一、概况
既有建筑经常会遇到非常多的混合结构体系，其中比较常见的一种混合结构是底部为框架结构，顶层为门式刚架结构。
实际工程中，这种混合结构体系一般来说分为两种，一种是在设计时就考虑了这种结构体系，下部为钢框架，顶层为门式刚架，门式刚架与下部钢框架的连接节点（钢柱脚）为刚接，还有一种是顶层的门式刚架为后期加建的，而原结构一般为混凝土框架或砌体结构，此时门式刚架的钢柱脚是难以做成刚接的，其与下部结构的连接节点一般为铰接。
目前国家规范中对上述两种形式的底部框架顶层门式刚架钢结构的设计没有明确规定，有些地方认为是超限结构，说明对此类结构进行准确的计算分析是非常值得探讨的。
本文首先对第一种情况，即下部为钢框架，顶层为门式刚架，门式刚架与下部钢框架的连接节点（钢柱脚）为刚接，采用PKPM建模计算应注意的问题进行探讨。
二、底部框架顶层门刚结构的计算要点
1、应采用PKPM三维框架结构体系建模，采用SATWE进行结构整体分析
由于下部钢框架结构相对于混凝土框架结构而言，其刚度是比较柔的，因此不能忽略下部钢框架变形对上部门式轻钢的影响，把结构作为一个整体来计算分析较为安全合理。
除了梁柱构件外，门式刚架结构还设置了水平支撑系杆及柱间支撑以保证结构整体的协调作用，故支撑系统也必需在三维建模时准确输入。在建模时，交叉支撑可采用斜杆进行输入，为方便导荷，建议系杆按梁布置。此外屋面斜梁坡度可在输入杆件时通过上节点高的方法实现。
2、建模时应注意与构件的实际受力状态一致
建模时，应注意一些特殊的问题。
1).屋面板一般是使用彩色压型钢板，结构计算时，不能考虑屋面板的刚度，因此可以输入0厚度板来导荷载，同时不会对构件提供额外的刚度。基本参数中不能选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”的选项，同时应设置导荷载方式为单向导荷。
2).应将系杆和支撑两端定义为铰接。
3).在特殊构件定义中，应将顶层梁柱定义为门式刚架梁柱。
3、特殊风荷载的输入
由于顶层为门式刚架轻型屋面，应考虑风吸力的影响，否则是偏于不安全的。对于屋面风吸力的输入是通过定义特殊风荷载来实现的，可以先查《建筑结构荷载规范》GB-表8.3.1得到屋面方向(X向或Y向，根据建模时确定的屋面坡度方法)的体型系数，将其布置于屋面各房间即可。
4、计算长度的输入
《钢结构设计规范》GB-中对框架柱平面内的计算长度系数与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB-刚架柱的平面内计算长度系数的计算公式有所不同，同时门式刚架柱的平面外计算长度系数默认为1.0，也与框架柱的确定方式不同。若认为屋面结构为门式刚架，则钢柱的计算长度系数应按门式刚架的要求确定。
为确定门式刚架的计算长度系数，在“形成PK文件”模块中，选择“框架生成”模块，按节点选取一榀框架，然后再PK中删除下部框架部分，保留顶层钢架，采用二维门式刚架平面分析，输入相关隅撑信息，可以得到钢架梁、柱的平面内外的计算长度系数。
回到SATWE模块，根据门式刚架的计算结果，在“设计属性补充”菜单中修改屋面柱、梁的相关计算长度系数。
5、计算方法的确定
根据《建筑抗震设计规范》GB-(年版)第5.2.4条有如下规定：
其条文说明是这样讲的：
也就是说，对于顶层为轻钢结构的房屋，应视为结构体系的一部分，用振型分解法进行计算。但是由于顶层轻钢结构屋面板厚度设置为0，按程序会按弹性板考虑，因此顶层的局部振动会特别多，具体的模型计算表明，很可能前几阶周期中含有较多的顶层局部振动，因此当采用振型分解法求解时，计算振型个数应至少应取到3倍的层数或更多，否则对于下部的框架结构会偏于不安全。。
三、案例分析
某上海地区五层钢结构房屋，下部四层为钢框架，顶层为门式刚架结构，设有柱间支撑及屋面水平支撑。房屋长48.0m，宽27m，框架层高3.5m，门式刚架柱高4.5m，抗震设防烈度为7度第二组，Ⅳ类场地土，基本风压0.55kN/m2。
按前述的方法建模，调整各种参数，建立如下图所示的计算模型。
计算结果如下图所示：
工况一：不考虑调整柱的计算长度系数，按《钢结构设计规范》GB-的方法对该结构进行承载力计算，计算结果如下图所示。
工况二：考虑按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB-的要求，调整柱的计算长度系数，计算结果如下图所示。
由以上的计算结果可知，不调整柱的计算长度系数，按《钢结构设计规范》GB-的方法对该结构进行承载力计算时，钢构件的正应力比相差不大，但稳定应力比相对较大，特别是刚架柱的平面外稳定应力比相差较大，约大于30%左右，钢梁的稳定应力相差约10%左右。
四、小结
1、下部为钢框架，顶层为门式刚架相对单纯的钢框架结构和单层门式刚架来说，其计算过程是比较复杂的，容易出现错误。计算时应注意各种参数和特殊构件的设定；
2、从案例的计算结果可知，从保守的角度，顶层框架柱的计算长度可以不修改。特别是对柱的平面外计算长度而言，门刚模块默认为1.0，而框架模块则按纵向刚度计算，实际上更加准确。
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