風時程生成程序技術說明

1、編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書目錄 TOC o 1-5 h z 1 程序原理3 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 風荷載動力分析方法簡介3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 風速時程模擬的AR法4AR 模型4 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document AR模型模擬風速時程的基本過程 5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 風時程生成程序實現(xiàn)7 HYPERLINK l bookm

2、ark75 o Current Document 風時程生成程序特點9 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 風時程生成程序局限性說明 10 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 2參數(shù)說明11 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 順向脈動風速功率譜密度函數(shù) 0(n)11 13地面粗糙系數(shù)k (紊流度) 14平均風速v 14 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 風壓力時程 Fw(x,y,z,t) 16 HY

3、PERLINK l bookmark150 o Current Document 數(shù)值計算的參數(shù)17 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 3操作說明18 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document 制作空間點信息表格(*.csv) 18 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document 導入表格及輸入?yún)?shù)19計算風時程20顯示計算結果20 HYPERLINK l bookmark162 o Current Document 輸出時程結果及分析代碼21 HYPERLIN

4、K l bookmark164 o Current Document 接力SAP2000進行時程分析21 HYPERLINK l bookmark166 o Current Document 接力ETABS進行時程分析 22 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document SAP2000與ETABS的分析代碼例子23ETABS 分析代碼 23第 1 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書 TOC o 1-5 h z SAP02000 分析代碼：

5、24 HYPERLINK l bookmark174 o Current Document 4計算實例25操作步驟2524層框架風振分析結果分析29風速時程結果 29 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 風振分析計算結果與按現(xiàn)行荷載規(guī)范得出的結果對比 31 HYPERLINK l bookmark185 o Current Document 風振分析的頂點加速度計算與按高鋼規(guī)手算結果對比 32 HYPERLINK l bookmark197 o Current Document 5關于風振時程分析的若干建議 34分析參數(shù)設置34輸出結果處理34

6、6參考文獻36第 2 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書程序原理風荷載動力分析方法簡介風荷載是作用在結構上的重要動力荷載之一，尤其對于高層、高聳及大跨結構來說，設計中必須考慮風荷載的作用。計算高層、大跨、懸索橋以及塔架結構的動力風振相應的一個 有效方法是Monte Carlo法。即根據(jù)某些既定的統(tǒng)計參數(shù)產(chǎn)生一系列的時程樣本，再對每個 樣本函數(shù)進行線性或非線性的結構分析。通過對結構不同單元在樣本函數(shù)下的時程響應的統(tǒng)計分析，計算整個結構是否安全。 在結構特定點上的風速通常認為是穩(wěn)定

7、的隨機過程，其特性可完全由譜密度函數(shù)確定。目前，通常對于風敏感復雜結構的風振響應分析和風振系數(shù)的 求解主要有以下4種方法：（1）頻域分析法、（2）時域分析法、（3）風洞試驗法、（4）數(shù)值 風洞技術。其中，本程序采用時域分析法對結構進行風荷載的動力分析。時域分析法直接運用風洞試驗的風壓時程或計算機模擬的風壓時程作用于屋面結構進行風振響應時程分析。然后通過動力計算得到結構的動力響應，統(tǒng)計結構動力響應從而算得結構的風振系數(shù)。采用時域分析法，可以考慮自然風的時間相關性和結構非線性影響，更精確地反映結構的耦合風振情況。由于風荷載可分解為平均風和脈動風，如圖1-1,對于脈動風部分，借助經(jīng)驗公式給出的各種功

8、率譜函數(shù)，可以從頻域和時域兩方面來分析。圖1-1脈動風速vf、瞬時風速v和平均風速的關系 v基于線性迭加的頻域分析方法概念清晰、簡便，因此在工程中應用廣泛。但不能給出反應的相關函數(shù)、瞬態(tài)反應，不能進行非線性結構分析，且對于大跨結構，由于其頻率密集，因此在計算中應取多少階模態(tài)，怎樣補償模態(tài)截斷的能量損失，仍是一個問題。而時域分析法與之相比較，其優(yōu)點表現(xiàn)為 ：時域法能進行較精確的非線性分析；響應量值如位移、力或加速度的最大值可以直接求出；在缺乏實測或試驗資料的情況下，各種簡化計算方法可以與第 3 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉

