1、編寫：陳學(xué)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(fēng)荷載動力分析方法簡介3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 風(fēng)速時程模擬的AR法4AR 模型4 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document AR模型模擬風(fēng)速時程的基本過程 5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 風(fēng)時程生成程序?qū)崿F(xiàn)7 HYPERLINK l bookm

2、ark75 o Current Document 風(fēng)時程生成程序特點(diǎn)9 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 風(fēng)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(fēng)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(fēng)速v 14 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 風(fēng)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(diǎn)信息表格(*.csv) 18 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document 導(dǎo)入表格及輸入?yún)?shù)19計算風(fēng)時程20顯示計算結(jié)果20 HYPERLINK l bookmark162 o Current Document 輸出時程結(jié)果及分析代碼21 HYPERLIN

4、K l bookmark164 o Current Document 接力SAP2000進(jìn)行時程分析21 HYPERLINK l bookmark166 o Current Document 接力ETABS進(jìn)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)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(shí)例25操作步驟2524層框架風(fēng)振分析結(jié)果分析29風(fēng)速時程結(jié)果 29 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 風(fēng)振分析計算結(jié)果與按現(xiàn)行荷載規(guī)范得出的結(jié)果對比 31 HYPERLINK l bookmark185 o Current Document 風(fēng)振分析的頂點(diǎn)加速度計算與按高鋼規(guī)手算結(jié)果對比 32 HYPERLINK l bookmark197 o Current Document 5關(guān)于風(fēng)振時程分析的若干建議 34分析參數(shù)設(shè)置34輸出結(jié)果處理34

6、6參考文獻(xiàn)36第 2 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書程序原理風(fēng)荷載動力分析方法簡介風(fēng)荷載是作用在結(jié)構(gòu)上的重要動力荷載之一，尤其對于高層、高聳及大跨結(jié)構(gòu)來說，設(shè)計中必須考慮風(fēng)荷載的作用。計算高層、大跨、懸索橋以及塔架結(jié)構(gòu)的動力風(fēng)振相應(yīng)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(jìn)行線性或非線性的結(jié)構(gòu)分析。通過對結(jié)構(gòu)不同單元在樣本函數(shù)下的時程響應(yīng)的統(tǒng)計分析，計算整個結(jié)構(gòu)是否安全。 在結(jié)構(gòu)特定點(diǎn)上的風(fēng)速通常認(rèn)為是穩(wěn)定

7、的隨機(jī)過程，其特性可完全由譜密度函數(shù)確定。目前，通常對于風(fēng)敏感復(fù)雜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)分析和風(fēng)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(fēng)洞試驗(yàn)法、（4）數(shù)值 風(fēng)洞技術(shù)。其中，本程序采用時域分析法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載的動力分析。時域分析法直接運(yùn)用風(fēng)洞試驗(yàn)的風(fēng)壓時程或計算機(jī)模擬的風(fēng)壓時程作用于屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)時程分析。然后通過動力計算得到結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)從而算得結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)。采用時域分析法，可以考慮自然風(fēng)的時間相關(guān)性和結(jié)構(gòu)非線性影響，更精確地反映結(jié)構(gòu)的耦合風(fēng)振情況。由于風(fēng)荷載可分解為平均風(fēng)和脈動風(fēng)，如圖1-1,對于脈動風(fēng)部分，借助經(jīng)驗(yàn)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(fēng)速vf、瞬時風(fēng)速v和平均風(fēng)速的關(guān)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(yīng)用廣泛。但不能給出反應(yīng)的相關(guān)函數(shù)、瞬態(tài)反應(yīng)，不能進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析，且對于大跨結(jié)構(gòu)，由于其頻率密集，因此在計算中應(yīng)取多少階模態(tài)，怎樣補(bǔ)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(diǎn)表現(xiàn)為 ：時域法能進(jìn)行較精確的非線性分析；響應(yīng)量值如位移、力或加速度的最大值可以直接求出；在缺乏實(shí)測或試驗(yàn)資料的情況下，各種簡化計算方法可以與第 3 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉

9、dinochen1983, WindHist說明書精確的時域分析方法進(jìn)行比較驗(yàn)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(jī)過程模擬的重要內(nèi)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(fēng)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(jī)振動和時間系列分析中。該模型將均值為零的白噪聲隨機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)沒有零點(diǎn)，故AR模型又稱為全極點(diǎn)模型。模型的階由分母多項(xiàng)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(guān)系的時 域表達(dá)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(guān)函數(shù)具有遞推特性,(1-2)這個遞推關(guān)系便可表第 4 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書fen編寫：陳學(xué)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(fēng)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(fēng)速時程作以下假定：(1)任意一點(diǎn)處平均風(fēng)速不隨時間改

