淺談鋼筋混凝土坡屋面梁設(shè)計(jì)

潘志剛

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，因此造型優(yōu)美的別墅建筑也如春筍般地出現(xiàn)了，甚至普通住宅樓也由方盒子變成了斜坡屋面。一般將坡度小于5%的屋面稱(chēng)為平屋面，坡度大于10%的屋面稱(chēng)為坡屋面。坡屋面結(jié)構(gòu)形式具有外形美觀、保溫節(jié)能及防滲漏效果好等特點(diǎn)，在民用建筑及工業(yè)建筑中被廣泛采用。如何對(duì)坡屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，確保其上的荷載能真實(shí)的反映和作用于下部結(jié)構(gòu)是個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

由于坡屋面斜構(gòu)件的設(shè)計(jì)及構(gòu)造做法，規(guī)范、手冊(cè)里所提較少，且根據(jù)常用結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件PKPM系列軟件所提供的資料來(lái)看，該軟件對(duì)這部分的處理，是需要設(shè)計(jì)人員自行處理的，所以，作為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，搞好這部分的設(shè)計(jì)、構(gòu)造也是非常重要的。

1 結(jié)構(gòu)方案

框架結(jié)構(gòu)坡屋面的布置方式常見(jiàn)的有兩種:1)有平屋面;2)無(wú)平屋面。無(wú)平屋面是將頂部直接做成斜板，該斜板兼作屋面板。有平屋面時(shí)先做一層水平板作屋面板，傾斜部分按照屋面造型做。這兩種方案，前者結(jié)構(gòu)造價(jià)相對(duì)低，但屋面保溫、隔熱及防水做法較為麻煩。后一種結(jié)構(gòu)造價(jià)相對(duì)較高，但屋面防水、保溫隔熱便于施工。在框架結(jié)構(gòu)中，這兩種結(jié)構(gòu)方案均可以在斜坡的最低點(diǎn)處設(shè)置水平框架梁(方案一該處無(wú)平屋面板，方案二有平屋面板)，然后采用梁托小柱支承傾斜部分。在柱網(wǎng)尺寸不太大的時(shí)候，方案一可不設(shè)置水平框架梁，但對(duì)框架柱的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮三角拱結(jié)構(gòu)對(duì)框架柱頂產(chǎn)生的水平推力。

2 斜坡屋面構(gòu)件的計(jì)算

1)荷載輸入:由于PKPM軟件中，對(duì)斜坡屋面可以通過(guò)定義節(jié)點(diǎn)高度、梁的左右節(jié)點(diǎn)標(biāo)高、層間斜撐等來(lái)完成傾斜構(gòu)件、樓層的定義，從而建出與工程實(shí)際一致的結(jié)構(gòu)模型來(lái)，但根據(jù)PKPM系列軟件所提供的資料來(lái)分析，該軟件提供的荷載類(lèi)型中僅有傾斜構(gòu)件沿水平或垂直方向的分布集度簡(jiǎn)圖，因此，要求用戶輸入的傾斜構(gòu)件的荷載是傾斜構(gòu)件沿水平或垂直方向的分布集度，并不是傾斜構(gòu)件沿斜長(zhǎng)方向的荷載分布(單位面積、單位長(zhǎng)度內(nèi)的荷載)。

2)結(jié)構(gòu)模型。在 PKPM中可以通過(guò)設(shè)置“梁的端高”及“改上節(jié)點(diǎn)高”來(lái)布置斜梁，但是，程序中斜梁不能直接放置在下層柱頂，需要設(shè)虛梁、虛柱來(lái)傳遞荷載。當(dāng)坡屋面下方無(wú)水平屋面時(shí)，可以用如下方法處理:在水平梁的高度設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，該層無(wú)樓板，其上斜屋面按上述方法處理。

當(dāng)坡屋面下方有平屋面板時(shí)，如果將坡屋面層的斜梁及水平周邊梁直接按實(shí)際高度布置，則模型中平屋面與斜屋面的梁就會(huì)重復(fù)布置。此時(shí)，采用設(shè)置200 mm短柱及100 mm×100 mm的虛梁傳遞荷載就可以解決這個(gè)問(wèn)題。由于程序本身的原因，主要是鑒于PM模塊在建模型時(shí)的局限性，對(duì)坡屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，上層的斜梁不能直接落在下層的柱頂，用PM建模型的時(shí)候斜梁下面至少要有大于200 mm高的短柱來(lái)支撐，這樣才不會(huì)造成傳荷的錯(cuò)誤。

在PKPM模型中的實(shí)現(xiàn):建立兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，坡屋面標(biāo)高最低處的梁為連層梁(連接斜屋面和平屋面)，而PKPM 建模通常是先將此跨層梁按實(shí)際輸入平屋面層，至于斜屋面層相同位置的梁用100×100的虛梁代替，導(dǎo)荷時(shí)先將坡屋面荷載傳遞給虛梁，再由短柱(連接跨層梁和虛梁)傳遞給下層跨架梁。

3 構(gòu)造措施

現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土坡屋面的剛度及抗力貢獻(xiàn)是客觀存在的，不會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)者考慮與否而有無(wú)。特別是屋面坡度越陡，屋面板的剛度及抗力貢獻(xiàn)越明顯，屋面梁甚至僅成為屋面板的分隔和約束而已。因此，在完成結(jié)構(gòu)體系確定和構(gòu)件計(jì)算之后，坡屋面結(jié)構(gòu)的一些特殊構(gòu)造成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分之一。

由于坡屋面板的空間作用和平面內(nèi)外的綜合受力，坡屋面板配置鋼筋不僅僅要考慮板平面的抗彎，而且要考慮其軸向受力(當(dāng)然也包括溫度、收縮等引起的軸向受力)。因此，坡屋面板應(yīng)雙層雙向通長(zhǎng)配筋，并適當(dāng)加密鋼筋間距。

4 結(jié)語(yǔ)

斜坡屋面結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)選用合理的結(jié)構(gòu)方案，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)建立合理的結(jié)構(gòu)模型，尤其是在采用PKPM結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，荷載輸入時(shí)一定要輸入傾斜構(gòu)件沿水平或垂直方向的荷載分布集度，而并不是傾斜構(gòu)件沿斜長(zhǎng)方向的荷載分布(單位面積、單位長(zhǎng)度內(nèi)的荷載)。

[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部.多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE用戶手冊(cè)及技術(shù)條件[Z].

[2] 趙 兵，姚瑞萍.PKPM中屋面斜板的建模及其對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響[J].建筑結(jié)構(gòu)，2006(9):90-92.