9、dinochen1983, WindHist說明書精確的時域分析方法進行比較驗證；通過時域的信息可以獲得幅值域及頻域的信息。因此， 研究時域模型一直是隨機過程模擬的重要內容，時域模擬就是要通過已知的頻域信息重現(xiàn)時程樣本。主要的時域模擬方法有：(1)線性濾波法模擬、(2)諧波疊加法模擬、(3)逆Fourier 變換法模擬、(4)小波分析。風速時程模擬的AR法近年來，線性濾波法中的自回歸( Auto-Regressive ,簡稱AR)模型因其計算量小、速 度快，廣泛用于隨機振動和時間系列分析中。該模型將均值為零的白噪聲隨機系列通過線性濾波器，使其輸出為具有指定譜特征的平穩(wěn)隨機過程。本程序采用線性濾

10、波法的自回歸模型計算。AR模型任何平穩(wěn)隨機信號 x(n)都可以看一成由白噪聲w(n)激勵一個因果穩(wěn)定的可逆系統(tǒng)H(z)產(chǎn)生的輸出。AR模型將均值為零的白噪聲隨機系列通過線性濾波器，使其輸出為具有指定 譜特征的平穩(wěn)隨機過程。自回歸(AR)模型的系統(tǒng)函數(shù) H(z)為：一、GH(z)=p(1-1)1 - 二 aizi 1式中，G為系統(tǒng)增益，可取為1； a1,a2，ap為待定參數(shù)。AR模型的系統(tǒng)函數(shù)只有極點沒有零點，故AR模型又稱為全極點模型。模型的階由分母多項式的階p決定。如果在白噪聲w(n)激勵下的輸出為x(n),則模型輸入、輸出關系的時 域表達式為：px(n)，.二 aix(n -i) = Gw

11、(n)i 1上式為AR模型的差分方程。AR模型的一個重要特性是輸出的自相關函數(shù)具有遞推特性,(1-2)這個遞推關系便可表第 4 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書fen編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書示為： p-Z aR(m-i),m=1,2; , p一 ,、i,Rx(m) = - p(1-3)! 二 aiRx(i) G2,m=0上式就是AR模型的正則方程，也叫 Yule-Walker方程。AR模型模擬風速時程的基本過程在滿足工程計算精度要求的前提下，可對風速時程作以下假定：(1)任意一點處平均風速不隨時間改

12、變；(2)脈動風速時程是零均值平穩(wěn)隨機過程；(3)風速時程間具有空間相關性，AR法模擬風速時程的基本過程。采用AR法推廣到模擬多維風速時程的技術，M個點空間相關脈動風速時程V(x , y, z,t)列向量的AR模型可表示為：pV(x, y,z,t) = kV(x, y, z,t kM) + N(t)(1-4)k 1式中：x =區(qū)？2，xm T, y =y，y2,，yMT, z = ziz,，zmt , (x,yi,z)為空間第i點坐標，i=1, 2,M ; p為AR模型階數(shù)；M是模擬風速時程的時間步長；中k為AR模型自回歸系數(shù)矩陣，為 M MM階方陣，k=1,，p； N為獨立隨機過程向量； T

13、OC o 1-5 h z N(t)=Ln(t)(1-5)式中，n(t) =h(t),nM(t)T,ni(t)為均值為0、方差為1的正態(tài)分布隨機過程，i=1 ,，Mo隨機風過程的協(xié)方差 R與回歸系數(shù) 中之間的關系可寫成矩陣形式：R 5=FN1(1-6)h 一中=【IWi7p】T(1-7)pRn =R0 + kR(kM)(1-8)k =第 5 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書fen編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書式中，中為(p+1)MxM矩陣，I為M階單位矩陣；Op為pM M階矩陣，其全部元素為0； R為(p+

14、1)M p+1)M階自相關Toeplitz矩陣,形式如下:一 Ri(0)MM)R=R3i(2M)m_Rp4)1(PV)R12( t)R22(0)R32( t)R(p1)2(P-1) tR13(2t)R3(vt)R33(0)sR(p1)3(P-2) tR(P 用)(PW)Q(p中)(p-1)vtRg)(p2)vtR p 1)( p 1) (0)i(P 由)MM(pWMp+1 ; m=0,，p。其中，&(mM)是MmM階矩陣，i=1 ,，p+1;j=1,功率譜密度與相關函數(shù)(協(xié)方差)之間符合維納一欽(Wiener-Khintchine )公式，即:oORj =( (f)cos(2n f q df

