关于ETABS高层建筑风荷载计算的研究

第40卷 增刊 建 筑 结 构 2010年4月

关于ETABS高层建筑风荷载计算的研究

王后举

（香港华艺设计顾问（深圳）有限公司，深圳 518031）

[摘要] 利用ETABS和SATWE软件对一栋30层的高层结构风荷载楼层作用力进行了分析，并对ETABS不同参数设置计算方法、SATWE计算结果和手算结果进行了比较，供实际工程参考。 [关键词] ETABS；风荷载；参数设置

Study on wind load of high building by use of ETABS software

Wang Houju

（Hong Kong HUA YI Designing Consultants (S.Z.) Ltd., Shenzhen 518031, China）

Abstract: Using ETABS software and SATWE program, every storey wind forces in high building structure of 30 stories were analyzed. The results of various parameters settings for ETABS software calculation method, calculation results of SATWE program and resolved results by manual computation were compared for engineering reference. Keywords: ETABS; wind load; parameter settings

0 前言

随着世界建筑的飞速发展，越来越多的超高层、连体、大悬挑等复杂结构进入人们的视野。在超限审查中，很多工程直接输入风荷载楼层作用力，没有一个准确的计算依据和对比效果。运用ETABS软件通过设置不同参数对风荷载进行了研究。 1 算例概述

选取深圳地区的带两层地下室的30层钢筋混凝土住宅结构进行研究。标准层平面布置图如图1所示。结构体系为框架-核芯筒结构。住宅标准层高3m，楼层总高90m，地下层1和地下层2层高分别为3.5m和4m。地面以上部分宽度和长度分别为25m和40m，地下室部分宽度和长度分别为50m和60m，层1地下室顶板为嵌固端。采用100年一遇的基本风压，即w0=0.90kN/m2，地面粗糙度为B类。高度H＝90m，宽度B=25m，μs=1.4，H/B=3.6，ν=0.5，利用公式WK=βzμsμzw0计算风荷载标准值后再计算本层风荷载楼层作用力标准值。

在ETABS软件中，风力作用面与体型系数有两种设置方法：风力作用面来自刚性隔板范围和风力作用面来自面对象。对于第二种定义方式，若风荷载作用于较规则的建筑物上，风荷载楼层作用力与定义刚性隔板或准刚性隔板范围的一致。选择第一种定义方式，整个结构按照一个体型系数自动计算风荷载，并

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[1]

将各层的风荷载楼层力施加在各刚性楼板的质心位置上。阻尼比ξ取0.05。

ETABS四种计算方案的参数设置如表1所示。手第一周期来源于ETABS算按照文[2]方法，取φz＝z/H，计算周期。

图1 标准层平面布置图

ETABS计算方案参数设置 表1

方案 φz来源 第一周期来源

Ａ 模态分析模态分析

模态分析 用户定义

z/H比 模态分析

z/H比 用户定义

注：用户定义周期为SATWE计算周期。

2 结果分析

ETABS和SATWE计算的前三阶振型十分接近，均相差不到4%，ETABS中T1＝2.6250s，SATWE中T1＇＝2.6921s，T1＇/T1=0.975。经过SATWE和ETABS计算计算结果整理，如表2和图2所示。

从表2可以看出，SATWE结果>手算结果，除地上部分底部两层和顶层外，方案A~B其余均不小于手算结果的84％，方案C~D其余均不小于手算结果的92％；SATWE结果略大于手算结果，除地上部分底部两层和顶层外，其余均不大于手算结果的105%。除顶层外，方案B与SATWE结果和手算结果最接近。

各方案X方向风荷载楼层作用力Fx结果比较/kN 表2

层数

方案Ａ

方案B

方案C

方案D

SATWE

手算

及手算，现以X方向风荷载楼层作用力Fx为例，对其

图2 X方向风荷载楼层作用力Fx-层数对比图

方案A~D结果中，结构顶层的风荷载较小，基本上为手算结果的一半。这是由于ETABS计算风荷载是先取各层楼板高度值，计算各项参数后得出风压值，然后将上下各半层迎风面积作用的风力作为本层的荷载值。实际上风荷载在建筑物顶部有卸荷效应，故顶部荷载应较小。

而SATWE计算风荷载楼层作用力Fx时取本层的楼层高度。计算中间层风荷载楼层作用力时，当相邻两层的层高相同时，两者所取的迎风面高度才相同，否则便不同。

对于全部模型，Fx顺序为：方案A<方案B，方案C<方案D，这是由于ETABS计算周期时扣除梁柱重叠区域的自重，计算的周期略小于SATWE计算的周期，导致方案A和B的风振系数βz分别小于方案C和D。

在12F和12F以下，方案A<方案B<方案C<方案D；在12F以上，方案C<方案A<方案D<方案B。之所以出现结构下部方案C>方案A和方案D>方案B，而结构上部正好与之相反的情况，是由于结构基本振型为剪切型时，在结构下部φz的模态理论解大于φz＝z/H的近似解，而结构上部与之相反。

在ETABS和SATWE程序中计算wk时，仅有βz的计算有一定区别。包括两个方面：

（1）两者所用的规范不同，ETABS采用文[3]的方法，SATWE采用文[2]的方法。两者脉动增大系数

130.13257.18

238.12

228.21223.14217.98212.74201.93196.36190.65178.77172.56166.13159.45152.48145.15137.39

160.07153.04145.66

137.86129.51110.18102.48

120.47110.48

ξ的取值如表3和图3所示。

当w0T12≤0.06kNs2/m2，地面粗糙度依次为A、B、C、D类时，文[2]计算结果/文[3]计算结果依次为1.27～1.33，0.93～1.00，0.59～0.63和0.31～0.33。

当w0T12≥0.06 kNs2/m2，地面粗糙度为B类时，两者一致；地面粗糙度依次为A、C、D类时，文[2]计算结果/文[3]计算结果依次为1.33～1.36，0.63～0.66，

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99.10 85.40 66.86

0.33～0.36。本算例由于地面粗糙度为B类，w0T12＝6.20 kNs2/m2，两者的脉动增大系数ξ相同。

脉动增大系数ξ对比表 表3

地面粗糙度w0T120.01 0.02 0.04

型结构利用φz＝z/H与理论解符合得最好，在结构下部区域，弯剪型结果大于z/H；在结构上部区域，弯剪型结果小于z/H。

文[2] 文[3] 文[2] 文[3] 文[2] 文[3] 文[2]— — —

1.53 1.57 1.61

— — —

1.11 1.14 1.17

— — —

0.69 0.71 0.73

— — —

文[3]0.360.360.370.380.390.390.410.430.440.450.460.490.530.550.570.580.630.66

0.06 0.08 0.10 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 2.00 4.00 6.00 8.00

30.00

—

图4 各种结构基本振型下相对高度-相对位移对比

3 结论

鉴于目前ETABS在超高层中的广泛应用，对其与SATWE的比较结果应仔细甄别，找出产生不同结果的原因所在。

（1）在利用各种方法计算时，风荷载楼层作用力Fx大小顺序为：SATWE结果>手算结果，SATWE结果>ETABS方案A~D结果。

（2）ETABS和SATWE在计算迎风面高度、脉动增大系数ξ和振型系数φz时，两者方法不同，导致计算结果有一定的差异。

（3）通过定性分析，ETABS在计算弯剪型结构的风荷载楼层作用力时，与SATWE结果和手算结果最接近。通过定量分析，ETABS的方案A是理论解，方案B与SATWE结果和手算结果最接近。

参 考 文 献

[1] 北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计研究院. ETABS

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