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摘要：利用Sap2000及PKPM对同一结构施加风荷载，研究软件对风荷载计算值的差异，并将计算结果与规范[1]计算值进行对比，用于指导实际工程在风荷载控制下的结构分析与设计。
关键词：SAP2000，PKPM，风荷载，对比
绪论
SAP2000及PKPM为建筑结构常用的分析设计软件，对风荷载的计算有各自特点。本文详细讨论当建筑物在风荷载控制下需要考虑风振效应时，两软件对风荷载计算参数的设置以及影响因素。
1结构模型
为了方便比较，模型设定为无支撑纯钢框架结构，平面18m18m（等分3跨3跨），共10层，层高3m，总高30m，钢柱截面HW400400，主轴平行于X轴，钢梁HN500200，材料为Q345B，不考虑楼板作用，只考虑结构自重荷载，不考虑活荷载作用。
2SAP2000结构分析
SAP2000对风荷载计算有两种方法，分别为通过刚性隔板自动生成，以及通过结构表面虚面手动施加。本文采用第一种方法计算结构风荷载。
材料、截面定义及模型建立完成后，点击定义-荷载模式，分别定义WX及WY荷载模式，类型选择wind，自动侧向荷载选择chinese2012，添加完成后，点击WX，选择修改侧向荷载，出现图1界面。方向角默认0值，结构宽度18m，体形系数1.3，基本风压0.45，基本周期选择模态分析，阻尼比填0.01，点击确定后再以同样方法完成WY的设置，WY方向角填90，其他参数与WX设置相同。
作用对象由于选择了（准）刚性隔板，点击定义-节点约束，在出现的界面框中选择约束类型为Diaphragm，点击添加约束，勾选准刚性隔板，勾选根据标高Z自动指定多个隔板约束，点击确定。选择全部构件，点击指定-节点-节点约束，点击确定。
为了方便后续对风荷载计算结果进行比较，需对整个结构按照层进行截面切割。[2]首先对每层梁柱构件指定为组，并点击定义-截面切割，如图2所示。
定义质量源及荷载组合后，点击运行分析。
点击显示-变形图，选择MODLE，查看第一振型，点击确认。可以查看结构第一振型变形图，并可以看到周期为0.5078、频率值1.969，点击界面下方右向箭头可以查看下一振型变形、周期及频率，并可查看其变形动画。
点击显示-表格，选择otheroutputitems,点击确定后在出现表格中可以查看各层WX及WY风荷载作用值，该表格可以导出为EXCLE文件，方便编辑使用。
经过整理后WX作用荷载值F10~F2分别为，86kN、77kN、72kN、67kN、56kN、51kN、45kN、39kN、34kN。
将计算结果，第一模态振型周期0.5078，代入荷载模式-侧向风荷载，基本周期T1的用户指定值。重新运行分析，风荷载计算结果值与前相同。
3PKPM结构分析
利用PKPM软件建立相同结构模型，风荷载参数设置图3所示。
X向结构基本周期及Y向基本周期为首次运行分析后，得到的结构周期值，其默认值是根据简化公式得到的周期，计算结果有误差。阻尼比填写1%，体形系数填写1.3，分段数1，勾选考虑顺风向风振效应。点击运行计算。点击计算结果-文本查看，风荷载信息，可得WX作用荷载值F10~F2分别为，86kN、81kN、75kN、69kN、64kN、58kN、52kN、47kN、43kN。
4计算对比
根据计算结果，SAP2000模型周期T1=0.5078，PKPM模型周期T1=0.5142，相差1.26%,可见两种软件对周期计算结果接近。按照周期值T1=0.5078，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）式8.1.1-1[1]对X方向计算结构楼层风荷载，对比两种软件计算结果汇总与表1。
从计算结果来看，SAP2000及PKPM风荷载计算值均考虑了顺风向风振效应，且SAP2000与规范楼层风荷载计算值基本吻合，相差在+1%~-2%，而PKPM楼层风荷载计算值与规范计算相比，在20m~30m间楼层相差0%~+4%。在10m~20m楼层相差+12%~+17%，在0m~10m楼层相差+20%~+23%，即PKPM计算结果与规范计算值在上部基本相当，中部、下部逐渐多出规范计算值+12%~+23%。
层间位移角方面，SAP2000与PKPM计算结果接近，从上到下逐渐增大，相差2%~7%。
楼层弯矩，SAP2000与规范计算结果基本吻合，PKPM与规范计算值相比，从上到下，相差0%~6%。
结论
（1）SAP2000计算风荷载时，在修改侧向荷载中基本周期选择模态分析，程序可以自动根据模态分析得到的周期T1值计算结构风荷载，无需手动修改。PKPM风荷载信息中X向、Y向结构基本周期默认值为简化公式[1]计算值，对于风荷载影响较大的建筑物需将运行分析得到的周期值回代，方可得到准确的风荷载。
（2）SAP2000自动侧向风荷载计算可以根据规范准确计算风振系数及风荷载，基本风压输入值一般不需修正。PKPM风荷载计算值较规范计算结果偏大，且从上至下，偏差逐渐增加。
（3）楼层位移计算，用两种软件计算，结果相当，差别不大。从上至下相差2%~7%。考虑到PKPM下部风荷载计算值偏大，其楼层位移在底部楼层偏于保守。
（4）楼层弯矩值SAP2000与规范计算结果相当。PKPM楼层弯矩计算值上部基本与规范值吻合，下部偏大，当结构底部承载力受风荷载控制时，其计算结果偏于保守。
参考文献
[1]《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
[2]王立才.SAP2000中的虚面风荷载.建筑工程技术与设计.2015年5月下