概述：網(wǎng)架本身具有：重量輕、剛度大、抗震性能好、空間大等自身的優(yōu)勢，所以越來越受到大家的青睞。大跨度樓蓋和屋蓋的應用也越來越普遍，也越來越多的出現(xiàn)在大家的視線中，比如：加油站、門廳、大型展廳，都喜歡采用這種混搭結構形式。但是大部分設計師，對于這種結構如何建模及進行整體計算非常困惑，本篇文章將詳細講解，如何在結構設計軟件PKPM中快速完成這類結構的建模及相關參數(shù)的設置。
一、網(wǎng)架獨立計算的缺點和整體計算的必要性
大家對于這種結構，有一些很簡化的處理方法。一般都是先對網(wǎng)架單獨進行計算分析，然后把支座力以集中力的形式，加到下部主體結構中，以此來考慮網(wǎng)架荷載對下部結構的影響。另外，因為網(wǎng)架的面內(nèi)剛度很大，所以設計師一般采用一些近似的方法，模擬網(wǎng)架剛度對主體結構的影響，比如：用虛梁、用等代梁、用剛性桿件、用剛性樓板模擬等。但這些模擬方法都是不準確的，因為不管用什么方法模擬，都沒有真實的把上部網(wǎng)架建到模型中，更無法實現(xiàn)上部網(wǎng)架和下部主體結構的整體計算分析，尤其是網(wǎng)架單獨分析與整體分析在動力特性上的差異。所以這些簡化處理方法，都無法真實反映出網(wǎng)架的剛度、沒有反映出網(wǎng)架真實的變形及振動、無法準確考慮豎向地震的影響、無法考慮上下部的相互作用，以及大屋蓋結構和下部結構的整體效應。簡言之，這些近似的處理方法都是不準確的，網(wǎng)架與下部結構整體計算是十分必要的。
二、相關的規(guī)范條文
規(guī)范中對于該類結構的規(guī)定很多，下面列出其中幾處，供大家參考：
《建筑抗震設計規(guī)范》10.2.7中提到：
屋蓋結構抗震分析的計算模型，應符合下列要求：
1、應合理確定計算模型，屋蓋與主要支承部位的連接假定應與構造相符。
2、計算模型應計入屋蓋結構與下部結構的協(xié)同作用。
《建筑抗震設計規(guī)范》10.2.7條文說明：屋蓋結構自身的地震效應是與下部結構協(xié)同工作的結果。由于下部結構的豎向剛度一般較大，以往在屋蓋結構的豎向地震作用計算時通常習慣于僅單獨以屋蓋結構作為分析模型。但研究表明，不考慮屋蓋結構與下部結構的協(xié)同工作，會對屋蓋結構的地震作用，特別是水平地震作用計算產(chǎn)生顯著影響，甚至得出錯誤結果。即便在豎向地震作用計算時，當下部結構給屋蓋提供的豎向剛度較弱或分布不均勻時，僅按屋蓋結構模型所計算的結果也會產(chǎn)生較大的誤差。因此，考慮上下部結構的協(xié)同作用是屋蓋結構地震作用計算的基本原則。
考慮上下部結構協(xié)同工作的最合理方法是按整體結構模型進行地震作用計算。因此對于不規(guī)則的結構，抗震計算應采用整體結構模型。當下部結構比較規(guī)則時，也可以采用一些簡化方法(如等效為支座彈性約束)來計入下部結構的影響。但是，這種簡化必須依據(jù)可靠且符合動力學原理。
透過以上內(nèi)容，可以非常清晰的看到，對于這種結構結構進行整體分析的必要性。
三、應用PKPM整體建模方法
為了實現(xiàn)這種結構形式的快速建模，V3以后的版本，利用PMSAP核心的集成設計，即圖1。
圖1
因為該產(chǎn)品線是PM和Spas的結合，對于下部的標準層依然可以在PM中正常建模，只有上部的空間網(wǎng)架需要采用Spas的建模方式。
具體的操作流程如下：
1、新建工程目錄，并且在左側選擇第二條產(chǎn)品線：PMSAP核心的集成設計。然后直接進入【結構建�！磕K中；
2、此時會進入PMCAD建模界面，設計師可以在該界面下，建立下部主體結構模型，如圖2所示；
圖2
3、建完下部主體結構后，開始建立空間網(wǎng)架；進到空間層有兩條路徑：路徑一，點擊：【基本丨工具】>【空間建�！坎藛�，程序即可自動進入空間建模模塊，如圖3所示；
圖3
路徑二，點擊【添加新標準層】>【空間標準層】，也可以進入空間層建模功能，如圖4所示：
