【摘要】在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,坡屋面建模一直是大家關(guān)注的問(wèn)題,也是PKPM建模中的一大難點(diǎn)。能否使軟件建立的坡屋面模型更接近建筑實(shí)物,計(jì)算更加具體真實(shí),也是大家最關(guān)心的問(wèn)題。PKPM建模中,我們有時(shí)將坡屋面簡(jiǎn)化為平屋面進(jìn)行分析,如果坡屋面處設(shè)有一層水平板時(shí),以坡屋面的平均高度作為層高建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層 ,當(dāng)坡屋面沒(méi)有水平板時(shí)候,按下層樓面至屋面的平均高度作為層高建立標(biāo)準(zhǔn)層 ,這種方法雖然簡(jiǎn)捷,但它不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài),所以我們常常把計(jì)算結(jié)果放大,放大到太保守的程度,很不經(jīng)濟(jì)。本人認(rèn)為在PKPM建模允許的情況下,應(yīng)盡量使模型接近實(shí)物才能使軟件更準(zhǔn)確的接近實(shí)際計(jì)算。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);坡屋面;PKPM建模
隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展和人們生活需求的提高,坡屋面結(jié)構(gòu)體系以其外形美觀、立面造型豐富、抗?jié)B漏、不易積水等優(yōu)點(diǎn),受到越來(lái)越多人的青睞。它不僅廣泛應(yīng)用于別墅、寫(xiě)字樓等民用建筑,廠房等工業(yè)建筑,許多高層住宅建筑樓頂也從原來(lái)的平屋頂變成了一頂漂亮的帽子。把它戴在樓頂可以算是一道美麗的風(fēng)景,安全地站在城市的每一個(gè)角落。
1、坡屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
坡屋面一般有兩種結(jié)構(gòu)布置方式:
一種是頂部直接做成斜板 ,當(dāng)然這層斜板也同時(shí)起到屋面板的作用,斜板下可以做梁;也可以不做梁,直接做整體板殼結(jié)構(gòu)。
另一種是做兩層板,一層水平板,一層則按屋面造型來(lái)做,即存在俗稱(chēng)的“悶層”。
這兩種方式都可以在結(jié)構(gòu)跨度比較大的時(shí)候設(shè)置水平梁來(lái)抵消斜屋面產(chǎn)生的水平推力,然后采用梁托小柱的方法支撐傾斜部分。
2、建筑結(jié)構(gòu)布置分析
下面比較一下這兩種結(jié)構(gòu)布置形式:
第一種做“悶層”時(shí),屋頂層對(duì)于空間的利用有較大的好處,實(shí)際上就是直接的提高了屋頂層的層高,特別是建設(shè)單位有特殊要求時(shí)可以采用,這種形式還可分為有折梁屋面和無(wú)折梁屋面。其中若建成有折梁屋面,則應(yīng)注意屋面折梁的梁高取值,梁高應(yīng)取其有效高度,折梁高度按計(jì)算跨度確定;若建成無(wú)折梁屋面,則考慮屋面為一彈性板,這時(shí)在PKPM的SATWE計(jì)算時(shí)應(yīng)將整個(gè)屋面定義為彈性板6,并在參數(shù)設(shè)置時(shí)勾選“樓板按有限元方式設(shè)計(jì)(僅對(duì)彈性板3或6有效)”,這時(shí)程序自動(dòng)按照有限元板殼進(jìn)行分割計(jì)算,應(yīng)注意的是無(wú)折梁屋面的板厚在考慮計(jì)算跨度的情況下應(yīng)取厚一點(diǎn)。在荷載取值方面,板恒載應(yīng)按照平屋面取值,板活載應(yīng)考慮坡屋面的坡度后將荷載換算后布置。
第二種做“悶層”時(shí),屋頂層就有兩塊板形成,水平板一層應(yīng)和平屋面一樣建成梁板柱的框架結(jié)構(gòu),屋面造型一層既可以做有折梁也可以做無(wú)折梁,需設(shè)計(jì)人員按照實(shí)際情況確定,屋面造型一層的兩種做法與第一種形式類(lèi)似。
PKPM中對(duì)于建斜梁斜板通常用“上節(jié)點(diǎn)高”命令來(lái)實(shí)現(xiàn),本人具體的操作是:首先,坡屋面要降節(jié)點(diǎn)高來(lái)建才不會(huì)出問(wèn)題,如果用PKPM升節(jié)點(diǎn)高建模,則有可能會(huì)出現(xiàn)整樓模型顯示時(shí)構(gòu)件連接錯(cuò)誤。即最高點(diǎn)為0,其余點(diǎn)都為負(fù)數(shù),最低點(diǎn)為坡屋面負(fù)高,活荷載需要經(jīng)過(guò)換算后加載在坡屋面上。上節(jié)點(diǎn)高方法先用軸線畫(huà)出坡屋面的投影線,布上100*100的虛梁,確定一個(gè)坡屋面最高點(diǎn),用上節(jié)點(diǎn)高輸入坡屋面最高高度,在最高的虛梁上所有點(diǎn)都是最高點(diǎn),再用“上節(jié)點(diǎn)高”中的“先指定三個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)平面(三點(diǎn)確定一個(gè)平面即三點(diǎn)共面),然后選擇要將上節(jié)點(diǎn)高調(diào)整到該平面上的節(jié)點(diǎn)”命令選擇一個(gè)面三個(gè)點(diǎn)(這三個(gè)點(diǎn)中必定要有最高點(diǎn)和最低點(diǎn)),再把這個(gè)投影平面上的所有的節(jié)點(diǎn)都點(diǎn)一下上升到其相應(yīng)的高度形成一個(gè)坡平面,將所有的坡平面連為一體后即形成了坡屋面。
