坡屋面建模方法对结构计算结果的影响

坡屋面建模方法对结构计算结果的影响

佛山南方建筑设计院有限公司黄志鹏曾凝芬

近年来，随着城市建设的发展，新型住宅小区的不断涌现，这些住宅小区除了注重单体户型建筑设计外，整体造型也要求非常优美。为使房屋更具个性化，很多住宅小区都喜欢选用较能突出屋面造型的斜屋面结构，坡屋面的设计和建造越来越得到广泛的应用。本文就现在建筑结构人员对斜屋面录入处理方法进行对比和分析。

在现时的结构设计软件中，一般使用斜梁建模。结构设计人员在PMCAD软件中人机交互

建模一般要用“改上节点高”或者“梁两端标高”方式录入坡屋面梁。由于坡屋面的系统录

入比较烦琐，很多结构人员就直接利用坡屋面的垂直投影平面进行简化录入计算，结果套用在坡屋面梁上。那么简化模型与真实模型之间有什么区别？本文就利用实际工程的录入坡屋面（下简称斜梁模型）与录入坡屋面的垂直投影平面（下简称平梁模型）的不同录入方法进行对比，希望能抛砖引玉，与大家共同展开讨论。

某工程为框架结构小高层，共11＋1层，总高度38.5m。抗震设防裂度为6度，地震基本

加速度为0.05g，周期折减系数为0.8，考虑偶然偏心的影响，并采用总刚模型计算。该结构的坡屋面三维线框图，坡屋面的平面图如图1所示。

为了比较两种建模方法对结构计算的影响，现分别对两种计算模型进行计算：第一种模型按坡屋面真实斜梁录入模式对结构进行计算；第二种模型按坡屋面的垂直投影面平梁录入模式对结构进行计算。两种模型录入的计算荷载和计算参数均统一取值。

现使用结构人员较常使用的PKPM软件中的SA TWE进行计算对比，对计算过程及结果做以下分析：

1.因为在PKPM系列中TA T和SA TWE软件都忽略屋面斜板而只进行屋面斜梁的计算，所以两

种模型的板荷载取值都是按简化方法计算的。故平梁模型板和斜梁模型板荷载取值均应为实际坡屋面荷载的投影到平屋面上的取值。从SA TWE板荷载导算到梁上线荷载的计算结果中，

板荷载相同取值的情况下，平梁模型和斜梁模型导算出来的梁上线荷载的恒荷和活荷值均为相同，从中可以得到印证。

2.从表1、表2 可以看出，平梁模型与斜梁模型的周期与位移结果都接近。采用平梁模型录入对结构整体周期、位移计算结果影响不大。

3.从内力图表3、表4 可以看出，在竖向荷载作用下斜梁模型直接按斜梁建模，但由于竖向荷载作用方向不是垂直梁方向，这样就导致梁产生轴分力；平梁模型由于是直接投影在水平面上，所以假定了竖向荷载梁垂直梁方向，这样梁的内力图就没有产生轴向力。一般住宅工程由于梁跨度、梁荷和梁受荷面积都不大，所以产生的轴力也不大。故两种计算模型算出的构件内力有一定的差别，但差别也不是很大。在结合计算分项和放大系数的参与后，使这种差距进一步缩小到几乎相等的程度。在构件的配筋图上可以得到印证。

4.从内力图表5、表6 可以看出，由于斜梁模型梁产生轴力就会对柱内力产生影响（特别是边柱），但柱构件内力相差不大。原因一，梁的轴力不大，柱因此产生的内力影响也就不大；原因二，当中柱时（如"个"型），柱两边梁都产生轴力，使柱达到平衡。因此，笔者建议，在设计坡屋面时边框梁应加大构造措施，考虑它成为一个类似圈梁受力结构。同时实

际工程中，由斜梁与拉梁层组成“△”型的桁架结构，斜梁对柱产生的水平分力可以考虑由拉梁受拉来承受。

5.屋面斜板如果定义了弹性板6（考虑屋面斜板对平面外的刚度，楼板与梁共同分担上部结构的内力），屋面梁的内力值就会明显小于没定义弹性板结构的梁内力，这样计算的结果是使梁弯矩和配筋偏少。从传力途径来说刚性楼板是所有楼面均由梁承担，再由梁传给竖向受力构件；而定义了弹性楼板计算后楼板与梁共同分担上部结构荷载。也就是说梁减少了对部分荷载的受力，减少的部分荷载由弹性楼板直接传给竖向受力构件承受。因此，笔者建议计算坡屋面结构梁计算受力应该采用刚性楼板的计算结果比较稳妥。

综上所述，对于住宅工程而言，采用平梁模型的假定一般能够满足计算精度的要求，对计算的结果影响不大。因此坡屋面结构的计算模式可以采用录入坡屋面的垂直投影为平屋面的录入模式来简化录入步骤，但对计算结果应经过判断和校核，在确认其合理有效后，方可用于工程设计。本文不足之处，还请广大设计人员批评指正。

网上参考意见

坡屋面输入办法

1、输成平屋面在手算考虑轴拉力及坡顶构造比较合适。

2、平屋面输入，计算时适当考虑加大顶层配筋，加强水平推力处的构造。