15、,i,k =1： , M(1-10)式中，f是脈動風速頻率；Sj (f)在i=j時為脈動風速自譜密度函速，在 i # j時脈動風速互譜密度函數(shù)，可由脈動風速自譜密度函數(shù)8H (f)和相關函數(shù)rj(f)確定。(1-11)(1-12)(1-13)Sij) = g(f)Sij(f)北-2n必rj(f) =exp x-x)2+C；(y_y)2+C；(z-z)2v(z) +V(z)v(z)=v(10)東式中，V(10)可根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定的當?shù)鼗撅L壓值反算出來：V10 J2g以0 / R11-14)式(1-11)中的 Sj(f)、Si (f)功率譜可采用 Davenpor

16、t 譜、Simiu 譜、Hino 譜、Kaimal 譜、Harris譜等形式。本程序采用采用Davenport譜。求解(1-8)給出的線性方程組，可以得到回歸系數(shù)矩陣中。解方程可采用高斯約當法，求解結果穩(wěn)定。隨機過程N(t)第 6 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書fen對由式(1-10)確定的Rn進彳C Cholesky分解:Rn = L LT(1-15)i JRjLik LjkLj =kf(i,j =1; ,M)Lij(1-16)(1-17)Liii JRi -Z Lik2(i,jk二11，M )(1-18)編寫：陳學偉 dinoche

17、n1983, WindHist說明書則可求出N。由式(1-4)可得:-v1(jM) I:vM(jY)1V1(j -k)M 1 一 N1(jM) 1aaJI+:vM(j-k)M_ _NM(jVt)ijVt = 0；、T k 3/(1-19)計算時，假定初始時刻之前的風速為0,即tE0時，V(t)=0。最終的人工風速時程為(1-20)V(t) =v(z) v(t)風時程生成程序實現(xiàn)根據(jù)1.2所述的AR法模擬風速時程的方法，通過面向對象的程序語言 Borland Delphi 7.0 編制具有前后處理及圖形功能的風時程生成程序WINDHIST PRODUCERv1.0 ,通過程序可以模擬空間點的脈動

18、風速時程，總風速時程，風壓時程等。程序操作框圖如圖1-2所示，程序總流程圖如圖1-3所示。第 7 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書JJffS編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書圖1-2程序計算核心框圖第 8 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書讀取時程數(shù)n讀取空間點、風荷載及計算參數(shù)生成風速時程（一生成風壓時程i0.2nxvHinoxk3/2(上)&WSv(=18.012)，：2、5/6,*=85

19、0.57810=0(1 +x )a v10sfncc HID編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書Sv(n),Sv(w)風速譜n,s分別為頻率、圓頻率k表征地面粗糙度的系數(shù)Vo為離地面10m高度處的平均風速值V、x高度值、無量綱頻率表2-1中A類風速譜的特點為： 譜形式與高度無關， 紊流尺度沿高度不變；B類風速譜 則相反，其特點是：不同高度處風速譜形式不同，隨著高度的增加，譜的峰值減小，峰值頻 率下降。圖2-2所示為不同脈動風速譜的比較。Davenport （譯名：達文波特）根據(jù)世界上不同地點、不同高度測得到90多次的強風記錄，并假定水平陣風譜中的湍流積分尺度L沿高度

20、不變，取常數(shù)值 1200m,并取脈動風速譜為不同離地高度實測值的平均值，建立了經(jīng)驗數(shù)學表達式如表2-1所示。我國規(guī)范及在風工程應用中一般采用Davenport脈動風速譜。由圖2-2看出，Davenport譜比其它譜偏大，而譜值偏大的范圍正好是風頻率與結構物自振頻率接近的地方，影響較大，第 12 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書故Davenport風速譜可能會高估結構的動力響應，其結果可能會偏于保守，但是在結構抗風 的設計角度而言，卻提高了結構的安全度。圖2-2不同風速功率譜曲

21、線對比圖脈動風空間相干函數(shù)rj當結構上一點i的脈動動風壓達到最大時，與i點距離為r的j點的脈動風壓一般不會同時達到最大值，在一定的范圍內，離開 i點越遠，脈動風壓同時達到最大值的可能性越小， 這種性質稱為脈動風的空間相關性。程序采用以下相關系數(shù)公式：在順風向，對于像高層建筑那樣的高度和寬度方向的尺度需同時考慮的建筑物，一般考 慮水平（x, y方向）和豎向（z方向）的相關，對此，Davenport提出了指數(shù)形式的經(jīng)驗公式：=Coh（r,n） = Ryz（Xi,Xj, y, %,4馬，n） =e“（2-1）式（2-1）中-2n. C：（xXj）2 C；（y ”）2 C；（zZj）2C =-; （2

