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坡屋面的建模改进

坡屋面造型美观,利于排水,南方的住宅、别墅以及公共建筑中经常采用。这种屋面做法,闷顶层和坡屋顶层在建筑平面周边存在交接,两层板共用一层梁,这就给我们的结构计算带来了小小的挑战。众所周知,常规的结构设计软件都是以“层”为单元组装生成计算模型的,各种计算参数跟“层”也是有着密切的关联,层高的变化对计算结果有着直接的影响。但坡屋面的部分构件是跨越层的,建模时很难进行“层”的划定。早些年碍于计算软件的局限性,一般分成两层建模计算,层高取屋脊高度的一半(简称“分层法”);随着这些年软件的不断改版升级,这种坡屋面也可以在一层建模得以实现(简称“共层法”)。很显然,后者更接近真实。那么这两种计算方法,计算结果究竟有什么差别呢?笔者手边刚好有一个坡屋面的项目,分别按上述两种方法用YJK3.0进行建模计算,计算结果会详细列出,供读者甄别。

项目概况:四层框架结构,顶层采用坡屋面,设防烈度6度(0.05g),设计地震分组第一组,抗震等级四级,Ⅳ类场地,混凝土C30,钢筋HRB400级。两种建模方式荷载和构件尺寸均相同。坡屋面如图一所示:

平面布置如图二所示:(平面进行了适当简化)

下面是两种计算方法(共层法和分层法)的模型概况:

图三 共层法模型

图四 分层法模型

经过计算,可以得出两个模型的总体计算指标如下:

可以看出,两个模型的周期和位移验算结果均满足现行规范的要求;但在软弱层和薄弱层的验算中,共层法可以达到规范的限值要求,而分层法由于顶部两层层高相差悬殊,所以存在明显的薄弱层和软弱层。从这个指标来看,共层法具有明显的优势。

下面我们再来看看屋面主要构件的计算配筋结果:

图五 分层法闷顶层配筋结果

图六 分层法坡顶层配筋结果

图七 共层法三维配筋结果

对比发现,共层法计算的大部分梁配筋相较于分层法有所增加,增幅在10%~35%之间。比较典型的就是垂直于屋脊方向的框架梁,共层法的计算结果普遍增大,而且闷顶层的框架梁处于偏心受拉状态,这个是分层法没有体现出来的。

图八 分层法局部配筋结果

图九 共层法局部三维配筋结果

综上,相较于分层法建模计算,采用共层法,构件的分析结果更加接近真实的受力状态,配筋会略有增加,更加安全可靠。整体指标均满足规范要求,可以避免审图环节带来的的不必要的麻烦,为日常的设计工作带来便利。

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