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協(xié)會刊物

坡屋面建模方法對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的影響

時間日期：2007-2-28 已被閱讀次：[8953]

佛山南方建筑設(shè)計院有限公司黃志鵬曾凝芬

　　近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，新型住宅小區(qū)的不斷涌現(xiàn)，這些住宅小區(qū)除了注重單體
戶型建筑設(shè)計外，整體造型也要求非常優(yōu)美。為使房屋更具個性化，很多住宅小區(qū)都喜歡選
用較能突出屋面造型的斜屋面結(jié)構(gòu)，坡屋面的設(shè)計和建造越來越得到廣泛的應(yīng)用。本文就現(xiàn)
在建筑結(jié)構(gòu)人員對斜屋面錄入處理方法進(jìn)行對比和分析。
　　在現(xiàn)時的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中，一般使用斜梁建模。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在PMCAD軟件中人機交互
建模一般要用“改上節(jié)點高”或者“梁兩端標(biāo)高”方式錄入坡屋面梁。由于坡屋面的系統(tǒng)錄
入比較煩瑣，很多結(jié)構(gòu)人員就直接利用坡屋面的垂直投影平面進(jìn)行簡化錄入計算，結(jié)果套用
在坡屋面梁上。那么簡化模型與真實模型之間有什么區(qū)別？本文就利用實際工程的錄入坡屋
面（下簡稱斜梁模型）與錄入坡屋面的垂直投影平面（下簡稱平梁模型）的不同錄入方法進(jìn)
行對比，希望能拋磚引玉，與大家共同展開討論。
　　某工程為框架結(jié)構(gòu)小高層，共11＋1層，總高度38.5m�？拐鹪O(shè)防裂度為6度，地震基本
加速度為0.05g，周期折減系數(shù)為0.8，考慮偶然偏心的影響，并采用總剛模型計算。該結(jié)構(gòu)
的坡屋面三維線框圖，坡屋面的平面圖如圖1所示。
　　為了比較兩種建模方法對結(jié)構(gòu)計算的影響，現(xiàn)分別對兩種計算模型進(jìn)行計算：第一種模
型按坡屋面真實斜梁錄入模式對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算；第二種模型按坡屋面的垂直投影面平梁錄入
模式對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。兩種模型錄入的計算荷載和計算參數(shù)均統(tǒng)一取值。
　　
現(xiàn)使用結(jié)構(gòu)人員較常使用的PKPM軟件中的SATWE進(jìn)行計算對比，對計算過程及結(jié)果做
以下分析：
　　1.因為在PKPM系列中TAT和SATWE軟件都忽略屋面斜板而只進(jìn)行屋面斜梁的計算，所以兩
種模型的板荷載取值都是按簡化方法計算的。故平梁模型板和斜梁模型板荷載取值均應(yīng)為實
際坡屋面荷載的投影到平屋面上的取值。從SATWE板荷載導(dǎo)算到梁上線荷載的計算結(jié)果中，
板荷載相同取值的情況下，平梁模型和斜梁模型導(dǎo)算出來的梁上線荷載的恒荷和活荷值均為
相同，從中可以得到印證。
　　2.從表1、表2 可以看出，平梁模型與斜梁模型的周期與位移結(jié)果都接近。采用平梁模
型錄入對結(jié)構(gòu)整體周期、位移計算結(jié)果影響不大。
　　3.從內(nèi)力圖表3、表4 可以看出，在豎向荷載作用下斜梁模型直接按斜梁建模，但由于
豎向荷載作用方向不是垂直梁方向，這樣就導(dǎo)致梁產(chǎn)生軸分力；平梁模型由于是直接投影在
水平面上，所以假定了豎向荷載梁垂直梁方向，這樣梁的內(nèi)力圖就沒有產(chǎn)生軸向力。一般住
宅工程由于梁跨度、梁荷和梁受荷面積都不大，所以產(chǎn)生的軸力也不大。故兩種計算模型算
出的構(gòu)件內(nèi)力有一定的差別，但差別也不是很大。在結(jié)合計算分項和放大系數(shù)的參與后，使
這種差距進(jìn)一步縮小到幾乎相等的程度。在構(gòu)件的配筋圖上可以得到印證。
　　4.從內(nèi)力圖表5、表6 可以看出，由于斜梁模型梁產(chǎn)生軸力就會對柱內(nèi)力產(chǎn)生影響（特
別是邊柱），但柱構(gòu)件內(nèi)力相差不大。原因一，梁的軸力不大，柱因此產(chǎn)生的內(nèi)力影響也就
不大；原因二，當(dāng)中柱時（如"個"型），柱兩邊梁都產(chǎn)生軸力，使柱達(dá)到平衡。因此，筆者
建議，在設(shè)計坡屋面時邊框梁應(yīng)加大構(gòu)造措施，考慮它成為一個類似圈梁受力結(jié)構(gòu)。同時實
際工程中，由斜梁與拉梁層組成“△”型的桁架結(jié)構(gòu)，斜梁對柱產(chǎn)生的水平分力可以考慮由
拉梁受拉來承受。
　　5.屋面斜板如果定義了彈性板6（考慮屋面斜板對平面外的剛度，樓板與梁共同分擔(dān)上
部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力），屋面梁的內(nèi)力值就會明顯小于沒定義彈性板結(jié)構(gòu)的梁內(nèi)力，這樣計算的結(jié)
果是使梁彎矩和配筋偏少。從傳力途徑來說剛性樓板是所有樓面均由梁承擔(dān)，再由梁傳給豎
向受力構(gòu)件；而定義了彈性樓板計算后樓板與梁共同分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。也就是說梁減少了
對部分荷載的受力，減少的部分荷載由彈性樓板直接傳給豎向受力構(gòu)件承受。因此，筆者建
議計算坡屋面結(jié)構(gòu)梁計算受力應(yīng)該采用剛性樓板的計算結(jié)果比較穩(wěn)妥。
　　綜上所述，對于住宅工程而言，采用平梁模型的假定一般能夠滿足計算精度的要求，對
計算的結(jié)果影響不大。因此坡屋面結(jié)構(gòu)的計算模式可以采用錄入坡屋面的垂直投影為平屋面
的錄入模式來簡化錄入步驟，但對計算結(jié)果應(yīng)經(jīng)過判斷和校核，在確認(rèn)其合理有效后，方可
用于工程設(shè)計。本文不足之處，還請廣大設(shè)計人員批評指正。

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