圖4
4、進入空間層功能后，程序會彈出圖5的對話框。
圖5
設計師可以根據(jù)工程需要，選擇顯示部分樓層，或者顯示全部樓層（對于樓層比較多的工程，可以選擇顯示部分樓層，使得后續(xù)操作更方便）；
5、創(chuàng)建上部網(wǎng)架模型。對于上部網(wǎng)架，程序支持：自己創(chuàng)建或者外部導入兩種方式；
方法一，圍區(qū)網(wǎng)架：如果是非常規(guī)則的網(wǎng)架，可以使用程序提供的【圍區(qū)網(wǎng)架】功能，如圖6所示。
圖6
具體操作步驟如下：
a）選擇【圍區(qū)網(wǎng)架】命令；
b）沿逆時針依次選擇節(jié)點，直至形成封閉圍區(qū)，然后右鍵確定。
c）選擇與網(wǎng)架網(wǎng)格平行的兩點，會彈出圖7所示的對話框。
圖7
設置相應的參數(shù)后，即可形成圖8所示的網(wǎng)架；最后按照實際截面進行構件布置即可。
圖8
方法二，外部導入：
a）先用pmsap打開已經(jīng)建好的網(wǎng)架，點擊圖9中的【設基點】命令，再點擊網(wǎng)架中的某一點。這樣，下次導入該網(wǎng)架時，就會以剛剛設置的點左右對位基點；
圖9
b）【PMSAP核心的集成設計】打開已經(jīng)建好的下部結構，然后進入空間標準層；
c）點擊【導入子結構】，然后根據(jù)定位基點，把網(wǎng)架拼到下部結構中即可，如圖10所示。
圖10
6、對下部主體結構和上部空間網(wǎng)架層，進行組裝：
1）點擊【返回】鍵，回到PM建模界面，如圖11所示；
圖11
2）點擊：【樓層組裝】>【空間層組裝】，會彈出圖12所示的空間層組裝對話框；
圖12
3）根據(jù)實際工程情況，選擇“空間標準層號”，以及對應的“標準層號”，本實例的空間層以及標準層號都是1；
4）設置好對應關系后，點擊“添加”即可完成空間層的組裝。拼裝后的完整模型，如圖13所示：
圖13
四、幾個關鍵點說明
如果設計師看的仔細的話，會發(fā)現(xiàn)剛才導入的網(wǎng)架中，有一根豎向的短線；其實這根短線是用來模擬支座的。因為網(wǎng)架和下部結構之間需要通過支座連接，所以這里通過一根短柱來模擬支座。
下面說一下支座的建模，以及支座和下部結構的連接如何模擬；
1）支座的模擬：
模擬支座的小短柱，可以按照實際支座的高度建模即可（一般是300-600mm之間）；支座的截面寬度，可以定在300-400mm左右。
如果把支座層單獨建成一個標準層，并且與下部結構一起組裝的話，因為該層柱子太短，剛度較大，為了規(guī)避掉這個問題，建議設計師把該短柱層，直接建到上部網(wǎng)架層中；本例題即是采用的這種建模方法。
2）支座層與下部結構的連接形式：
根據(jù)實際工程情況不同，網(wǎng)架與下部結構的連接形式，也可能有所不同，比如：滑動、鉸接等。
設計師可以根據(jù)自己的工程情況，在程序中設置相應的參數(shù)，即可達到不同的約束效果，如圖14所示;
圖14
圖14中，K11、K22、K33，表示三個方向的平動約束剛度；Kθ1、Kθ2、Kθ3，表示三個方向的轉動約束剛度；如果按照上圖的約束剛度填寫，即是常見的鉸接形式。
因為每個節(jié)點有三個平動、三個轉動六個自由度，設計師可以根據(jù)自己的工程情況，進行約束剛度的填寫，進而可以達到不同的約束情況。
另外：對于一般不會產(chǎn)生附加阻尼的支座，圖14中的阻尼系數(shù)填零即可.
約束形式定義好后，即可布置到模型中，如圖15所示：
到此，上部網(wǎng)架和下部主體結構已經(jīng)完整拼接到一起；設置好相應的計算參數(shù)后，就可以對結構進行整體計算和分析了。
小結：
本文較為詳細的介紹了底部結構與頂層網(wǎng)架這種常見結構形式的建模方法、參數(shù)設置等，希望會對設計師能夠有所幫助。
參考文獻
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