坡屋面结构设计
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摘要：本文结合实例，用不同建模方式模拟坡屋面，比较了各种方法的差异。
关键词：坡屋面 简化计算
Abstract: this paper, use different modeling method simulation slope roof, compares the differences of various methods.
Keywords: slope roof simplified calculation
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 前言
由于建筑功能、造型等需要，坡屋面在实际工程中被大量运用。如何对坡屋面结构进行分析、设计，满足工程需要是个需要解决的问题。尹晶[1]针对目前国内普遍使用的PKPM软件，给出了工程中常用的几种模拟坡屋面的方法，但未继续深入分析。本文结合一坡屋面实际工程，利用PKPM软件详细分析了各种模拟方式下计算结果的不同。
2 工程概况
本工程采用框架结构，为简化计算，只选取顶层坡屋面进行建模，檐口高度为4m。结构抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地类别为IV类，框架抗震等级为三级，结构重要性系数为1.0，基本风压为0.5KN/m2，结构梁板柱混凝土强度等级为C25。结构平面布置如图1所示。
图1 结构平面示意图
3 分析计算
分别采用平屋面（平屋面模型分为屋面标高4.000和屋面标高增加坡屋面半层层高，即5.625两种）、实际坡屋面三种方式进行建模计算。平屋面模型采用SATWE进行计算，坡屋面模型采用SATWE和PMSAP进行计算。
3.1 总体指标
计算结构总体指标对比见表1：
表1：总体信息汇总表
Y向位移角 1/2834 1/1438 1/1558 1/2197
通过以上各个模型的计算结果可以发现：
1）按4.000标高建立的平屋面模型整体刚度最大，各振型周期最短。
2）相比PMSAP的空间建模计算结果，平屋面考虑半层屋面高度的抗侧刚度及周期最为接近，位移角偏大。
3.2 梁柱内力配筋计算结果
在平面中选取柱1（角柱）、柱2（中柱）进行不同模型下柱内力对比，选取y方向梁1进行不同模型下梁内力对比。
柱1 内力计算结果
平屋面模型（4.000） 平屋面模型（5.625） 坡屋面（1：2） 坡屋面(PMSAP)
RX Shear-x -13.0 -13.7 -6.3 5.0
RX My-TOP 24.4 36.8 11.9 -9.3
RY Shear-y -11.4 -12.2 -20.4 22.6
RY Mx-TOP 20.3 31.4 35.6 37.8
恒载Mx-TOP -37.9 -31.4 -34.8 -45.7
柱2 内力计算结果
平屋面模型（4.000） 平屋面模型（5.625） 坡屋面（1：2） 坡屋面(PMSAP)
RX Shear-x -13.1 -13.5 -6.7 8.1
RX My-TOP 25.7 37.3 22.9 -27.5
RY Shear-y -13.7 -14.0 -4.2 4.6
RY Mx-TOP 26.8 38.8 14.7 16.2
恒载Mx-TOP 13.1 10.4 3.9 9.6
梁1内力计算结果
平屋面模型（4.000） 平屋面模型（5.625） 坡屋面（1：2） 坡屋面(PMSAP)
RX M-j 13.0 19.0 5.8 -0.6
RX V-j 4.5 6.7 3.8 -0.2
RX N -0.9 -0.9 5.1 0.7
RY M-j -15.2 -22.3 -6.9 8.8
RY V-j -5.3 -7.9 -4.4 4.3
RY N 0.8 0.8 6.0 4.6
恒载 M-j -146.8 -147.0 -65.2 -88.6
恒载 V-j -109.6 -110.7 -82.9 90.9
恒载 N -5.0 -2.9 -52.0 -63.5
分析以上结果，可以发现下面几个特点：
1）Y方向梁1的弯矩、剪力均表现为平屋面模型大于坡屋面模型，这是由于梁与水平面存在夹角，荷载部分分解为沿梁轴线的分量，因此，从表格中也能发现坡屋面模型中梁均存在明显轴向力，而对应的平屋面模型中轴力可忽略不计。
2）中柱受力表现为平屋面模型大于坡屋面模型，根据最终配筋结果，中柱配筋几乎相同。
3）对于边柱和角柱，从表格中可以看到，平屋面模型的内力小于坡屋面模型。实际检查配筋结果，平屋面模型小于坡屋面模型。
4 结论
通过对不同模型的分析，在进行坡屋面结构设计时应注意以下几个问题：
1）采取增加半层层高的方式进行简化设计时，结构整体指标与坡屋面模型比较吻合。
2）坡屋面梁、中柱可以采用平屋面结果进行设计，设计结果偏保守。
3）边柱及角柱采用平屋面模型设计时，结果偏不安全。
参考文献：
[1] 尹晶，梁海生，周虹霞，框架结构坡屋面建模在PKPM中的实现与比较，辽宁省交通高等专科学校学报，2009,vol. 11
[2] GB50009-2001， 建筑结构荷载规范
[3] GB50010-2010， 混凝土结构设计规范
[4] GB50011-2010， 建筑抗震设计规范
[5] PKPM用户手册
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。