12、變；(2)脈動風(fēng)速時程是零均值平穩(wěn)隨機(jī)過程；(3)風(fēng)速時程間具有空間相關(guān)性，AR法模擬風(fēng)速時程的基本過程。采用AR法推廣到模擬多維風(fēng)速時程的技術(shù)，M個點(diǎn)空間相關(guān)脈動風(fēng)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(diǎn)坐標(biāo)，i=1, 2,M ; p為AR模型階數(shù)；M是模擬風(fēng)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(dú)立隨機(jī)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(jī)過程，i=1 ,，Mo隨機(jī)風(fēng)過程的協(xié)方差 R與回歸系數(shù) 中之間的關(guān)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書fen編寫：陳學(xué)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(guān)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(guān)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(fēng)速頻率；Sj (f)在i=j時為脈動風(fēng)速自譜密度函速，在 i # j時脈動風(fēng)速互譜密度函數(shù)，可由脈動風(fēng)速自譜密度函數(shù)8H (f)和相關(guān)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(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定的當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)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(dāng)法，求解結(jié)果穩(wěn)定。隨機(jī)過程N(yùn)(t)第 6 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書fen對由式(1-10)確定的Rn進(jìn)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(xué)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(fēng)速為0,即tE0時，V(t)=0。最終的人工風(fēng)速時程為(1-20)V(t) =v(z) v(t)風(fēng)時程生成程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)1.2所述的AR法模擬風(fēng)速時程的方法，通過面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言 Borland Delphi 7.0 編制具有前后處理及圖形功能的風(fēng)時程生成程序WINDHIST PRODUCERv1.0 ,通過程序可以模擬空間點(diǎn)的脈動

18、風(fēng)速時程，總風(fēng)速時程，風(fēng)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書JJffS編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書圖1-2程序計算核心框圖第 8 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書讀取時程數(shù)n讀取空間點(diǎn)、風(fēng)荷載及計算參數(shù)生成風(fēng)速時程（一生成風(fēng)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(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書Sv(n),Sv(w)風(fēng)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(fēng)速值V、x高度值、無量綱頻率表2-1中A類風(fēng)速譜的特點(diǎn)為： 譜形式與高度無關(guān)， 紊流尺度沿高度不變；B類風(fēng)速譜 則相反，其特點(diǎn)是：不同高度處風(fēng)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(fēng)速譜的比較。Davenport （譯名：達(dá)文波特）根據(jù)世界上不同地點(diǎn)、不同高度測得到90多次的強(qiáng)風(fēng)記錄，并假定水平陣風(fēng)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(fēng)速譜為不同離地高度實(shí)測值的平均值，建立了經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)表達(dá)式如表2-1所示。我國規(guī)范及在風(fēng)工程應(yīng)用中一般采用Davenport脈動風(fēng)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(fēng)頻率與結(jié)構(gòu)物自振頻率接近的地方，影響較大，第 12 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書故Davenport風(fēng)速譜可能會高估結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，其結(jié)果可能會偏于保守，但是在結(jié)構(gòu)抗風(fēng) 的設(shè)計角度而言，卻提高了結(jié)構(gòu)的安全度。圖2-2不同風(fēng)速功率譜曲

21、線對比圖脈動風(fēng)空間相干函數(shù)rj當(dāng)結(jié)構(gòu)上一點(diǎn)i的脈動動風(fēng)壓達(dá)到最大時，與i點(diǎn)距離為r的j點(diǎn)的脈動風(fēng)壓一般不會同時達(dá)到最大值，在一定的范圍內(nèi)，離開 i點(diǎn)越遠(yuǎn)，脈動風(fēng)壓同時達(dá)到最大值的可能性越小， 這種性質(zhì)稱為脈動風(fēng)的空間相關(guān)性。程序采用以下相關(guān)系數(shù)公式：在順風(fēng)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(guān)，對此，Davenport提出了指數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書其它形式的相關(guān)系數(shù)表達(dá)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(biāo)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(fēng)壓實(shí)測數(shù)據(jù)的脈動系數(shù)來表達(dá)。如果采用Davenport譜，由于它是由實(shí)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(fēng)速根方差之間的關(guān)系式（詳細(xì)推導(dǎo)請參考 結(jié)構(gòu)風(fēng)工程 理論.規(guī)范.實(shí)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(fēng)荷載說明（第166頁），脈動系數(shù)Nf是根據(jù)國內(nèi)實(shí)測數(shù)據(jù)，并參考國外規(guī)范資料取：1 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(dǎo)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(fēng)速v根據(jù)荷載規(guī)范所述，在大氣邊界內(nèi)，風(fēng)速隨離地面高度而增大。當(dāng)氣壓場隨高度不變是，風(fēng)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(rèn)為在離地面高度為300500m時，風(fēng)速不再受地面粗糙度的影響，也即達(dá)到所謂梯度風(fēng)速”，該高度稱第 14