對(duì)于坡屋面這種斜坡結(jié)構(gòu),其上層斜板與下層樓板平面常相交,造成端部重合,上層斜板與下層樓板在相接部位共用一根梁。PKPM結(jié)構(gòu)模型輸入過(guò)程中,一般應(yīng)分層建模。雖然上層斜板與下層樓板在相接部位共用一根梁,但該梁在每一層的同一位置都要輸入,該梁也稱(chēng)為封口梁。因?yàn)闆](méi)有封口梁則該處不能形成房間,不能生成樓板,也不能輸入和導(dǎo)算該房間上的恒活荷載。對(duì)于封口梁模型,轉(zhuǎn)為計(jì)算模型后,空間上位置重合的兩條網(wǎng)格線會(huì)被歸并成為一條,兩根封口梁也隨之被歸并為一根梁,程序處理的一般原則是保留下層梁的屬性,從上層模型中刪除封口梁信息,并將上層封口梁的荷載疊加至下層梁上。
另外在坡屋面計(jì)算的整體指標(biāo)中剛度比和位移比常常會(huì)超限,在做無(wú)折梁屋面時(shí),定義為彈性板6后,不需要考慮剛度比超限,在薄弱層定義中應(yīng)定義超限的樓層為薄弱層,薄弱層放大系數(shù)高層取1.25,多層取1.15。由于定義了彈性板6,坡屋面板不受全樓剛性樓板假定控制,所以再控制位移比沒(méi)有意義。而且設(shè)為彈性板6后,由于考慮了板的面內(nèi)剛度,會(huì)導(dǎo)致層間位移比有可能出現(xiàn)大于2的情況,這時(shí)應(yīng)在SATWE層塔屬性中選擇不輸出坡屋面的位移比。
3、建立坡屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析
綜上所述,本人認(rèn)為坡屋面PKPM建模中重點(diǎn)應(yīng)歸納為如下幾條:
(1)坡屋面受力復(fù)雜,斜梁的受力情況類(lèi)似于連續(xù)梁,屋脊對(duì)板起到支撐的作用;同時(shí),斜板搭在斜梁上,斜梁對(duì)斜板起到強(qiáng)支座作用,即斜板加入整體計(jì)算后對(duì)內(nèi)力進(jìn)行分擔(dān),這與普通平板受力形式有很大區(qū)別,所以絕對(duì)不能用平屋面建模來(lái)代替坡屋面建模。坡屋頂一般由承重結(jié)構(gòu)和屋面兩部組成,坡屋頂還應(yīng)考慮隔熱和通風(fēng)等問(wèn)題。但斜屋面的造型復(fù)雜、屋面線條多、標(biāo)高種類(lèi)多,對(duì)于跨度比較大的屋面折梁,由于水平推力比較大,柱的彎矩也會(huì)加大,最好設(shè)置水平拉梁,由拉梁來(lái)承擔(dān)水平推力,以減少柱的彎矩。
(2)PKPM在計(jì)算過(guò)程中,把斜板自動(dòng)簡(jiǎn)化為彈性膜,與位移比計(jì)算要求不符,故對(duì)其進(jìn)行位移比控制沒(méi)有意義。選擇不輸出坡屋面層的位移比。
(3)坡屋面斜板在計(jì)算過(guò)程中,其平面內(nèi)的剛度被分解為坐標(biāo)系下x、y兩個(gè)方向分量,從而導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)坡屋面層側(cè)向剛度突變。故定義為薄弱層后無(wú)需考慮剛度比超限。
(4)PKPM建模坡屋面時(shí),切記用降節(jié)點(diǎn)高來(lái)建斜梁斜板,如用升節(jié)點(diǎn)高很可能會(huì)出錯(cuò)。
結(jié)語(yǔ):
在PKPM坡屋面的建模,正確運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,可以妥善修理某些問(wèn)題,并對(duì)傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改善,在安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性得以提高,把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐中。對(duì)于坡屋面的構(gòu)造及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題,特別是及結(jié)構(gòu)的整體性及抗震要求更高,需要設(shè)計(jì)人員搞好這部分的設(shè)計(jì),嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)范和要求,同時(shí)坡屋面選取合理,才不會(huì)影響屋頂?shù)姆浪ЧR虼,?duì)坡屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分析是非常重要的。
參考文獻(xiàn):
[1]劉洧驥.結(jié)合PKPM探討如何合理的配置剪力墻邊緣構(gòu)件縱筋[J].四川水泥,2016(10).
[2]張偉杰.基于PKPM程序的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].低溫建筑技術(shù),2017(01).
[3]高利瓊.基于PKPM模型的既有居住建筑節(jié)能改造應(yīng)用[J].山西建筑,2016(36).