pkpm坡屋面力学分析及常见问题浅析

《pkpm坡屋面力学分析及常见问题浅析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、结构软件应用◆STRUCTURESOFTWARE坡屋面力学分析及常见问题浅析刘苗苗/中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司设计软件事业部1前言随着现代建筑立面多样化的市场需求，钢筋混凝土坡屋面的应用越来越多。坡屋面的梁、板和柱顶面标高均随屋面坡度的变化而变化，其受力性能与平面楼盖相比有较大差异，从而使得在位移比刚度比等结构指标的控制上存在一些问题。本文就此类问题，根据实际工程，探讨坡屋面结构体系的受力特性和相关指标控制的处理方法。2坡屋面建模及受力分析.2.1坡屋面分类实际工程中坡屋面的构成比较复杂，一般由数个不同方向、不同跨度和高度的基本单元

2、通过相贯线连接组成，大致分为四坡及四坡以下、多坡屋面。目前常见的为两坡屋面及四坡屋面，平面为矩形为主。不论哪种类型坡屋面，都有一个共同特点：无论坡屋面的坡度和起坡位置如何变化，其周边檐口线均为水平，无坡度，相应檐口处边梁也为水平梁，且在大多数情况下，边梁均处于同一标高[1]。另外，现代建筑的屋面坡度一般做成直线坡，为防止由于坡度过大，屋面瓦片容易脱落，一般坡度不大于30度[2]。2.2PKPM软件对于坡屋面斜板的处理方法PKPMV2.1版本对于坡屋面斜板的处理方法：1）在PMCAD中，建坡屋面一般通过降上节点高的方式实现；2）对于斜板上恒活荷载

3、，软件将其板上荷载导荷至周围的梁、墙等构件上，按该斜板的水平投影面积考虑；3）satwe和pmsap中，斜板将被自动指定为弹性膜，用户也可以在特殊构件补充定义中指定为弹性板6。2.3受力分析选取两坡屋面为研究对象，采用pmsap进行受力分析。模型如下图所示。坡屋面角度为30度，板厚取120mm，框架柱截面为400*400mm。仅考虑正常使用工况，坡屋面恒载8kN/m2，活载为2kN/m2。分两种计算模型：1）坡屋面不设分隔梁，如图1（a）。2）坡屋面设梁，如图1（b）。（a）不设分隔梁（b）设分隔梁图1：坡屋面模型040PKPM新天地新天地10

4、4(动版).indd402014/10/10:12:17STRUCTURESOFTWARE◆结构软件应用（a）Mx（b）My（a）Mx（b）My图2：模型1楼板弯矩分布/kN•m图3：模型2楼板弯矩分布/kN•m2.3.1楼板受力情况坡屋面在恒载作用下，两模型板受力如图2、3所示。1）由图2可知，板的受力类似于两跨连续板，屋脊线起到类似梁对板跨的分割作用，而且两块板在屋脊处产生互相支撑的效应。中柱顶面附近的楼盖应力较为集中，此处是坡屋面的薄弱环节。2）模型增设中梁后（如图3），减小板跨，板跨中弯矩x、y向均较前者减小1/3。同时，在屋脊与中梁的

5、交接处，存在正弯矩，说明坡屋面对于中梁起到支座的作用。给模型1试配筋，除柱顶应力集中的区域及屋脊中心外，板顶板底配筋均为构造配，可认为该算例板厚取值合理。但是对于相同跨度的半楼层高水平楼板，板厚取120mm时，中柱附近板x向顶筋达到25.3cm2每延米，中线处板底配筋为10.6cm2每延米，远大于前者。此处由于加在斜板上的力转化为水平推力作用在柱上，从而板的配筋偏小。可见，坡屋面楼板板厚取值不能简单按照板跨来确定，还应考虑坡度、边跨到屋脊线的跨度以及荷载等因素影响。故坡屋面的板配筋不能再用简单的平屋面进行模拟。2.3.2梁柱受力分析取模型2中间

6、梁进行研究，由该梁柱内力（图4）可知：1）梁弯矩的正负与相应位置楼板受力是一致的，且坡屋面上斜梁不同于一般的门式钢架受力情况，在屋脊处有一很大的正弯矩，即板给梁一个很强的支撑。2）斜梁的斜向推力的水平分量（40.8kN）导致柱顶产生较大的弯矩（89.4kN）。3）梁柱交接处的弯矩并不平衡，二者差值由斜板承担。（a）M（kN•m）（b）N（kN）图4：模型2柱轴内力通过以上分析可知，坡屋面的受力形式复杂，与普通平屋面不同。坡屋面上斜板的受力情况类似于连续梁，屋脊对板起到支撑的作用；同时，斜梁搭在斜板上，斜板对斜梁起到强支座作用，即斜板加入整体计算

7、后对内力进行分担，这是由于斜板在其平面内的刚度在程序计算中被分解为世界坐标系下x、y两个方向分量，从而在竖向荷载作用下考虑了其刚度的作用。PKPM新天地041新天地104(动版).indd412014/10/10:12:18结构软件应用◆STRUCTURESOFTWARE3常见问题分析3.1．围成斜板杆件不共面导致斜板丢失由于PMCAD中房间由梁、墙围成，因此所谓的板周边杆件共面，主要是指板周的梁墙顶节点均位于统一空间平面内。该条规则是斜板建模中最重要的一点，SATWE为三维计算程序，其要求板的边界节点必须共面，否则在单元划分时将产生畸变单元，

8、导致计算结果异常。而大量的坡屋面及其他斜板建模实例中，却最常见到因为未遵循该规则而造成的斜板大量丢失的情况（如图5）从而会使计算结果有很大变化。因此，