對坡頂建筑PKPM結構建模的幾點思考

徐雯雯

南京市市政設計研究院有限責任公司 江蘇南京 210000

隨著我國國民經濟的發展，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。坡屋頂的形式有很多種，主要有單坡式、雙坡式、四坡式和折腰式。在結構設計方面，坡屋頂建筑由于斜梁和斜板構件的存在，會對與之相連的梁柱構件的剛度產生明顯的影響。

PKPM軟件由于簡單易學的人機交互輸入方式，已經成為我國結構設計的主要計算工具之一。但是由于不同建筑外形，特別是坡屋頂建筑，按實際建模計算結果可能會產生一定程度的失真，從而影響整個計算結果。因此，計算軟件只能作為一種輔助手段，不能盲目相信軟件的計算結果，應根據自己的知識儲備對計算結果進行合理的判別。

1 工程實例

北京延慶地區某污水廠綜合車間為單層框架結構，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。北京延慶地區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0．20g，設計地震分組為第二組，抗震設防乙類。根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2011（2016年版）該框架抗震等級為一級[1]。

1.1 按實際坡頂屋面進行計算

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高，第二種是調整相關上節點高。筆者一般使用第二種方式，調整上節點高，使得與該節點相連的所有構件頂標高與上節點高一致。采用上節點高時應輸入正值，否則與屋頂結構標準層相鄰的下一結構標準層高度過小，會引起側向剛度過大，造成如位移角等計算指標的不正常。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準層。但如高差較小時，將高低屋面建成兩個標準層計算指標也容易失真。此時，可將高低屋面建立在一個標準層，在不同屋脊高度的交界處會有重疊構件，可采用方式一調整兩端標高。當屋面形式較為復雜的時候，軟件自動生成的屋面板可能不能形成封閉，可通過設置虛梁來解決這個問題。虛梁的設置方式與普通梁的設置方式相同，但必須將截面設置成100x100，軟件才能自動識別，并生成與之相對應的屋面板。

根據建筑設計的不同，設計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現坡屋頂。由于延慶地區抗震設防烈度較高，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會形成短柱，構造上應將柱箍筋加密。本工程檐口處雖沒有設置平屋面板，但檐口高度處還設有5噸吊車。因此，筆者在與屋面斜梁對應處的分別設置了框架梁，在建模時平面位置上會有重疊需注意到。在進行樓層組裝時，屋頂處標準層頂標高取至檐口高度。在SATWE計算模塊中，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算結果偏小。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 按平屋面進行簡化計算

早期由于軟件功能的限制，在實際坡屋面建筑結構計算中，設計人員通常將將坡屋頂按平屋頂進行簡化計算。這種簡化計算方式，現仍有不少人在使用。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，屋面板荷載應根據屋頂坡度換算成投影荷載。事實上，在屋頂坡度與屋面跨度都較小時，簡化模型計算結果與實際受力情況誤差較小。

1.3 兩種模型計算結果的比較

筆者按照上述兩種思路，分別建立計算模型，除頂部屋面結構標準層的不同，其余計算參數均統一。荷載加載方式取模擬施工1，考慮偶然偏心，考慮雙向地震扭轉效應，周期折減系數取0．80，位移比計算時采用剛性樓板假定，內力計算時不采用剛性樓板假定。

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

2 結語

綜上所述，坡屋頂建筑如何正確合理地進行計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目結構體系較為簡易，得出的結論可能并不全面。筆者認為在坡屋頂建筑結構計算中，可先根據實際情況采用坡屋頂建模計算得出相關參數，確定結構構件尺寸，構件配筋可采用平屋頂簡化計算綜合考慮，并根據建筑結構實際受力情況分析判斷計算結果是否合理，在保障結構受力安全的前提之下，優化配筋，節省工程投資。