概述：網(wǎng)架本身具有：重量輕、剛度大、抗震性能好、空間大等自身的優(yōu)勢，所以越來越受到大家的青睞。大跨度樓蓋和屋蓋的應(yīng)用也越來越普遍，也越來越多的出現(xiàn)在大家的視線中，比如：加油站、門廳、大型展廳，都喜歡采用這種混搭結(jié)構(gòu)形式。但是大部分設(shè)計師，對于這種結(jié)構(gòu)如何建模及進(jìn)行整體計算非常困惑，本篇文章將詳細(xì)講解，如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PKPM中快速完成這類結(jié)構(gòu)的建模及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。
一、網(wǎng)架獨立計算的缺點和整體計算的必要性
大家對于這種結(jié)構(gòu)，有一些很簡化的處理方法。一般都是先對網(wǎng)架單獨進(jìn)行計算分析，然后把支座力以集中力的形式，加到下部主體結(jié)構(gòu)中，以此來考慮網(wǎng)架荷載對下部結(jié)構(gòu)的影響。另外，因為網(wǎng)架的面內(nèi)剛度很大，所以設(shè)計師一般采用一些近似的方法，模擬網(wǎng)架剛度對主體結(jié)構(gòu)的影響，比如：用虛梁、用等代梁、用剛性桿件、用剛性樓板模擬等。但這些模擬方法都是不準(zhǔn)確的，因為不管用什么方法模擬，都沒有真實的把上部網(wǎng)架建到模型中，更無法實現(xiàn)上部網(wǎng)架和下部主體結(jié)構(gòu)的整體計算分析，尤其是網(wǎng)架單獨分析與整體分析在動力特性上的差異。所以這些簡化處理方法，都無法真實反映出網(wǎng)架的剛度、沒有反映出網(wǎng)架真實的變形及振動、無法準(zhǔn)確考慮豎向地震的影響、無法考慮上下部的相互作用，以及大屋蓋結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的整體效應(yīng)。簡言之，這些近似的處理方法都是不準(zhǔn)確的，網(wǎng)架與下部結(jié)構(gòu)整體計算是十分必要的。
二、相關(guān)的規(guī)范條文
規(guī)范中對于該類結(jié)構(gòu)的規(guī)定很多，下面列出其中幾處，供大家參考：
《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》10.2.7中提到：
屋蓋結(jié)構(gòu)抗震分析的計算模型，應(yīng)符合下列要求：
1、應(yīng)合理確定計算模型，屋蓋與主要支承部位的連接假定應(yīng)與構(gòu)造相符。
2、計算模型應(yīng)計入屋蓋結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。
《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》10.2.7條文說明：屋蓋結(jié)構(gòu)自身的地震效應(yīng)是與下部結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的結(jié)果。由于下部結(jié)構(gòu)的豎向剛度一般較大，以往在屋蓋結(jié)構(gòu)的豎向地震作用計算時通常習(xí)慣于僅單獨以屋蓋結(jié)構(gòu)作為分析模型。但研究表明，不考慮屋蓋結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，會對屋蓋結(jié)構(gòu)的地震作用，特別是水平地震作用計算產(chǎn)生顯著影響，甚至得出錯誤結(jié)果。即便在豎向地震作用計算時，當(dāng)下部結(jié)構(gòu)給屋蓋提供的豎向剛度較弱或分布不均勻時，僅按屋蓋結(jié)構(gòu)模型所計算的結(jié)果也會產(chǎn)生較大的誤差。因此，考慮上下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用是屋蓋結(jié)構(gòu)地震作用計算的基本原則。
考慮上下部結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的最合理方法是按整體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行地震作用計算。因此對于不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，抗震計算應(yīng)采用整體結(jié)構(gòu)模型。當(dāng)下部結(jié)構(gòu)比較規(guī)則時，也可以采用一些簡化方法(如等效為支座彈性約束)來計入下部結(jié)構(gòu)的影響。但是，這種簡化必須依據(jù)可靠且符合動力學(xué)原理。
透過以上內(nèi)容，可以非常清晰的看到，對于這種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析的必要性。
三、應(yīng)用PKPM整體建模方法
為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)形式的快速建模，V3以后的版本，利用PMSAP核心的集成設(shè)計，即圖1。
圖1
因為該產(chǎn)品線是PM和Spas的結(jié)合，對于下部的標(biāo)準(zhǔn)層依然可以在PM中正常建模，只有上部的空間網(wǎng)架需要采用Spas的建模方式。
具體的操作流程如下：
1、新建工程目錄，并且在左側(cè)選擇第二條產(chǎn)品線：PMSAP核心的集成設(shè)計。然后直接進(jìn)入【結(jié)構(gòu)建�！磕K中；