25、 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書之梯度風(fēng)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(fēng)高度:表2-3不同類地面的度風(fēng)高度HG (m)取值地面粗糙度類別ABCD梯度風(fēng)高度HG ( m)300350400450根據(jù)地面粗糙度指數(shù)及梯度風(fēng)高度，即可得到出風(fēng)壓高度變化系數(shù)如下:= 1.379()0.2410=1.000(三嚴(yán)(2-7)10= 0.616(三嚴(yán)10= 0.310.60由風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系式如式2-8)得平均風(fēng)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(yán)算例2-1：結(jié)構(gòu)位于地面粗糙度等級為C的地區(qū)，基本風(fēng)壓為 0.5kN/m2,位于10m和20m處的空間點(diǎn)的平均風(fēng)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書第 15 頁 共 36 頁編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書風(fēng)壓力時程Fw(x,y,

27、z,t)通過AR法計算可得到空間點(diǎn)的模擬總風(fēng)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(diǎn)的體型系數(shù)可得風(fēng)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(diǎn)yz受風(fēng)面、xz受風(fēng)壓和xy受風(fēng)面體形系數(shù)，Ax,Ay,A分別為空間點(diǎn)yz受風(fēng)面、xz受風(fēng)面和xy受風(fēng)面的面積。如圖 2-3所示。圖2-3空間點(diǎn)的體型系數(shù)、受風(fēng)面積與風(fēng)壓力的關(guān)系算例2-2:已知空間點(diǎn)i處x方向受風(fēng)面積為 Ax = 36m2 ,y方向受風(fēng)面積為 Ay = 2

28、7m2 ,z方向沒有受風(fēng)面，x方向風(fēng)荷載作用下，體型系數(shù)為windx =1.4冊ylwindx =0.2, y方向風(fēng)荷載作用下，體型系數(shù)為 也windy = 0，Ny windy =3,現(xiàn)風(fēng)荷載角度是與x方向成30。,風(fēng)速為V(t),風(fēng)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(fēng)時程生成程序 WINDH

29、IST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書一r V （t ）4,、，一 ，一r、，人，一，4程序?qū)?12部分作為風(fēng)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(jié)構(gòu)，再將這個靜力荷載通過時程放大，實(shí)現(xiàn)風(fēng)壓力時程的加載。數(shù)值計算的參數(shù)運(yùn)算階次p是AR模型的階次，t細(xì)請查看1.2.2的說明。計算時間步長 M是風(fēng)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(fēng)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(fēng)壓力時程開始階段不產(chǎn)生荷載的突然施加使結(jié)構(gòu)的加速度產(chǎn)生突變，在施加風(fēng)壓力時，荷載從零增加到初始風(fēng)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(jìn)行數(shù)值積分， 程序積分方法采用可控的復(fù)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(fù)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(fēng)時程生成程序 WINDH

31、IST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書xx-x方向風(fēng)荷載作用下, 科xy-y方向風(fēng)荷載作用下,yx-x方向風(fēng)荷載作用下, 科yy-y方向風(fēng)荷載作用下,x方向受風(fēng)壓的體型系數(shù), x方向受風(fēng)壓的體型系數(shù), y方向受風(fēng)壓的體型系數(shù), y方向受風(fēng)壓的體型系數(shù),z-z方向受風(fēng)壓的體型系數(shù)，表示風(fēng)壓與風(fēng)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(fēng)壓與風(fēng)速方向一致）；（表示風(fēng)壓與風(fēng)速方向一致）；（表示風(fēng)壓與風(fēng)速方向一致）；（表示風(fēng)壓與風(fēng)速方向一致）；另存為 *.csv文件即可。風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PR

32、ODUCER V1.0 技術(shù)說明書第 18 頁 共 36 頁編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書操作說明制作空間點(diǎn)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(diǎn)信息J勺標(biāo)準(zhǔn)輸入格式如表3-1:表3-1標(biāo)準(zhǔn)空間點(diǎn)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(nèi)容如下:Num SAP2000 點(diǎn)號；ETABS 層號；PntSAP2000點(diǎn)號；ETABS平面點(diǎn)號；x, y, z空間點(diǎn)坐標(biāo)，單位是（mm）;2 xAx , Ay, Az仝間點(diǎn)二個方向受風(fēng)面積，單位是（ m ）；Mme,編寫：陳學(xué)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(dǎo)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(jìn)度條、表格和圖形區(qū)。涔制作好空間點(diǎn)的信息表格后，按工具欄中按鈕導(dǎo)入表格，導(dǎo)