22、-2）v（z） v（z）其中Cx, Cy , Cz分別是x, y, z三個方向的空間衰減系數(shù)，Davenport建議取值為Cx =Cy =16,Cz=10第 13 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書其它形式的相關系數(shù)表達式，這里不一一列舉。地面粗糙系數(shù)k （紊流度）根據(jù)我國可靠指標的規(guī)定的數(shù)值，我國規(guī)范保證系數(shù)（峰因子）科的取值在2.2 （保證率在98.61%）左右，并常以帶有保證系數(shù)（峰因子）科和脈動風壓實測數(shù)據(jù)的脈動系數(shù)來表達。如果采用Davenport譜，由于它是由實測得

23、來的，因而根據(jù)Davenport譜可以求出脈動系數(shù)、紊流度和風速根方差之間的關系式（詳細推導請參考 結構風工程 理論.規(guī)范.實踐）:1(2-3)=.24k v0 = J .24kJz(z) =2I (z)v1I （z） = xk0 =，6k -z 2 （z）（2-4）v參考我國荷載規(guī)范附錄 G的風荷載說明（第166頁），脈動系數(shù)Nf是根據(jù)國內實測數(shù)據(jù)，并參考國外規(guī)范資料?。? TOC o 1-5 h z 匕=0.5M351.8S.16）（三廣及5第小9.16乜z）（2-5）10因此，按我國規(guī)范公式推導出地面粗糙系數(shù)k為： HYPERLINK l bookmark105 o Current Do

24、cument k =0.002152 M 353.6（豆916）（2-6）式中，口為地面粗糙度系數(shù)，按荷載規(guī)范由 A、B、C、D類地面可得a為0.12、0.16、0.22、0.30。按式可得各種地面的地面粗糙系數(shù)k:表2-2不同類地面的地面粗糙系數(shù)k取值地面粗糙度類別ABCD地面粗糙系數(shù)k0.001290.002150.004640.01291平均風速v根據(jù)荷載規(guī)范所述，在大氣邊界內，風速隨離地面高度而增大。當氣壓場隨高度不變是，風速隨高度增大的規(guī)律，主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度。通常認為在離地面高度為300500m時，風速不再受地面粗糙度的影響，也即達到所謂梯度風速”，該高度稱第 14

25、 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書之梯度風高度。地面粗糙度等級低的地區(qū)，其梯度高度比等級高的地區(qū)低。下表是不同地面 情況的梯度風高度:表2-3不同類地面的度風高度HG (m)取值地面粗糙度類別ABCD梯度風高度HG ( m)300350400450根據(jù)地面粗糙度指數(shù)及梯度風高度，即可得到出風壓高度變化系數(shù)如下:= 1.379()0.2410=1.000(三嚴(2-7)10= 0.616(三嚴10= 0.310.60由風壓與風速的關系式如式2-8)得平均風速高度變化系數(shù)為公式(

26、2-9):2g_ 2竺衛(wèi)鳴2一一kN/m22 9.81600(2-8)Az二奇端0.12-1.000()0.16(2-10)10而扁0.22Dzv =、-0.318編嚴算例2-1：結構位于地面粗糙度等級為C的地區(qū)，基本風壓為 0.5kN/m2,位于10m和20m處的空間點的平均風速為多少?解：k0 三q1600 10 1600 0.616 0.5 -22.2m/s20= 22.2 0.22= 25.86m/s。風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書第 15 頁 共 36 頁編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書風壓力時程Fw(x,y,

27、z,t)通過AR法計算可得到空間點的模擬總風速時程V(x, y,z,t) = V(z)+v(x, y,z,t),按荷載規(guī)范引入空間點的體型系數(shù)可得風壓動力荷載計算公式：V 2(x, y, z, t)Fw(x, y,z,t)= y ,屋 %Ax+ 2yAy+ %Az)(2-11)1600式中，Nsx，Nsy，Nsz分別為空間點yz受風面、xz受風壓和xy受風面體形系數(shù)，Ax,Ay,A分別為空間點yz受風面、xz受風面和xy受風面的面積。如圖 2-3所示。圖2-3空間點的體型系數(shù)、受風面積與風壓力的關系算例2-2:已知空間點i處x方向受風面積為 Ax = 36m2 ,y方向受風面積為 Ay = 2

28、7m2 ,z方向沒有受風面，x方向風荷載作用下，體型系數(shù)為windx =1.4冊ylwindx =0.2, y方向風荷載作用下，體型系數(shù)為 也windy = 0，Ny windy =3,現(xiàn)風荷載角度是與x方向成30。,風速為V(t),風壓力為多少?解:Fwx(t)=V2(t)1600sxAx) =1600(36 1.4 cos30 36 0.1 sin30 )-2= 0.0284 V (t)Fwy(t)=V2(t)1600C JsyAy)2V2(t)1600(27 1.3 sin 30 27 0.2 cos30)2= 0.0139 V2(t)第 16 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDH

