問題描述:
請問,基于 ASCE 7-16 的開敞式結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載在 ETABS 中實現(xiàn)的基本原理是什么?
解答:
第一,基于 ASCE 7-16 式 26.10-1 計算構(gòu)件質(zhì)心(即軸線中點)處的風(fēng)壓,如下所示。其中,風(fēng)速 V 的單位為 mph,即:英里/小時。風(fēng)壓 qz 的單位為 lb/ft2,即:磅力/平方英尺。
風(fēng)壓高度變化系數(shù)(Velocity
Pressure Exposure Coefficient)Kz 用于考慮離地高度對風(fēng)速的影響。通常來講,風(fēng)速隨高度增大的規(guī)律主要取決于地面粗糙度,對應(yīng)于美標的三種暴露類別(Exposure Type)B,C,D。關(guān)于 Kz 的取值,詳見 ASCE 7-16 表 26.10-1,也可采用以下公式計算。關(guān)于 zg 和 α 的取值,詳見 ASCE 7-16 表 26.11-1。
地形系數(shù)(Topographical Factor)Kzt 用于考慮丘陵,山脊,陡坡等地形產(chǎn)生的加速效應(yīng),具體取值見 ASCE 7-16 式 26.8-1。如果建筑場地無上述地形,可取為 1.0。
方向系數(shù)(Directionality Factor)Kd 的取值見 ASCE 7-16 表 26.6-1。對于開敞式結(jié)構(gòu),該系數(shù)取 0.85。
地面海拔系數(shù)(Groud Elevation Factor)Ke 用于調(diào)整空氣密度。隨著海拔升高,空氣密度減小,基于伯努利公式計算的風(fēng)壓也相應(yīng)減小,故 Ke ≤1.0。關(guān)于 Ke 的取值,詳見 ASCE 7-16 表 26.9-1,也可偏保守地取為定值 1.0。
第二,基于 ASCE 7-16 式 26.10-1 計算作用于整個構(gòu)件的風(fēng)荷載,如下所示。對于剛性結(jié)構(gòu),陣風(fēng)系數(shù)(Gust Factor)G 可取 0.85;對于柔性結(jié)構(gòu)或動力敏感結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù) ASCE 7-16 第 26.11.5 條計算陣風(fēng)系數(shù) Gf。剛性結(jié)構(gòu)與柔性結(jié)構(gòu)的判別應(yīng)參考 ASCE 7-16 第 26.2 節(jié),根據(jù)結(jié)構(gòu)自振頻率加以區(qū)分。
開敞式結(jié)構(gòu)的凈力系數(shù)(Net Force Coefficients)Cf 與擋風(fēng)系數(shù) ε(Solid/Gross Area Ratio)有關(guān),詳見 ASCE 7-16 圖 29.4-2,如下所示。
Af 為構(gòu)件在垂直于風(fēng)向的平面內(nèi)的投影面積。如下所示,以 100x70 的矩形柱截面為例,對于水平向右的風(fēng)荷載,左圖的構(gòu)件投影面積 Af 為 100 與構(gòu)件長度的乘積,右圖 Af 為 120.21 與構(gòu)件長度的乘積。
第三,ETABS 將第二步中計算的作用于整個構(gòu)件的風(fēng)荷載轉(zhuǎn)換為實際作用于構(gòu)件的線荷載,即:F/L。對照以下所示的構(gòu)件隔離體圖可以看出,實際作用于構(gòu)件的風(fēng)荷載為線荷載形式的 0.662kN/m。