34、入CSV表格。導(dǎo)入成功后,第 19 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)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(guān)性參數(shù)和風(fēng)荷載信息，其中參數(shù)的意義請參加第計算風(fēng)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(fēng)時程，在計算過程中可以通過觀察進(jìn)度條來檢查程序計算時度，如圖3-3。WinriNist PrtdacerrLO隼南理工大學(xué)窿筑學(xué)院高屎研究所圖3-3計算進(jìn)度顯示顯示計算結(jié)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(jié)果，

35、包括脈動風(fēng)速時程、總風(fēng)速時程和總風(fēng)壓時程。3-4,可實(shí)時查看全部風(fēng)時程圖3-4圖像顯示對話框2部分的參數(shù)說明。其中風(fēng)荷載水平風(fēng)角度是與x方向的順時針夾角，單位是 o圖3-5風(fēng)時程顯示圖像第 20 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書如圖3-5,圖形顯示區(qū)顯示內(nèi)容是紅色線代碼時程值，藍(lán)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(fù)值或零。藍(lán)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(fēng)速（單位是 m/s）或風(fēng)壓（單位是 kN/m2）。點(diǎn)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(jié)果及分析代碼在計算時程完成后，點(diǎn)擊工具欄中的按鈕導(dǎo)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(fēng)速時程，風(fēng)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(diǎn)號（層號）為 b的風(fēng)速時程W （a） _b.dat第a批點(diǎn)號（層號）為 b的風(fēng)壓時程注：在SAP2000默認(rèn)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(jìn)行時程分

37、析點(diǎn)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書fen編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書圖3-6 SAP2000導(dǎo)入對話框選擇Add to existing model這一項(xiàng)，選擇 3.5步導(dǎo)出的sap2000.s2k文件即可。導(dǎo)入成功后便可以在 sap2000下進(jìn)行結(jié)構(gòu)批量風(fēng)振時程分析。接力ETABS進(jìn)行時程分析1.打開ETABS軟件.點(diǎn)擊菜單中的File/Export/Save m

38、odel as Etabs.e2k Text file ,成功導(dǎo)出未加風(fēng)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(fēng)時程輸出的ETABS.e2k的全部代碼進(jìn)去，保存文件退出；.點(diǎn)擊菜單中的 File/Import/Etabs.e2k Text file ,把修改后的 e2k文件導(dǎo)入 ETABS ,檢查模型無誤后可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的批量風(fēng)振時程分析。第 22 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)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(fēng)速時程研究 _0314hahaW_(1)54.dat”DATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)54POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)55FUNCTYPE HISTORY風(fēng)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(fēng)速時程研究 _0314hahaW_(1)56.datDATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)56POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)57FUNCTYPE HISTORY風(fēng)速時程研究 _0314hahaW_(1)57.datDATATYPE EQUALDT 0.10FUNCTION W(1)57POINTSPERLINE 1 FORMAT FREEFUNCTION W(1)58FUNCTYPE HISTORY風(fēng)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(fēng)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書計算實(shí)例卜面以如圖4-

54、1所示的24層框架為實(shí)例，介紹用WINDHIST PRODUCER 與 SAP2000、ETABS分析結(jié)構(gòu)的風(fēng)振反應(yīng)。詳細(xì)參數(shù)如表4-1所示。KLJOOxBCC210006見05000 6coe I 690口圖4-1 24層框架結(jié)構(gòu)平面布置圖編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書表4-1 24層框架結(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書圖4-2結(jié)構(gòu)未加風(fēng)時程的模型.點(diǎn)選每層加載點(diǎn)，模型取中心點(diǎn)為加載點(diǎn)，選取后按Ctrl+C ,復(fù)制結(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)信息輸入表格形式，在這個過程中需要計算空間點(diǎn)的受風(fēng)面，輸入查閱規(guī)范或參考風(fēng)洞試驗(yàn)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(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)偉 dinochen1983, WindHist說明書表4-2空間點(diǎn)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(fēng)時程。計 算風(fēng)時程的相關(guān)參數(shù)如下表所示，其它按默認(rèn)。表4-3風(fēng)時程生成計算的相關(guān)參數(shù)批數(shù)10基本風(fēng)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(diǎn)擊工具欄的計算時程按鈕，計算完成后

58、，程序自動繪制風(fēng)時程曲線如下圖。第 27 頁 共 36 頁風(fēng)時程生成程序 WINDHIST PRODUCER V1.0 技術(shù)說明書編寫：陳學(xué)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(dǎo)出計算結(jié)果與 SAP2000的分析代碼，點(diǎn)擊工具欄中的導(dǎo)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(jié)果存放于 文件夾里。.打開SAP2000的計算模型，按 3.6所述方法導(dǎo)入 SAP2000的時程分析代碼，注意需選擇Add to existing model這一項(xiàng)。導(dǎo)入完成

59、后，彈出如圖4-5對話框表示導(dǎo)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(fēng)速時程班究JKLQ%2q層電架實(shí)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