29、IST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書一r V （t ）4,、，一 ，一r、，人，一，4程序將 12部分作為風壓時程又本輸出，將（ NsxAx+ NSyA+ NsxAz）作為靜1600力荷載輸入SAP2000或ETABS作用于結構，再將這個靜力荷載通過時程放大，實現(xiàn)風壓力時程的加載。數(shù)值計算的參數(shù)運算階次p是AR模型的階次，t細請查看1.2.2的說明。計算時間步長 M是風速時程的時間系列的單位，為了使計算穩(wěn)定建議取值為0.10.25s。計算步數(shù)tsteps,風時程總時間為tstepsxM ,自回歸模型中建議取值不大于300

30、0步。緩沖步數(shù)是在輸入時程文本時為了使風壓力時程開始階段不產(chǎn)生荷載的突然施加使結構的加速度產(chǎn)生突變，在施加風壓力時，荷載從零增加到初始風壓力時程荷載的步數(shù)，建議緩沖步數(shù)大于30步。在AR模型計算時，產(chǎn)生R矩陣之前必須通過式（1-10）對自功率譜密度進行數(shù)值積分， 程序積分方法采用可控的復化梯形積分公式。其中積分的積分域與積分段數(shù)可供輸入可以控制精度與計算速度。fa：頻區(qū)始值（單位是 Hz）;fb :頻始終值（單位是 Hz）;n：復化梯形積分的分段數(shù)。FA建議取值為：fa=0.001Hz , fb=10Hz , n=500。積分參數(shù)示意圖如下：第 17 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDH

31、IST PRODUCER V1.0 技術說明書xx-x方向風荷載作用下, 科xy-y方向風荷載作用下,yx-x方向風荷載作用下, 科yy-y方向風荷載作用下,x方向受風壓的體型系數(shù), x方向受風壓的體型系數(shù), y方向受風壓的體型系數(shù), y方向受風壓的體型系數(shù),z-z方向受風壓的體型系數(shù)，表示風壓與風速方向一致。體型系數(shù)定義請參考圖3-1所示。Csv表格可以通過 Microsoft Office Excel來編輯制作后，（表示風壓與風速方向一致）；（表示風壓與風速方向一致）；（表示風壓與風速方向一致）；（表示風壓與風速方向一致）；另存為 *.csv文件即可。風時程生成程序 WINDHIST PR

32、ODUCER V1.0 技術說明書第 18 頁 共 36 頁編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書操作說明制作空間點信息表格（*.csv）打開程序目錄下的sample.xls表格文件，這是個空間點信息J勺標準輸入格式如表3-1:表3-1標準空間點信息輸入格式表格NumxyzAxAyxxy yxx xyy yyAz1 zPnt5400300036361.3001.300545500600036361.3001.300555600900036361.3001.3005657001200036361.3001.3005758001500036361.3001.30058表格

33、表頭的信息內容如下:Num SAP2000 點號；ETABS 層號；PntSAP2000點號；ETABS平面點號；x, y, z空間點坐標，單位是（mm）;2 xAx , Ay, Az仝間點二個方向受風面積，單位是（ m ）；Mme,編寫：陳學偉 dlnochen1983, WindHist說明書Windx伐yx=-0.6電0+2便yy= + 0.8g dIpyy=+0.89O1III*士pyy =-0.5圖3-1體型系數(shù)取值示意圖導入表格及輸入?yún)?shù)圖3-2程序主界面圖圖3-2為程序主界面。分為菜單欄、工具欄、參數(shù)欄、進度條、表格和圖形區(qū)。涔制作好空間點的信息表格后，按工具欄中按鈕導入表格，導

34、入CSV表格。導入成功后,第 19 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書表格區(qū)自動更新 CSV表格。然后在參數(shù)欄輸入計算參數(shù)、空間相關性參數(shù)和風荷載信息，其中參數(shù)的意義請參加第計算風時程在檢查輸入信息無誤后，按工具欄中按鈕計算時程，程序自動批量n個風時程，在計算過程中可以通過觀察進度條來檢查程序計算時度，如圖3-3。WinriNist PrtdacerrLO隼南理工大學窿筑學院高屎研究所圖3-3計算進度顯示顯示計算結果在計算完成后，選擇參數(shù)欄底部的顯示圖像的選框如圖 的計算結果，

