對坡頂建筑PKPM結(jié)構(gòu)建模的幾點(diǎn)思考

徐雯雯

南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210000

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對建筑外形的美觀要求日益提升。坡屋頂建筑由于造型的多樣化，受到了人們的青睞。坡屋頂?shù)男问接泻芏喾N，主要有單坡式、雙坡式、四坡式和折腰式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，坡屋頂建筑由于斜梁和斜板構(gòu)件的存在，會對與之相連的梁柱構(gòu)件的剛度產(chǎn)生明顯的影響。

PKPM軟件由于簡單易學(xué)的人機(jī)交互輸入方式，已經(jīng)成為我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要計(jì)算工具之一。但是由于不同建筑外形，特別是坡屋頂建筑，按實(shí)際建模計(jì)算結(jié)果可能會產(chǎn)生一定程度的失真，從而影響整個計(jì)算結(jié)果。因此，計(jì)算軟件只能作為一種輔助手段，不能盲目相信軟件的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)根據(jù)自己的知識儲備對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理的判別。

1 工程實(shí)例

北京延慶地區(qū)某污水廠綜合車間為單層框架結(jié)構(gòu)，建筑立面如下圖所示。建筑檐口至地面高度分別為6．4m、7．2m，屋頂采用高低屋面+雙坡屋頂組合形式。屋脊高度為3．95m，柱截面為700x600，縱向柱距從左至右分別為8．5m、6．6m、6．6m，橫向柱距從下至上分別為8．0m、8．9m、8．0m。北京延慶地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0．20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，抗震設(shè)防乙類。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2011（2016年版）該框架抗震等級為一級[1]。

1.1 按實(shí)際坡頂屋面進(jìn)行計(jì)算

在PKPM中輸入斜梁的方式一般有兩種，第一種是直接修改梁端標(biāo)高，第二種是調(diào)整相關(guān)上節(jié)點(diǎn)高。筆者一般使用第二種方式，調(diào)整上節(jié)點(diǎn)高，使得與該節(jié)點(diǎn)相連的所有構(gòu)件頂標(biāo)高與上節(jié)點(diǎn)高一致。采用上節(jié)點(diǎn)高時應(yīng)輸入正值，否則與屋頂結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層相鄰的下一結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層高度過小，會引起側(cè)向剛度過大，造成如位移角等計(jì)算指標(biāo)的不正常。由于綜合車間采用了高低跨屋面，高差1700，建模時可將高低屋面分別建立標(biāo)準(zhǔn)層。但如高差較小時，將高低屋面建成兩個標(biāo)準(zhǔn)層計(jì)算指標(biāo)也容易失真。此時，可將高低屋面建立在一個標(biāo)準(zhǔn)層，在不同屋脊高度的交界處會有重疊構(gòu)件，可采用方式一調(diào)整兩端標(biāo)高。當(dāng)屋面形式較為復(fù)雜的時候，軟件自動生成的屋面板可能不能形成封閉，可通過設(shè)置虛梁來解決這個問題。虛梁的設(shè)置方式與普通梁的設(shè)置方式相同，但必須將截面設(shè)置成100x100，軟件才能自動識別，并生成與之相對應(yīng)的屋面板。

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的不同，設(shè)計(jì)人可將框架柱直接伸直屋頂生成斜梁或直接采用折梁方式實(shí)現(xiàn)坡屋頂。由于延慶地區(qū)抗震設(shè)防烈度較高，柱距間距較大，筆者將框架柱伸至屋頂，但框架柱在檐口至屋頂高度范圍內(nèi)會形成短柱，構(gòu)造上應(yīng)將柱箍筋加密。本工程檐口處雖沒有設(shè)置平屋面板，但檐口高度處還設(shè)有5噸吊車。因此，筆者在與屋面斜梁對應(yīng)處的分別設(shè)置了框架梁，在建模時平面位置上會有重疊需注意到。在進(jìn)行樓層組裝時，屋頂處標(biāo)準(zhǔn)層頂標(biāo)高取至檐口高度。在SATWE計(jì)算模塊中，程序雖然能正確的考慮斜梁的作用，但會忽略斜板的作用，因此造成檐口的框梁計(jì)算結(jié)果偏小。此外，由于筆者在檐口高度布置了水平橫梁，也能分擔(dān)部分屋頂傳來的水平推力，從而減小屋面斜梁的受力[2-3]。

1.2 按平屋面進(jìn)行簡化計(jì)算

早期由于軟件功能的限制，在實(shí)際坡屋面建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中，設(shè)計(jì)人員通常將將坡屋頂按平屋頂進(jìn)行簡化計(jì)算。這種簡化計(jì)算方式，現(xiàn)仍有不少人在使用。簡化建模時將屋面直接建成平屋面，屋頂高度取至檐口至屋脊中間高度，屋面板荷載應(yīng)根據(jù)屋頂坡度換算成投影荷載。事實(shí)上，在屋頂坡度與屋面跨度都較小時，簡化模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際受力情況誤差較小。

1.3 兩種模型計(jì)算結(jié)果的比較

筆者按照上述兩種思路，分別建立計(jì)算模型，除頂部屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層的不同，其余計(jì)算參數(shù)均統(tǒng)一。荷載加載方式取模擬施工1，考慮偶然偏心，考慮雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，周期折減系數(shù)取0．80，位移比計(jì)算時采用剛性樓板假定，內(nèi)力計(jì)算時不采用剛性樓板假定。

經(jīng)比較分析，坡頂建模計(jì)算出的最大層間位移角為1/605、最大位移為1．34，平屋頂建模計(jì)算出的最大位移角為1/665，最大位移為1．18；坡屋頂建模計(jì)算出的周期大于平屋頂建模計(jì)算周期；坡頂建模計(jì)算柱配筋大于平屋頂建模計(jì)算；坡頂建模框架橫梁、檐口處梁配筋小于平屋頂建模。

2 結(jié)語

綜上所述，坡屋頂建筑如何正確合理地進(jìn)行計(jì)算模型建立是一個十分值得探討的問題。由于本文所討論的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系較為簡易，得出的結(jié)論可能并不全面。筆者認(rèn)為在坡屋頂建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中，可先根據(jù)實(shí)際情況采用坡屋頂建模計(jì)算得出相關(guān)參數(shù)，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，構(gòu)件配筋可采用平屋頂簡化計(jì)算綜合考慮，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況分析判斷計(jì)算結(jié)果是否合理，在保障結(jié)構(gòu)受力安全的前提之下，優(yōu)化配筋，節(jié)省工程投資。