式一相同,柱上线荷载值与迎、背风面面积相关。

三、计算结果分析 
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以上可以看出,一般计算方式与精细计算方式的差异在于风荷载作用的加载方式不同。下文对不同方式下风荷载引起的楼层剪力、位移有何不同进行简单分析。

3.1
简单规则工程算例:

以前文工程模型为例,一般计算方式、精细计算方式风荷载作用下(取Y向)楼层剪力、位移结果如下图。

小结:

1、一般、精细计算方式下楼层风荷载的总剪力值一致,这与荷载规范风荷载计算公式是相符的;

2、采用精细计算方式时,对柱按柱间均布风荷载加载的方式计算得出的最大层间位移角更小,意味着在同样满足计算指标要求的前提下有更大的调整空间来减小构件截面从而获得更好的经济性。

3.2
延伸讨论工程算例:

当勾选“对柱按柱间均布风荷载加载”时,风荷载作用形式为柱上均布线荷载。若外围节点没有柱,对计算结果有何影响?下面对前文模型进行微调:南侧边跨增设悬挑梁,边跨节点没有设柱。

小结:

当楼层外围节点上没有柱构件时,若采用精细计算方式下对柱按柱间均布风荷载加载,会导致风荷载丢失的情况。针对于此,检查此时风荷载导荷结果如下图所示:

四、复盘结论 
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风荷载的计算是结构设计计算的重要组成部分,特别是高风压地区项目及对风荷载敏感的结构或构件,要想得到准确的风荷载计算结果,我们应慎重对待每一个计算参数,同时切忌盲目的按程序默认。本文篇幅有限,就本文讨论的内容而言,建议:

1、对于常规规则工程,采用一般计算方式即可;

2、对于复杂工程、复杂风荷载工况等,可采用精细计算方式(可辅以蒙皮导荷,本文暂不讨论)或其他更合理的计算方式;

3、当采用精细计算方式时,应特别注意甄别是否勾选“对柱按柱间均布风荷载加载”。

来源:同辰建筑原创发布,转载请注明以上信息

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