35、包括脈動風速時程、總風速時程和總風壓時程。3-4,可實時查看全部風時程圖3-4圖像顯示對話框2部分的參數(shù)說明。其中風荷載水平風角度是與x方向的順時針夾角，單位是 o圖3-5風時程顯示圖像第 20 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書如圖3-5,圖形顯示區(qū)顯示內容是紅色線代碼時程值，藍色線是平均值線，左邊軸線上從上往下分別是最大正值，中值，最大負值或零。藍線的右邊數(shù)據(jù)是平均值，水平刻度是時間（單位是sec）,縱向刻度是風速（單位是 m/s）或風壓（單位是 kN/m2）。點擊保存圖片

36、可將圖形區(qū)顯示的曲線保存為bmp文件。輸出時程結果及分析代碼在計算時程完成后，點擊工具欄中的按鈕導出文本，彈出保存文件對話框，確定文件保存文件夾以后，填寫文件名后，程序自動保存全部風速時程，風壓時程，ETABS時程分析代碼與SAP2000時程分析代碼在同一文件夾里。文件命名為:etabs.e2kETABS時程分析代碼sap2000.s2kSAP2000時程分析代碼VV （a） _b.dat第a批點號（層號）為 b的風速時程W （a） _b.dat第a批點號（層號）為 b的風壓時程注：在SAP2000默認時程分析的模態(tài)分析工況取“Modal工況。打開SAP2000軟件接力SAP2000進行時程分

37、析點擊菜單中的 File/Imporr/sap2000 v8/v9/v10.s2k Text File 。彈出對話框如圖3-6所示。第 21 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書fen編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書圖3-6 SAP2000導入對話框選擇Add to existing model這一項，選擇 3.5步導出的sap2000.s2k文件即可。導入成功后便可以在 sap2000下進行結構批量風振時程分析。接力ETABS進行時程分析1.打開ETABS軟件.點擊菜單中的File/Export/Save m

38、odel as Etabs.e2k Text file ,成功導出未加風時程的ETABS的e2k文本文件;.打開輸出的e2k文本文件，在文件中找到代碼如下:$ LOGSTARTCOMMENTS.這代碼前，空白處粘貼風時程輸出的ETABS.e2k的全部代碼進去，保存文件退出；.點擊菜單中的 File/Import/Etabs.e2k Text file ,把修改后的 e2k文件導入 ETABS ,檢查模型無誤后可以進行結構的批量風振時程分析。第 22 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist

39、說明書SAP2000與ETABS的分析代碼例子ETABS分析代碼$ FUNCTIONSFUNCTION W(1)54FUNCTYPE HISTORY風速時程研究 _0314hahaW_(1)54.dat”DATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)54POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)55FUNCTYPE HISTORY風速時程研究 _0314hahaW_(1)55.dat”DATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)55POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)

40、56FUNCTYPE HISTORY風速時程研究 _0314hahaW_(1)56.datDATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)56POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)57FUNCTYPE HISTORY風速時程研究 _0314hahaW_(1)57.datDATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)57POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)58FUNCTYPE HISTORY風速時程研究 _0314hahaW_(1)58.datDATATYPE EQUA

41、LDT 0.10FUNCTION W(1)58POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)59FUNCTYPE HISTORY風速時程研究 _0314hahaW_(1)59.datDATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)59POINTSPERLINE 1 FORMAT FREE$ STATIC LOADSLOADCASE F54TYPE OTHER SELFWEIGHT 0LOADCASE F55TYPE OTHER SELFWEIGHT 0LOADCASE F56TYPE OTHER SELFWEIGHT 0LOADCASE F

42、57TYPE OTHER SELFWEIGHT 0LOADCASE F58TYPE OTHER SELFWEIGHT 0LOADCASE F59TYPE OTHER SELFWEIGHT 0$ POINT OBJECT LOADSPOINTLOAD54STORY54TYPE FORCELC F54FX 46.8000 FY 0.0000 FZ 0.0000POINTLOAD55STORY55TYPE FORCELC F55FX 46.8000 FY 0.0000 FZ 0.0000POINTLOAD56STORY56TYPE FORCELC F56FX 46.8000 FY 0.0000 FZ

43、 0.0000POINTLOAD57STORY57TYPE FORCELC F57FX 46.8000 FY 0.0000 FZ 0.0000POINTLOAD58STORY58TYPE FORCELC F58FX 46.8000 FY 0.0000 FZ 0.0000POINTLOAD59STORY59TYPE FORCELC F59FX 46.8000 FY 0.0000 FZ 0.0000$ TIME HISTORY CASESTHCASE WIND_HIST(1)TYPE LINEAR NSTEPS 1024DTOUT 0.10 DAMP 0THCASE WIND_HIST(1)RFT

