结构设计中坡屋面斜板的正确建模及处理方法

在一些别墅和拥有复杂屋面的工程中，经常会有一些坡屋面形式的结构。为了正确的得到梁柱构件的内力，需要在设计中正确的建立坡屋面的模型。

图1.别墅结构形式

首先了解一下PKPM中楼板形成的规则，在PKPM软件建模中，软件对于楼板是根据梁自动围成房间的。由于三点一定共面，但四点未必共面，所以想要正确的形成坡屋面的楼板，设计中需要确保坡屋面的斜梁能够形成共面的房间。 如果四点不共面，将会导致楼板无法正常显示，这种楼板在后期计算中会丢失，但是荷载不会丢失。如果要让楼板不仅仅正常显示，同时也能在后期正常参与计算，需要在建模中按照100*100截面的虚梁输入，这样楼板会正确的参与后期的内力计算。对于共面的斜板，软件在计算中会默认按照弹性模进行刚度计算，斜板会进行网格剖分，同时刚性楼假定对其不起作用。

图2.虚梁

为了说明设计中正确建立坡屋面模型的重要性，下面举一个案例来说明不同坡度的坡屋面对计算结果的影响，共建立5个模型进行对比，按照不同的坡屋面计算，对比结果，五个模型的情况如下： 模型1不考虑板作用，坡度10度。 模型2几何属性与荷载同模型1，唯一不同的是布置100厚斜板，不考虑板重。 模型3相比模型2，斜板坡度变为20度，荷载情况一致。 模型4相比模型2，3，斜板坡度为60度，荷载情况一致。 模型5 100厚的平板模型，荷载与前面的几个模型均一致，不考虑板重。

图3.简化计算模型

对不同的模型进行计算，得到的结果如下：

图4.结果对比

五个模型对比结束之后，发现考虑斜板与不考虑斜板对相连的梁的内力及配筋影响明显。不同的坡屋面坡度对结构中梁、柱的内力也影响较大，随着坡度的加大，相交的梁会构成强支座效应。按照坡屋面斜板与按照平板建模计算梁柱的内力及配筋结果差异较大。 最后，再说明一下，在设计中，对于坡屋面工程的设计需要注意以下几点： 1.结构设计中需要正确的进行建模，确保坡屋面的斜板能够正确的参与后期的计算分析。 2.坡屋面的斜板软件在计算时候默认为弹性模，仅仅考虑面内的刚度，强制刚性楼板假定对其不起作用，斜板刚度可以分解为水平和竖向刚度。 3.不同的坡屋面坡度，对相连的梁柱等计算结果影响明显，在设计中需要正确考虑不同的坡度。 4.通过配筋的对比可以看到，坡度较大时，按照平屋面建模计算的梁配筋计算结果是错误的。 5.斜板本身的设计可以对楼板定义弹性板6按照有限元计算进行设计。