多層建筑中斜屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

李 強(qiáng)

（筑博設(shè)計(jì)股份有限公司，518040）

多層建筑中斜屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

李 強(qiáng)

（筑博設(shè)計(jì)股份有限公司，518040）

多層建筑斜屋面是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個重點(diǎn)所在。要把工作做好，首先根據(jù)平面功能要求確定合理的結(jié)構(gòu)方案是前提，借助軟件進(jìn)行正確的計(jì)算、分析是必要手段，構(gòu)造上及施工上需要滿足一些特殊的要求是保障。本文著重對斜屋面結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造和施工要求等方面進(jìn)行探討。

多層建筑；結(jié)構(gòu)；斜屋面；應(yīng)用

1 序言

在我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，建筑形式多種多樣，建筑設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)美觀、實(shí)用，斜屋面結(jié)構(gòu)成為一種應(yīng)用較普遍的屋面結(jié)構(gòu)形式。其在保溫、節(jié)能及防滲漏性能上都有較好的效果。然而關(guān)于斜屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前規(guī)范、手冊鮮有涉及，常用計(jì)算軟件對斜屋面的處理也不太理想，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析處理。

2 方案設(shè)計(jì)

普遍的多層建筑的斜屋面結(jié)構(gòu)方案主要有兩種。方案一是多層屋面直接設(shè)計(jì)成斜屋面板，此時頂層往往形成短柱，設(shè)計(jì)時對形成的短柱需采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。方案二是在檐口板標(biāo)高附近設(shè)置平屋面板，斜屋面板按造型構(gòu)造考慮。兩種方案對比，前一種方案經(jīng)濟(jì)性更高，然而斜屋面給屋面防水、保溫及隔熱施工帶來比較大的困難。后一方案雖然經(jīng)濟(jì)性稍差，但屋面防水、保溫、隔熱的施工卻變得相對容易，且水平推力引起的相關(guān)問題能很好的解決。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的局限性，在斜屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，許多設(shè)計(jì)人員通常簡化為平屋面設(shè)計(jì)，這在屋面坡度、跨度較小時，偏差尚可接受，但在坡度、跨度均較大時，按平屋面考慮則可能給工程帶來安全隱患。

3.1 抗震驗(yàn)算

兩種不同的設(shè)計(jì)方案在進(jìn)行抗震驗(yàn)算時存在一定差異，前者在計(jì)算頂層層高時可取為斜屋面段的2/3高度，后者在抗震驗(yàn)算時，屋面造型部分僅以附加荷載作用在頂層屋面板上，不另行作為一個獨(dú)立的質(zhì)點(diǎn)考慮。

3.2 靜力計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算時，斜屋面荷載為沿斜向板長方向的荷載，計(jì)算是應(yīng)特別注意這一特點(diǎn)，可用簡支斜板帶說明此問題。如圖A所示：

圖A

荷載 q為沿斜向板長方向每米屋面自重（含防水層、保溫層、找平層、結(jié)構(gòu)板自重、板底抹灰及吊頂?shù)龋┡c使用活荷載的組合設(shè)計(jì)值，荷載在水平方向上的荷載集度為q/cosa。則可得到斜板跨中的最大彎矩為Mmax=1/8*qL2/cosa。PKPM系列軟件中，斜屋面可通過定義上節(jié)點(diǎn)高或指定梁兩端節(jié)點(diǎn)不同的梁定標(biāo)高來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過對比分析，相同模型輸入荷載不變的情況下，斜屋面與平屋面的樓板彎矩是相同的，設(shè)計(jì)是應(yīng)特別注意。

3.3 斜屋面建模計(jì)算

斜屋面采用PKPM軟件建模時，應(yīng)將斜屋面最高處的高度定義為本層層高，其他節(jié)點(diǎn)按上節(jié)點(diǎn)為負(fù)值，這樣處理是由于層高過低的話引起本層側(cè)向剛度過大而形成薄弱層，引起與層相關(guān)的計(jì)算指標(biāo)異常。

斜屋面結(jié)構(gòu)分析時，應(yīng)采用彈性板進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)行SATWE程序能自動的將斜屋面和斜板設(shè)置為彈性膜，即使選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”后，斜屋面仍按彈性膜計(jì)算，考慮斜板對結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的影響。彈性膜假定平面內(nèi)剛度無限大，平面外為零。采用平面膜假定可考慮斜屋面平面內(nèi)剛度的差異，同時也不削弱梁的安全儲備。

斜屋面地震作用分析時，應(yīng)采用“總剛分析方法”，總剛模型進(jìn)行振型分析時能真實(shí)模擬具有彈性樓板大開洞的錯層、連體、空曠的工業(yè)廠房、體育館等結(jié)構(gòu)，可以正確求得結(jié)構(gòu)每層每個構(gòu)件的空間自振形態(tài)，但自由度相對較多，計(jì)算耗時，存儲空間大。

斜屋面在自重及外力作用下，會產(chǎn)生沿斜屋面的軸向推力，在斜屋面跨度較大時，效果尤為明顯。此時最好的處理辦法實(shí)在檐口標(biāo)高附近設(shè)置水平樓板或水平拉梁，用以平衡屋面斜梁、斜板的推力作用及減小對柱的受彎影響。

4 斜屋面構(gòu)造

斜屋面通常出現(xiàn)樓板拉應(yīng)力，由于混凝土抗拉強(qiáng)度有限，所以斜板一般都采用雙層雙向通長配筋，以減少裂縫的出現(xiàn)的機(jī)會。另由于施工操作的原因，板厚不可取得太小，一般都不小于 120mm。斜屋面跨度較小時，為避免應(yīng)力不過于集中及方便施工，在屋脊板底設(shè)置水平腋；而跨度較大時，屋脊處通常都設(shè)置梁。

斜屋面放坡通常錯綜復(fù)雜，折梁、折板經(jīng)常出現(xiàn)，構(gòu)造可按下圖處理：

5 斜屋面施工

由于斜屋面的特殊性，施工時需特別注意一下幾點(diǎn):

5.1 特別注意模板的支設(shè)，當(dāng)坡度較小時，可僅設(shè)底模，而坡度較大時則需雙側(cè)支模，以確?；炷恋臐仓|(zhì)量。

5.2 注意控制鋼筋的保護(hù)層厚度，因?yàn)樾蔽菝驿摻畹慕壴氨Ｗo(hù)層的精確控制是非常困難的，這也是斜屋面板厚不可設(shè)的太薄的重要原因之一。

5.3 腳手架的搭設(shè)需能抵抗水平推力作用，因斜屋面在澆筑時，自重及施工荷載均會產(chǎn)生水平分力，由于混凝土尚未凝固，結(jié)構(gòu)本身無法平衡此部分荷載。因此搭設(shè)腳手架時需充分考慮這不利的影響，以免施工時出現(xiàn)倒塌事故。

6 小結(jié)

多層建筑中斜屋面結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛，以往工程設(shè)計(jì)中所面臨的問題也得到不斷的改進(jìn)，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)當(dāng)確定合適的結(jié)構(gòu)模型，借助結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，輸入各個參數(shù)得到荷載分布集度，然后根據(jù)一定的構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效地提高斜屋面設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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