44、OL .00001 RETOL .000011 MAXITER 100 MINITER 2 CONVFACT 1THCASE WIND_HIST(1)LOAD F54 FUNC W(1)54SF 1THCASE WIND_HIST(1)LOAD F55 FUNC W(1)55SF 1THCASE WIND_HIST(1)LOAD F56 FUNC W(1)56SF 1THCASE WIND_HIST(1)LOAD F57 FUNC W(1)57SF 1THCASE WIND_HIST(1)LOAD F58 FUNC W(1)58SF 1THCASE WIND_HIST(1)LOAD F59 F

45、UNC W(1)59SF 1第 23 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書SAP02000分析代碼TABLE: PROGRAM CONTROLProgramName=SAP2000 Version=10.0.7 ProgLevel=Advanced ILicenseOS=YesLicenseSC=YesLicenseBR=YesLicenseHT=NoCurrUnits=KN, m, CSteelCode=Indian IS:800-1998”ConcCode=Indian IS

46、 456-2000” AlumCode=AA-ASD 2000ColdCode=AISI-ASD96StiffCase=NoneTABLE: FUNCTION - TIME HISTORY - FROM FILEName=W(1)54Time=0.00Value=0.000000HeaderLines=0 PrefixChars=0 PtsPerLine=1DataType=Equal IntervalFormatType=FreeInterval=0.10風速時程研究 _0314hahaW(1)_54.datName=W(1)55Time=0.00Value=0.000000HeaderLi

47、nes=0 PrefixChars=0 PtsPerLine=1DataType=Equal IntervalFormatType=FreeInterval=0.10風速時程研究 _0314hahaW(1)_55.datName=W(1)56Time=0.00Value=0.000000HeaderLines=0 PrefixChars=0 PtsPerLine=1DataType=Equal IntervalFormatType=FreeInterval=0.10風速時程研究 _0314hahaW(1)_56.datName=W(1)57Time=0.00Value=0.000000Head

48、erLines=0 PrefixChars=0 PtsPerLine=1DataType=Equal IntervalFormatType=FreeInterval=0.10風速時程研究 _0314hahaW(1)_57.datName=W(1)58Time=0.00Value=0.000000HeaderLines=0 PrefixChars=0 PtsPerLine=1DataType=Equal IntervalFormatType=FreeInterval=0.10風速時程研究 _0314hahaW(1)_58.datName=W(1)59Time=0.00Value=0.000000

49、HeaderLines=0 PrefixChars=0 PtsPerLine=1DataType=Equal IntervalFormatType=FreeInterval=0.10風速時程研究 _0314hahaW(1)_59.datTABLE: LOAD CASE DEFINITIONSLoadCase=F54DesignType=OtherSelfWtMult=0LoadCase=F55DesignType=OtherSelfWtMult=0LoadCase=F56DesignType=OtherSelfWtMult=0LoadCase=F57DesignType=OtherSelfWt

50、Mult=0LoadCase=F58DesignType=OtherSelfWtMult=0LoadCase=F59DesignType=OtherSelfWtMult=0TABLE: JOINT LOADS - FORCEJoint=54LoadCase=F54CoordSys=GLOBALF1=46.8000F2=0.0000F3=0.0000M1=0M2=0M3=0Joint=55LoadCase=F55CoordSys=GLOBALF1=46.8000F2=0.0000F3=0.0000M1=0M2=0M3=0Joint=56LoadCase=F56CoordSys=GLOBALF1=

51、46.8000F2=0.0000F3=0.0000M1=0M2=0M3=0Joint=57LoadCase=F57CoordSys=GLOBALF1=46.8000F2=0.0000F3=0.0000M1=0M2=0M3=0Joint=58LoadCase=F58CoordSys=GLOBALF1=46.8000F2=0.0000F3=0.0000M1=0M2=0M3=0Joint=59LoadCase=F59CoordSys=GLOBALF1=46.8000F2=0.0000F3=0.0000M1=0M2=0M3=0TABLE: ANALYSIS CASE DEFINITIONSCase=W

52、IND_HIST(1)Type=LinModHistInitialCond=ZeroModalCase=MODALRunCase=YesTABLE: CASE - MODAL HISTORY 1 - GENERALCase=WIND_HIST(1)HistoryType=TransientOutSteps=1024 StepSize=0.10 DampingType=Constant ConstDamp=.05TABLE: CASE - MODAL HISTORY 2 - LOAD ASSIGNMENTSCase=WIND_HIST(1)LoadType=LoadPatternLoadName