2、此時會進(jìn)入PMCAD建模界面，設(shè)計師可以在該界面下，建立下部主體結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示；
圖2
3、建完下部主體結(jié)構(gòu)后，開始建立空間網(wǎng)架；進(jìn)到空間層有兩條路徑：路徑一，點擊：【基本丨工具】>【空間建�！坎藛�，程序即可自動進(jìn)入空間建模模塊，如圖3所示；
圖3
路徑二，點擊【添加新標(biāo)準(zhǔn)層】>【空間標(biāo)準(zhǔn)層】，也可以進(jìn)入空間層建模功能，如圖4所示：
圖4
4、進(jìn)入空間層功能后，程序會彈出圖5的對話框。
圖5
設(shè)計師可以根據(jù)工程需要，選擇顯示部分樓層，或者顯示全部樓層（對于樓層比較多的工程，可以選擇顯示部分樓層，使得后續(xù)操作更方便）；
5、創(chuàng)建上部網(wǎng)架模型。對于上部網(wǎng)架，程序支持：自己創(chuàng)建或者外部導(dǎo)入兩種方式；
方法一，圍區(qū)網(wǎng)架：如果是非常規(guī)則的網(wǎng)架，可以使用程序提供的【圍區(qū)網(wǎng)架】功能，如圖6所示。
圖6
具體操作步驟如下：
a）選擇【圍區(qū)網(wǎng)架】命令；
b）沿逆時針依次選擇節(jié)點，直至形成封閉圍區(qū)，然后右鍵確定。
c）選擇與網(wǎng)架網(wǎng)格平行的兩點，會彈出圖7所示的對話框。
圖7
設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)后，即可形成圖8所示的網(wǎng)架；最后按照實際截面進(jìn)行構(gòu)件布置即可。
圖8
方法二，外部導(dǎo)入：
a）先用pmsap打開已經(jīng)建好的網(wǎng)架，點擊圖9中的【設(shè)基點】命令，再點擊網(wǎng)架中的某一點。這樣，下次導(dǎo)入該網(wǎng)架時，就會以剛剛設(shè)置的點左右對位基點；
圖9
b）【PMSAP核心的集成設(shè)計】打開已經(jīng)建好的下部結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)入空間標(biāo)準(zhǔn)層；
c）點擊【導(dǎo)入子結(jié)構(gòu)】，然后根據(jù)定位基點，把網(wǎng)架拼到下部結(jié)構(gòu)中即可，如圖10所示。
圖10
6、對下部主體結(jié)構(gòu)和上部空間網(wǎng)架層，進(jìn)行組裝：
1）點擊【返回】鍵，回到PM建模界面，如圖11所示；
圖11
2）點擊：【樓層組裝】>【空間層組裝】，會彈出圖12所示的空間層組裝對話框；
圖12
3）根據(jù)實際工程情況，選擇“空間標(biāo)準(zhǔn)層號”，以及對應(yīng)的“標(biāo)準(zhǔn)層號”，本實例的空間層以及標(biāo)準(zhǔn)層號都是1；
4）設(shè)置好對應(yīng)關(guān)系后，點擊“添加”即可完成空間層的組裝。拼裝后的完整模型，如圖13所示：
圖13
四、幾個關(guān)鍵點說明
如果設(shè)計師看的仔細(xì)的話，會發(fā)現(xiàn)剛才導(dǎo)入的網(wǎng)架中，有一根豎向的短線；其實這根短線是用來模擬支座的。因為網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)之間需要通過支座連接，所以這里通過一根短柱來模擬支座。
下面說一下支座的建模，以及支座和下部結(jié)構(gòu)的連接如何模擬；
1）支座的模擬：
模擬支座的小短柱，可以按照實際支座的高度建模即可（一般是300-600mm之間）；支座的截面寬度，可以定在300-400mm左右。
如果把支座層單獨建成一個標(biāo)準(zhǔn)層，并且與下部結(jié)構(gòu)一起組裝的話，因為該層柱子太短，剛度較大，為了規(guī)避掉這個問題，建議設(shè)計師把該短柱層，直接建到上部網(wǎng)架層中；本例題即是采用的這種建模方法。
2）支座層與下部結(jié)構(gòu)的連接形式：
根據(jù)實際工程情況不同，網(wǎng)架與下部結(jié)構(gòu)的連接形式，也可能有所不同，比如：滑動、鉸接等。
設(shè)計師可以根據(jù)自己的工程情況，在程序中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，即可達(dá)到不同的約束效果，如圖14所示;
圖14
圖14中，K11、K22、K33，表示三個方向的平動約束剛度；Kθ1、Kθ2、Kθ3，表示三個方向的轉(zhuǎn)動約束剛度；如果按照上圖的約束剛度填寫，即是常見的鉸接形式。
因為每個節(jié)點有三個平動、三個轉(zhuǎn)動六個自由度，設(shè)計師可以根據(jù)自己的工程情況，進(jìn)行約束剛度的填寫，進(jìn)而可以達(dá)到不同的約束情況。
另外：對于一般不會產(chǎn)生附加阻尼的支座，圖14中的阻尼系數(shù)填零即可.
約束形式定義好后，即可布置到模型中，如圖15所示：
到此，上部網(wǎng)架和下部主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完整拼接到一起；設(shè)置好相應(yīng)的計算參數(shù)后，就可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算和分析了。
小結(jié)：
本文較為詳細(xì)的介紹了底部結(jié)構(gòu)與頂層網(wǎng)架這種常見結(jié)構(gòu)形式的建模方法、參數(shù)設(shè)置等，希望會對設(shè)計師能夠有所幫助。
參考文獻(xiàn)
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