2012新荷載規範風荷載計算及其在pkpm軟體中的實現
引言相對於上一版規範gb50009-2001（以下簡稱2001規範），《建築結構荷載規範》gb50009-2012（以下簡稱2012規範)對風荷載的計算方法做了較大的修改。其中不僅調整了風壓高度變化係數和體型係數等靜力計算內容，而且對風振計算的內容與方法做了大量的改進和完善工作，這其中包括：修改了順風向風振係數的計算表示式和計算引數，增加了大跨度屋蓋結構風振計算的原則規定；增加了橫風向和扭轉風振等效風荷載計算的規定，增加了順風向風荷載、橫風向及扭轉風振等效風荷載組合工況的規定；增加高層建築結構順風向及橫風向風振加速度計算等內容。
在風荷載的計算中，除了少數工程通過風洞試驗獲得資料以外，大多數工程仍需要借助於軟體的自動計算功能，這就需要由工程人員自行確定相關的引數，由於2012規範中風荷載計算涉及的引數較2001規範明顯增多，且計算方法變得更加複雜，使得引數的選擇和對計算結果的定性校核變得比較困難，因此有必要對各引數的選擇和主要引數對計算結果的影響進行詳細的分析討論。
在本文中，依據2012規範提供的計算方法，結合pkpm的軟體，討論了不同的引數設定和結構的特徵對計算結果的影響，並對規範中的重要條文，如適用範圍等進行了重點**。
1 順風向風荷載
2012規範關於順風向風荷載的計算公式沒有形式上的變化，仍然採用平均風壓乘以風振係數的表達形式。對於主要受力結構，風荷載標準值的計算公式如下：
1)其中： — 風荷載標準值（kn/m2）；
— 高度z處的風振係數；
— 風荷載體型係數；
— 風壓高度變化係數；
— 基本風壓。
如果不考慮結構在風荷載作用下的動力響應，則由平均風壓引起的靜荷載取決於體型係數、風壓高度變化係數及基本風壓這三項因素，下面首先討論順風向作用下的靜荷載計算：
1.1 基本風壓
2012規範在2001規範資料的基礎上進行了重新統計，部分城市在補充新的氣象資料重新統計後，基本風壓有所提高。
1.2 體型係數
2012規範中表8.3.1中增加了第31項，對於高度超過45m的矩形截面高層建築需考慮深寬比d/b對背風面體型係數的影響。
當平面深寬比d/b≤1.0時，背風面的體型係數由-0.5增加到-0.
6，矩形高層建築的風力係數也由1.3增加到1.4 。
8.3.2條還增加了矩形平面高層建築的相互干擾係數取值。
在pkpm軟體中，基本風壓和體型係數由設計人員直接指定，以上兩項變化需由設計人員確認並在軟體引數中體現，軟體不做改變。
1.3 風壓高度變化係數
2012規範在保持劃分4類粗糙度類別不變的情況下，適當提高了c、d兩類粗糙度類別的梯度風高度，由400m和450m分別修改為450m和550m。b類風速剖面指數由0.16修改為0.
15，適當降低了標準場地類別的平均風荷載，具體變化如下：
2)圖1列出了四類地貌的風壓高度變化係數的新舊規範對比，可以直**出2012規範四類地區風壓高度變化係數均比2001規範減小：
圖1在pkpm軟體中，風壓高度變化係數由程式根據上述公式自動進行計算。當基本風壓和體型係數不改變時，風壓高度變化係數是影響順風向靜荷載的唯一因素，因此，圖1也等價於結構不同高度處風荷載標準值的變化規律。
圖2統計了a-d四類場地風壓高度變化係數的兩版規範的差異，其中d類場地2012規範減小的最多（17.7%），其次是c類（11.7%）、a類（6.
9%）和b類（0~6.7%）。除b類外其餘三類均接近等比例減小，b類在梯度風高度（350公尺）以內隨結構高度增加，差異相應增大。
這四類地區在超過梯度高度後，2012規範與2001規範的風壓高度變化係數分別為2.91和3.12，因此最終差異均為 (2.
91-3.12)/3.12=-6.
7%。圖2圖3
圖3統計了a-d四類地區，在層高均勻的前提下，按新舊規範計算的風荷載總值（即基底剪力）的差異隨結構總高度變化的趨勢：
對於a類地區，2012規範計算的基底剪力減小6.8%左右，其差異基本不受結構總高的影響；b類地區隨結構高度增加，基底剪力的差異相應增加，結構總高100公尺時，新規範剪力減小3.2%左右，200公尺時減小4.
6%左右，400公尺時減小5.8%左右，600公尺時，減小6.2%左右，即2012規範對於較高的結構，風荷載總值相對降低的越多；c類地區在400公尺以內時，減小11.
7%左右，超過400公尺後，差異逐漸減小，600公尺時差異為9.7%；d類地區在450公尺以內減小17.6%左右，超過450公尺後差異逐漸減小，600公尺時為14.
6%。理論上，隨著結構高度的增加，四類地區基底剪力的差異最終都將趨近於-6.7%，即風壓高度變化係數的最終差異。
1.4 風振係數
接下來討論2012規範中順風向風振的計算，在2001規範中風振係數的計算公式如下：
3) 其中為風振動力係數，與結構的阻尼比、基本風壓及基本自振週期有關；
為結構的振型係數，在pkpm軟體中一律採用彎剪型的近似公式：
4)為脈動影響係數，與粗糙度類別、高寬比及結構總高度有關；
為風壓高度變化係數。
2012規範風振係數採用如下公式：
5)其中、分別為峰值因子和10m高度名義湍流強度，均為常量；
為脈動風荷載的共振分量因子，
6)其中與2001規範的的表示式相同；
為脈動風荷載的背景分量因子，
建築結構荷載規範
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