53、=F54Function=W(1)54LoadSF=1 TimeFactor=1ArrivalTime=0Case=WIND_HIST(1)LoadType=LoadPatternLoadName=F59Function=W(1)59LoadSF=1 TimeFactor=1ArrivalTime=0Case=WIND_HIST(1)Type=LinModHistInitialCond=ZeroModalCase=MODALRunCase=YesEND TABLE DA TA第 24 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書計算實例卜面以如圖4-

54、1所示的24層框架為實例，介紹用WINDHIST PRODUCER 與 SAP2000、ETABS分析結構的風振反應。詳細參數(shù)如表4-1所示。KLJOOxBCC210006見05000 6coe I 690口圖4-1 24層框架結構平面布置圖編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書表4-1 24層框架結構各種參數(shù)層數(shù)24樓板SLAB100層（Wj3000柱截面C800X800跨長6000梁截面B300X800梁截面B300X800恒載3.0kN/m 2混凝土材料C303.5kN/m 2操作步驟.打開SAP2000進行結構的建模及恒活載的施加，完成建模后的截圖如圖4-2所

55、示。第 25 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書圖4-2結構未加風時程的模型.點選每層加載點，模型取中心點為加載點，選取后按Ctrl+C ,復制結點到新建的Excel表格，會得到如下圖所示的信息。圖4-3粘貼到Excel表的sap2000空間點的信息.參考3.1所述的方法編輯如圖 4-3的Excel表格，得到空間點信息輸入表格形式，在這個過程中需要計算空間點的受風面，輸入查閱規(guī)范或參考風洞試驗得到的體型系數(shù)。通過Excel的計算與編輯，輸出*.csv文件，如下表所示。第 26

56、頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書表4-2空間點信息輸入表格NumxyzAxAyRXXuyxuxyuyyAzR ZPnt30200300072721.3001.30030230300600072721.3001.30030330400900072721.3001.300304305001200072721.3001.300305306001500072721.3001.300306307001800072721.3001.300307308002100072721.3001.3

57、00308309002400072721.3001.300309310002700072721.3001.300310imaaaaaaaa*aimaaaaaaaa*a324006900072721.3001.300324325007200036361.3001.3003254,打開 WINDHIST PRODUCER V1.0 程序，按第3部分的操作說明所示， 計算風時程。計 算風時程的相關參數(shù)如下表所示，其它按默認。表4-3風時程生成計算的相關參數(shù)批數(shù)10基本風壓0.5kN/m 2階數(shù)4地面分類C類步長0.1s計算步數(shù)1024頻區(qū)終值5Hz緩沖步數(shù)100.點擊工具欄的計算時程按鈕，計算完成后

58、，程序自動繪制風時程曲線如下圖。第 27 頁 共 36 頁風時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術說明書編寫：陳學偉 dinochen1983, WindHist說明書i*tf催所ju四京日.#1)M圖4-4計算完成時程序的截圖.計算完成后，導出計算結果與 SAP2000的分析代碼，點擊工具欄中的導出文本，程序自動生成SAP2000和ETABS的分析代碼。創(chuàng)建目錄如名為 “windhist將計算結果存放于 文件夾里。.打開SAP2000的計算模型，按 3.6所述方法導入 SAP2000的時程分析代碼，注意需選擇Add to existing model這一項。導入完成

59、后，彈出如圖4-5對話框表示導入成功。 AcLes-s Database Import Log01 errors200 卅 airwigs01 inigirnalion;DATABASE IM PORT DEFINITIOM DATASAP20DaVasioHlD.Q7Texl Fiie/AceewIncsirtPid Fie: C:W ccumerts and S etlingsAgdh桌面 k風速時程班究JKLQ%2q層電架實例 Vwin-dha st cihp200D. sZk:Iflpcirt而d 口to EjCkitungEjtricnts with. Ssny Huiu in ll

60、odEl and. DBOthtr It Ans 廿ith Shtja Hiuia- i n fflodal arid OSEl events CExEpt Licto) in Cha 5* 1$彳*眄*力； 皿 L* 由livM” in he 號Link: EL電曲皿lf in th Sant Locctioii： Alls dupli:*.5 in tK s3.nc施lionIt Afis IVi lh S-hi a in b UB 7 abl a . MeETita pr&?3 mis i tunIftpwlE” Errw-t: Abort impsMl ifltr 20 wrwsInp