多層建筑中斜屋面結構設計的應用

李 強

（筑博設計股份有限公司，518040）

多層建筑中斜屋面結構設計的應用

李 強

（筑博設計股份有限公司，518040）

多層建筑斜屋面是結構設計中的一個重點所在。要把工作做好，首先根據平面功能要求確定合理的結構方案是前提，借助軟件進行正確的計算、分析是必要手段，構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構計算、構造和施工要求等方面進行探討。

多層建筑；結構；斜屋面；應用

1 序言

在我國經濟不斷發展的背景下，建筑形式多種多樣，建筑設計中為了實現美觀、實用，斜屋面結構成為一種應用較普遍的屋面結構形式。其在保溫、節能及防滲漏性能上都有較好的效果。然而關于斜屋面結構設計，目前規范、手冊鮮有涉及，常用計算軟件對斜屋面的處理也不太理想，需要設計人員進行分析處理。

2 方案設計

普遍的多層建筑的斜屋面結構方案主要有兩種。方案一是多層屋面直接設計成斜屋面板，此時頂層往往形成短柱，設計時對形成的短柱需采取相應的加強措施。方案二是在檐口板標高附近設置平屋面板，斜屋面板按造型構造考慮。兩種方案對比，前一種方案經濟性更高，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。后一方案雖然經濟性稍差，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問題能很好的解決。

3 結構設計計算

由于現有結構計算軟件的局限性，在斜屋面結構設計時，許多設計人員通常簡化為平屋面設計，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 抗震驗算

兩種不同的設計方案在進行抗震驗算時存在一定差異，前者在計算頂層層高時可取為斜屋面段的2/3高度，后者在抗震驗算時，屋面造型部分僅以附加荷載作用在頂層屋面板上，不另行作為一個獨立的質點考慮。

3.2 靜力計算

結構計算時，斜屋面荷載為沿斜向板長方向的荷載，計算是應特別注意這一特點，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、結構板自重、板底抹灰及吊頂等）與使用活荷載的組合設計值，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點高或指定梁兩端節點不同的梁定標高來實現。經過對比分析，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，設計是應特別注意。

3.3 斜屋面建模計算

斜屋面采用PKPM軟件建模時，應將斜屋面最高處的高度定義為本層層高，其他節點按上節點為負值，這樣處理是由于層高過低的話引起本層側向剛度過大而形成薄弱層，引起與層相關的計算指標異常。

斜屋面結構分析時，應采用彈性板進行計算。現行SATWE程序能自動的將斜屋面和斜板設置為彈性膜，即使選擇“強制剛性樓板假定”后，斜屋面仍按彈性膜計算，考慮斜板對結構整體計算的影響。彈性膜假定平面內剛度無限大，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，應采用“總剛分析方法”，總剛模型進行振型分析時能真實模擬具有彈性樓板大開洞的錯層、連體、空曠的工業廠房、體育館等結構，可以正確求得結構每層每個構件的空間自振形態，但自由度相對較多，計算耗時，存儲空間大。

斜屋面在自重及外力作用下，會產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在檐口標高附近設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 斜屋面構造

斜屋面通常出現樓板拉應力，由于混凝土抗拉強度有限，所以斜板一般都采用雙層雙向通長配筋，以減少裂縫的出現的機會。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，為避免應力不過于集中及方便施工，在屋脊板底設置水平腋；而跨度較大時，屋脊處通常都設置梁。

斜屋面放坡通常錯綜復雜，折梁、折板經常出現，構造可按下圖處理：

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:

5.1 特別注意模板的支設，當坡度較小時，可僅設底模，而坡度較大時則需雙側支模，以確保混凝土的澆筑質量。

5.2 注意控制鋼筋的保護層厚度，因為斜屋面鋼筋的綁扎及保護層的精確控制是非常困難的，這也是斜屋面板厚不可設的太薄的重要原因之一。

5.3 腳手架的搭設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生水平分力，由于混凝土尚未凝固，結構本身無法平衡此部分荷載。因此搭設腳手架時需充分考慮這不利的影響，以免施工時出現倒塌事故。

6 小結

多層建筑中斜屋面結構的應用越來越廣泛，以往工程設計中所面臨的問題也得到不斷的改進，設計人員首先應當確定合適的結構模型，借助結構軟件進行分析與設計，輸入各個參數得到荷載分布集度，然后根據一定的構造要求進行設計，可以有效地提高斜屋面設計質量。

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1007-6344（2015）09-0161-01