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1、对坡屋面建模在PKPM中常见问题的思考摘要：在结构设计中，斜坡屋面建模一直是大家关注的问题。能否使软件建立的坡屋面模型更接近建筑实物，计算更加具体真实，也是大家最关心的问题。以下介绍了关于坡屋面建立模型过程中遇到的几个常见问题，和大家一起共同探讨一下。关键词：坡屋面；上节点高；封口梁；虚拟梁引言随着我国城市建设的快速发展，人民居住生活需求水平的提高，结构体系中的坡屋面造型以其优美的外观，丰富的立面造型，防渗漏不易积水等显著特点，受到了越来越多人的青睐，不仅广泛应用于别墅、办公楼这样的民用建筑以及厂房这样的工业建筑，很多高层多层住宅楼的屋顶也由原先的平顶变成了一顶顶漂亮的帽子，戴在建筑物的顶端，
2、不失为一道道亮丽的风景，安然地矗立在城市的每个角落。1坡屋面的特点近年来，坡屋面越来越受到人们的喜爱。特别是在住宅小区、别墅等建筑中应用较多。坡屋面的主要特点是：建筑效果美观，可以做出多种造型，使建筑立面更加丰富；排水效果好。与平屋面相比，坡屋面不易积水，排水线路顺畅；利用屋顶的坡屋面作为太阳能平台，环保节能，也不影响建筑美观。2坡屋面的结构布置方式坡屋面根据坡面组织的不同可以分为单坡屋面，双坡屋面、四坡屋面及多坡屋面等。单坡屋面多用于房屋为外走廊，进深比较小的建筑，双坡屋面及多坡屋面则用于建筑立面要求比较丰富。的别墅或其他建筑。框架结构的坡屋面结构布置方式常见的有两种：一种有平屋面，一种无平
3、屋面。无平屋面是将顶部直接做成斜板该斜板兼作屋面板。当结构跨度较大时。应在斜坡最低点处设置水平拉梁来抵消斜屋面产生的水平推力，如果结构跨度较小，可以不设拉梁。有平屋面时先做一层水平板作屋面板，倾斜部分按照屋面造型做。一般情况下，两种方案都可以在坡屋面的斜坡最低点处设置水平框架梁，然后采用梁托小柱支撑倾斜部分。从结构造价上看，无平屋面相对有平屋面低，但屋面保温、隔热及防水做法则后者优于前者。3坡屋面在PKPM中的建模方法从结构布置方式可以看出.坡屋面不管是平脊还是斜脊.其横断面都是人字形的折板，其结构的受力状态与拱、壳结构类似。在这种受力状态下，在折板支撑处会产生较大的水平推力.这也是坡屋面区别
4、于一般的平屋面结构的地方。另一方面坡屋面脊线的变形形态与框架结构是存在差异的.但在目前的软件条件及设计中，坡屋面的建模和分析还主要是按照梁柱板的框架结构来进行考虑的。首先，在PKPM建模中，我们有时将坡屋面简化为平屋面进行分析，如果坡屋面处设有一层水平板时，以坡屋面的平均高度作为层高建立一个标准层，当坡屋面没有水平板时候，按下层楼面至屋面的平均高度作为层高建立标准层，这种方法虽然简捷，但它不能反映结构的真实状态，所以我们常常把计算结构放大，放大到太保守的程度，很不经济。越接近真实越好，使结构受力方面更好的得以体现，右PKPM里输入斜梁的方式，基本有两种：第一种可以采用上节点高这个命令来实现，平
5、面上的一个节点可以分为上节点和下节点，分别为相对于本层标高的上面和下面的高度.两者的高差就是层高，我们一般把屋脊处最高点设置为本层层高，坡屋面下的其他节点的上节点高一般都为负值：第二种是输入梁两端的梁顶标高得以实现建斜梁的目的。设置上节点高好处在于如果结构构件两点都被调整，这样可以使与此结构构件上相连接的其他构件，比如梁、柱、墙形成连动，标高同时随构件的斜度而改变。输人梁顶标高这种方法，一般用于定义个别的层间梁或者错层梁，这样的话.不会与相连接的构件，与之关联。其次，斜梁上的荷载输入是斜梁沿水平或者垂直方向的量，并不是斜梁沿斜长方向的荷载分布，但实际工程中，我们经常只仅仅输入斜梁沿斜长方向的荷
