摘要：斜屋面结构应合理选择结构方案，荷载要输入倾斜构件沿水平或垂直方向的荷载分布集度，采用PKPM建立模型，比较清楚的反应了结构形式和斜屋面板对结构的影响，为抗震设计提供参考依据。
关键词：斜屋面；计算模型；PKPM
斜屋面结构形式具有外形美观、保温节能及防渗漏效果好等特点，在民用建筑及工业建筑中被广泛采用。对于一些较大跨度的斜屋面结构，既要考虑建筑功能的需要，又要保证结构的安全合理，研究其合理的力学模型并进行优化设计，确保其上的荷载能真实的反映和作用于下部结构。为此，笔者拟结合具体的工程实例探讨一下斜屋面对结构设计的影响。
一、工程实例
某工程为框架结构，共4层，四坡，结构最大跨度12.000m，建筑平面图如图1所示。
图1四层平面图
工程的结构安全等级为二级，设计使用年限50年，地震设防烈度为7度，地震基本加速度0.1g，地震分组第一组，场地土类别II类，框架抗震等级三级。
二、方案优选
根据建筑功能要求，在进行斜屋面结构设计时考虑：
①方案一，折梁结构。即沿着横向布置12.000m跨度的折梁。此方案不需要转换梁和梁上柱，把屋面斜梁做成一跨的折梁。
②方案二，折梁与拉梁组合结构。即在方案一的基础上增加一道水平拉梁来抵抗折梁的水平推力。实际工程中采用的是方案二。建模时通过“改上节点高”来形成屋面斜板。
三、要点分析
1)荷载输入：根据PKPM列软件所提供的资料来分析，该软件提供的荷载类型中仅有倾构件沿水平或垂直方向的分布集度简图，因此，要求用户输入倾斜构件的荷载是倾斜构件沿水平或垂直方向的分布集度，并不是倾斜构件沿斜长方向的荷载分布(单位面积、单位长度内的荷载)。
2）结构模型：采用PKPM软件建立结构模型，SATWE和PMSAP软件进行斜屋面计算， SATWE软件只进行屋面斜梁的计算； PMSAP软件考虑屋面斜板在外荷载作用下平面内变形，按照弹性板进行设计采用的是多边形壳元模型。
3）计算结果：在用SATWE计算结构的内力及配筋时，相关参数考虑如下：考虑现浇板对框架梁刚度的有利影响；计算地震力时考虑填充墙对结构周期的影响，取周期折减系数0.7；配筋时梁设计弯矩不进行放大，梁端负弯矩调整系数取为0.8；考虑偶然偏心作用，梁柱混凝土强度等级均为C30，钢筋均采用HRB4000。
为了能够有效地体现屋面斜板对结构设计的影响，PMSAP将斜屋面板定义为弹性膜。
表1SATWE和PMSAP计算模型中结构周期和位移的计算
屋面斜板对结构的周期和位移均有一定影响。采用SATWE计算，没有考虑斜板的面内刚度和面外刚度，计算结果偏刚。
表2梁的弯矩计算
从表2可以看出，框架结构通过增加下弦拉梁大大减小屋面斜梁的内力，从而改变传力途径减小截面和配筋，达到结构优化的目的。斜屋面结构中的斜板，平面内刚度很大，所以，既可以承担竖向作用，也可以承担水平作用。PMSAP软件考虑斜板对结构的影响，认为楼板本身产生的面内弹性变形不宜忽略，促使楼板和与梁共同分担上部结构引起的内力，从而使梁的弯矩和配筋相应减少，减少的弯矩部分由弹性楼板承担。
四、结论
通过以上的分析，对于斜屋面的结构设计，建议：
1）斜屋面的受力特点与平屋面有着本质区别，在设计时应根据建筑条件和要求选择合理的结构形式，在保证结构安全的前提下尽可能减少造价。
2）荷载计算：由于软件的原因，计算屋面荷载时均应除以COSβ(β为屋面板的倾斜角度)，将其转移为作用于水平板上的荷载值，以保证计算正确。
3)若采用SATWE计算，可以分析斜梁，但不能分析斜板，如果直接按模型建立的尺寸来计算，程序只按平面板考虑。但实际斜板的长度会随屋面倾斜角度不同而不同，结构存在偏差，梁配筋偏大。
4)采用有限元的方法进行计算时，对斜屋面不应假定为刚性楼板，应考虑斜屋面本身所产生的面内弹性变形，用PMSAP分析时可定义弹性膜单元。定义为弹性膜后，还可以保证屋面梁的配筋不会减小。
参考文献：
[1] 建筑抗震设计规范.GB50011-2001（2008年版）[S].北京：中国建筑工业出版，2008.
[2] 黄昆，张宪江，黄福标.大跨度四坡屋面框架结构优化设计[J].浙江建筑，2009,11（26）：36-38.
作者简介：赫芳（1979.9--），女，汉族，辽宁人，工程师。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。