对坡顶建筑PKPM结构建模的几点思考

徐雯雯

南京市市政设计研究院有限责任公司 江苏南京 210000

随着我国国民经济的发展，人们对建筑外形的美观要求日益提升。坡屋顶建筑由于造型的多样化，受到了人们的青睐。坡屋顶的形式有很多种，主要有单坡式、双坡式、四坡式和折腰式。在结构设计方面，坡屋顶建筑由于斜梁和斜板构件的存在，会对与之相连的梁柱构件的刚度产生明显的影响。

PKPM软件由于简单易学的人机交互输入方式，已经成为我国结构设计的主要计算工具之一。但是由于不同建筑外形，特别是坡屋顶建筑，按实际建模计算结果可能会产生一定程度的失真，从而影响整个计算结果。因此，计算软件只能作为一种辅助手段，不能盲目相信软件的计算结果，应根据自己的知识储备对计算结果进行合理的判别。

1 工程实例

北京延庆地区某污水厂综合车间为单层框架结构，建筑立面如下图所示。建筑檐口至地面高度分别为6．4m、7．2m，屋顶采用高低屋面+双坡屋顶组合形式。屋脊高度为3．95m，柱截面为700x600，纵向柱距从左至右分别为8．5m、6．6m、6．6m，横向柱距从下至上分别为8．0m、8．9m、8．0m。北京延庆地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0．20g，设计地震分组为第二组，抗震设防乙类。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2011（2016年版）该框架抗震等级为一级[1]。

1.1 按实际坡顶屋面进行计算

在PKPM中输入斜梁的方式一般有两种，第一种是直接修改梁端标高，第二种是调整相关上节点高。笔者一般使用第二种方式，调整上节点高，使得与该节点相连的所有构件顶标高与上节点高一致。采用上节点高时应输入正值，否则与屋顶结构标准层相邻的下一结构标准层高度过小，会引起侧向刚度过大，造成如位移角等计算指标的不正常。由于综合车间采用了高低跨屋面，高差1700，建模时可将高低屋面分别建立标准层。但如高差较小时，将高低屋面建成两个标准层计算指标也容易失真。此时，可将高低屋面建立在一个标准层，在不同屋脊高度的交界处会有重叠构件，可采用方式一调整两端标高。当屋面形式较为复杂的时候，软件自动生成的屋面板可能不能形成封闭，可通过设置虚梁来解决这个问题。虚梁的设置方式与普通梁的设置方式相同，但必须将截面设置成100x100，软件才能自动识别，并生成与之相对应的屋面板。

根据建筑设计的不同，设计人可将框架柱直接伸直屋顶生成斜梁或直接采用折梁方式实现坡屋顶。由于延庆地区抗震设防烈度较高，柱距间距较大，笔者将框架柱伸至屋顶，但框架柱在檐口至屋顶高度范围内会形成短柱，构造上应将柱箍筋加密。本工程檐口处虽没有设置平屋面板，但檐口高度处还设有5吨吊车。因此，笔者在与屋面斜梁对应处的分别设置了框架梁，在建模时平面位置上会有重叠需注意到。在进行楼层组装时，屋顶处标准层顶标高取至檐口高度。在SATWE计算模块中，程序虽然能正确的考虑斜梁的作用，但会忽略斜板的作用，因此造成檐口的框梁计算结果偏小。此外，由于笔者在檐口高度布置了水平横梁，也能分担部分屋顶传来的水平推力，从而减小屋面斜梁的受力[2-3]。

1.2 按平屋面进行简化计算

早期由于软件功能的限制，在实际坡屋面建筑结构计算中，设计人员通常将将坡屋顶按平屋顶进行简化计算。这种简化计算方式，现仍有不少人在使用。简化建模时将屋面直接建成平屋面，屋顶高度取至檐口至屋脊中间高度，屋面板荷载应根据屋顶坡度换算成投影荷载。事实上，在屋顶坡度与屋面跨度都较小时，简化模型计算结果与实际受力情况误差较小。

1.3 两种模型计算结果的比较

笔者按照上述两种思路，分别建立计算模型，除顶部屋面结构标准层的不同，其余计算参数均统一。荷载加载方式取模拟施工1，考虑偶然偏心，考虑双向地震扭转效应，周期折减系数取0．80，位移比计算时采用刚性楼板假定，内力计算时不采用刚性楼板假定。

经比较分析，坡顶建模计算出的最大层间位移角为1/605、最大位移为1．34，平屋顶建模计算出的最大位移角为1/665，最大位移为1．18；坡屋顶建模计算出的周期大于平屋顶建模计算周期；坡顶建模计算柱配筋大于平屋顶建模计算；坡顶建模框架横梁、檐口处梁配筋小于平屋顶建模。

2 结语

综上所述，坡屋顶建筑如何正确合理地进行计算模型建立是一个十分值得探讨的问题。由于本文所讨论的项目结构体系较为简易，得出的结论可能并不全面。笔者认为在坡屋顶建筑结构计算中，可先根据实际情况采用坡屋顶建模计算得出相关参数，确定结构构件尺寸，构件配筋可采用平屋顶简化计算综合考虑，并根据建筑结构实际受力情况分析判断计算结果是否合理，在保障结构受力安全的前提之下，优化配筋，节省工程投资。