6、载分布，这样计算结果往往偏小，不利于结构安全。所以在设计斜坡屋面时，应将斜梁沿斜长方向的荷载分布换算为斜梁沿水平或垂直方向分布的量，以保证计算正确。关于荷载的传递，一般对于坡屋面、体育场看台等斜坡结构，其上层斜板与下层楼板平面常相交、造成端部重合，上层斜板与下层楼板在相接部位共用一根梁。PM结构模型输入过程中，一般应分层建模，先是上层斜板与下层楼板在相接部位共用一根梁.该梁在每一层的同一位置都要输入，该梁称为封口梁。因为没有封口梁则该处不能形成房间、不能生成楼板，也不能输入和导算该房间上的恒活荷载：对于PM模型中的封口梁模型，转为计算模型后，空间上位置重合的两条网格线会被归并成为一条，两根封口
7、梁也随之被归并为一根梁，程序处理的一般原则是保留下层梁的属性，从上层模型中删除封口梁信息，并将上层封口梁的荷载叠加至下层梁上。可见起主导荷载作用的是封口梁，其与下层封口梁之间有一一对应关系.这种对应关系必须是完全相互重合并对应的，如上层为一根粱而下层同一位置为两根或者多根梁，此时楼板都自动生成并进行导荷，而且所有的梁全部参与了结构刚度计算，并且荷载不能合并，各有各的计算结果。所以这种完全对应关系，是建立坡屋面与下层构件之间荷载能否正确传递的关键，也为生成坡屋面的屋面板起了作用。当然在这个过程中，由于坡屋面造型各异，我们还需要给带弯折的屋面斜板设置100100的虚拟梁，以此来做板带区分，使荷载更
8、顺利的传递，也使模型更接近真实。4坡屋面分析中需要注意的几点问题（1）PKPM软件可以分析斜梁，但不能分析斜板，因此如果直接按模型建立的尺寸来计算，程序只按平面板考虑。但实际斜板的长度会随屋面倾斜角度不同而不同，结果存在偏差。如果只计算板，不考虑其对结构刚度的影响，可以单独按板的尺寸建一个模型，施加屋面荷载进行计算。（2）荷载计算：由于1的原因，不论按平屋面建模还是按坡屋面建模，计算屋面荷载时均应除以cos（为屋面板的倾斜角度），将其转换为作用于水平板上的荷载值，以保证计算正确。（3）斜屋面板类似于拱、壳结构，在外荷载作用下会产生水平推力，尤其是在结构跨度比较5 坡屋面中斜板对计算模型的影响按
9、斜板建模的坡屋面，程序计算时将其考虑为弹性膜或者弹性板，其对结构的整体刚度也有显著的影响.同时对与其相连的构件内力也会受到影响。由此，在一定范围内随着屋面斜板坡度的增大及由此带来的结构总高度的增加，结构的周期和最大层间位移与平均层间位移的比值越来越大。因此在设计中必须按照实际情况进行建立坡屋面斜板的计算模型，才能得出正确的结构整体分析结果，保证设计的安全，提高效率。由于屋面坡度的变大，斜梁的跨度增加从而计算出的屋面斜梁弯矩增大；而水平的屋脊梁弯矩却随着屋面坡度的增大而减小，这说明程序计算时充分考虑了斜板的刚度及对内力的分担作用。总之，框架结构中若按平屋面或者不按实际角度进行建模计算，梁柱的计算结果偏小，存在安全隐患；而板的计算结果偏大，造成浪费。建立坡屋面结构模型应认真核查屋面斜板是否生成正确，在SATWE分析时对斜板采用弹性膜或者弹性板进行分析。建立符合实际情况的坡屋面结构计算模型，是做出合理、安全、经济的结构设计的重要前提。6结语坡屋面在现代建筑行业中应用越来越广泛，如何正确的进行受力分析和模型建立是个很值得探讨的问题，本文只是浅谈了几个常见问题，还有很多需要更深入研究和讨论的地方，随着科学发展和社会进步，相信这方面的问题能得到更好的解决。7参考文献1李丽，混凝土结构设计规范fs.2王丽娟，建筑抗震设计规范s.3GB50011-2010，建筑抗震设计规范s.
