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坡屋面框架结构 |
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| Strat后处理生成的坡屋面三维实体图：(点击放大) |
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1、工程概况及背景 |
| 该工程建于安徽蚌埠市，为带坡屋面的多层框架结构，为一整体建筑分缝断开后的一个独立结构。 |
| 在工程结构封顶后，发现结构梁多处出现裂缝。为分析裂缝产生的原因，用Strat软件进行多方面的分析。 |
| 原设计结构计算时，由于现有各软件不能计算坡屋顶，顶层坡屋顶没有计算，仅将坡屋顶的荷载作为均布荷载加在下一层楼面上。而在结构布置中，坡屋面层增加了很多短柱，改变了传力途径，这种简化计算方法明显存在误差。 |
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| 2、Strat软件结构计算 |
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| 利用Strat软件的空间三维建模功能，对结构不作任何简化，完全按坡屋面的实际情况建模。并利用软件空间曲面导算面荷载的功能精细地导算坡屋面分布恒载和活荷载。 |
| 原设计计算将坡屋顶层不计算，计算模型过于粗糙。为对比计算结果，同时用TBSA将坡屋顶作为一个平屋面进行对比计算。 |
| 对于结构底层，由于受坡屋面的影响小，两种计算方法的配筋基本一致。由于Strat按新规范计算，TBSA仍按89规范计算，Strat的配筋比TBSA的偏大。 |
| 对于坡屋面的下一层，受坡屋面的影响显著。Strat的计算计算中考虑到了坡屋面的斜梁的起拱作用，主要受力梁的配筋显著减小。考虑不同规范的差异，最大处相差一倍以上。 |
| 对于坡屋面本身，TBSA的配筋也普遍比Strat大。尤其是支撑斜梁的纵向主梁，TBSA的结果超出Strat很多。 |
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TBSA一层配筋(局部) |
Strat一层配筋(局部) |
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TBSA坡屋面下一层配筋(局部) |
Strat坡屋面下一层配筋(局部) |
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TBSA坡屋面层配筋(局部) |
Strat坡屋面层配筋(局部) |
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| 两种模型计算的差异，可以通过Strat计算竖向恒载作用下的内力分布情况说明。如下图所示，在重力荷载作用下，由于斜梁的起拱作用，坡屋面立柱的轴力为拉，且拉力达到10T(同时邻近结构柱轴力也仅为30T)。也就是说，小立柱不但没有将坡屋面的荷载传到下一层，反而减小了下一层水平梁的受力。 |
| (计算模型采用刚性楼层假定，按刚性楼层假定，楼面内的水平力由平面内刚度极大的楼板承担，因此水平梁的轴力为0)。 |
| 如此同时，坡屋面本身的重力作用，和通过小立柱承担的下一层结构的荷载，部分转化为斜梁的轴向压力，因此减小了斜梁的弯矩和剪力。对于混凝土梁，压力作用是有利的，能显著减小截面的弯、剪配筋。Strat软件的梁配筋计算时，加入了轴力因素。 |
| 原设计中，立柱按受压配筋，未进行轴拉验算，必然存在安全隐患。 |
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| 通过该工程的计算表明，对于坡屋面结构，将荷载叠加到下一层，或将坡屋面拉平计算，均不能正确反应结构的实际受力情况。按这种方法设计，均可能存在安全隐含。尤其对于多层结构、小型结构，这种坡屋面的影响更不能忽视。 |
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3、Strat计算坡屋面阳光照射下的温度作用 |
| 该工程结构封顶时正值夏季。裸露的坡屋面在阳光直射下，温度会高于下部结构的温度而产生膨胀。对于这种三面找坡的坡屋面结构，屋面的膨胀会在下部楼面的纵、横向梁内产生轴向拉力。不能排出这种由温度产生的轴向拉力导致梁开裂的可能。 |
| Strat计算时，取消刚性楼层假定，按实际情况布置楼面楼板、和坡屋面的屋面板。在屋面楼板中加上温度荷载，并将温度荷载作为在恒、活、风、地震之外的独立荷载工况。 |
| 在后处理构件配筋时，将温度荷载作为一种活荷载参与荷载组合，考虑梁的轴力作用，计算梁的拉弯、拉剪作用下的配筋。 |
| 计算结果表明，考虑温度作用后，梁、柱配筋会有所增加。但考虑到当时结构荷载未达到全部的设计荷载，且原设计中的配筋富余，温度作用不会导致梁的开裂。在屋面温度作用下，结构的变形如以下各图。 |
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屋顶温度作用下结构整体、纵切面、横切面变形图 |
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