屋面平改坡結構設計及應用

【摘要】闡述了針對不同形式“平改坡”的結構設計方法、節點做法等，施工時應注意的事項，分析了“平改坡”的重要意義。

【關鍵詞】平改坡；鋼結構

1、“平改坡”結構設計

1.1 砌體結構的“平改坡”結構設計

以某工業廠區內磚混結構設備用房平改坡工程為例進行介紹。

該建筑為二層砌體結構，縱橫墻承重體系，橫墻間距3.6m，共10間，縱墻間距5.74m，原屋面標高為6.600m，總建筑面積為413.28㎡；磚墻采用MU7.5粘土磚，磚壁柱采用MU10粘土磚，砂漿均采用M5混合砂漿砌筑。

1.1.1 基礎做法

對于砌體結構的建筑，在與原有承重墻重合的位置增做臥梁或架空梁（梁的兩端擱置在原有承重墻的位置上）。本項目是采取前一種方式，臥梁有兩大作用，作用一是在構造上防止新做的鋼結構柱腳將原屋面防水層破壞，將來照成漏水隱患，作用二是將屋架鋼柱的集中力轉換成線荷載傳遞給砌體結構磚墻，并且由于原砌體結構建造年代較早，層間沒有圈梁，屋面圈梁僅120厚縱向鋼筋為2A8鋼筋，因此屋架鋼柱無法在此做柱腳必須在原圈梁上面做一道臥梁，臥梁與砌體結構之間的剪力傳遞采用短鋼筋插筋，短鋼筋采用植筋方式與原屋面的承重墻體連接。沿原屋面四周植入1根B12間隔1000的鋼筋，并且在臥梁中隔2米預埋A50套管排水，本做法見圖1。

1.1.2 骨架做法

骨架是以單跨門式剛架為主，現場焊接鋼屋架。斜鋼梁及鋼立柱采用熱軋普通槽鋼，立柱間距3600mm，跨度5740mm。屋面檁條采用卷邊槽形冷彎薄壁型鋼，山墻處墻面檁條采用熱軋等邊角鋼。立柱均落在承重墻頂新增設的臥梁上，柱腳為鉸接節點，斜鋼梁與立柱連接為剛接節點。鋼架兩端縱向設置A10圓鋼剪刀撐設花籃螺絲拉緊裝置，屋面梁間設置A10圓鋼水平剪刀撐設花籃螺絲拉緊裝置，整個屋面屋架自身為穩定的結構體系，通過屋面臥梁與原結構連為一體。

屋面板采用V125型彩色壓型鋼板，板厚0.8mm，壓型鋼板連接形式采用自攻自鉆螺栓。

1.2 框架結構的“平改坡”結構設計

以某工業廠區內框架結構設備用房平改坡工程為例進行介紹。

該建筑為框架結構，地上一層，地下一層，柱距為7mx8m，原屋面標高為4.800，局部屋面標高為7.000。框架柱截面為400x400。結構混凝土強度等級均為C20。

1.2.1 基礎做法

對于框架結構的建筑，可以采用在原有框架柱上直接立鋼柱的形式，但為了考慮防水問題，本次設計為接長原框架柱500mm， 6B12鋼筋與原混凝土柱植筋連接，柱腳為鉸接連接。鋼柱腳采用預埋方式與接長的框架柱連接。一個柱腳預埋4根20地腳螺栓。

1.2.2 骨架做法

是以雙跨門式剛架為主，現場焊接鋼屋架。斜鋼梁及鋼立柱采用熱軋H型鋼，立柱間距7000mm，跨度為5000mm和8000mm。屋面和墻面檁條均采用卷邊槽形冷彎薄壁型鋼。立柱均落在原有框架柱上，柱腳為鉸接節點，斜鋼梁與立柱連接為剛接節點。屋面橫向水平支撐，其交叉斜桿采用圓鋼及花籃螺絲拉緊裝置，水平剛性系桿采用熱軋H型鋼，立柱垂直支撐采用熱軋雙拼角鋼和熱軋單角鋼，橫向水平支撐及垂直支撐設置于端部開間。屋面板采用V125型彩色壓型鋼板，板厚0.8mm，壓型鋼板連接形式采用自攻自鉆螺栓。圖2為鋼結構骨架圖（原屋面有高差），

2、建筑設計時應考慮的問題

2.1 屋面平改坡做法分為3種構造做法：第一，利用原有建筑物檐溝排水；上述兩個項目均采用該方法進行排水。第二，拆除原有女兒墻做鋼筋混凝土檐溝排水。第三，在原有建筑女兒墻上做檐溝排水，分鋼筋混凝土檐溝和鋼檐溝兩種做法。

2.2 坡頂的坡度分為5種：21.8°（1：2.5）、26.57°（1：2）、30°、35°、40°，設計者可根據設計需要做適當調整。上述兩個項目坡度均采用21.8°（1：2.5）。

2.3 原屋面為女兒墻的建筑，做在女兒墻頂上新檐溝的排水口應與原有的排水管對應，并將新的雨水管引入原排水管的雨水斗，同時保留原有屋面雨水口，它可以排出屋面水箱的漏水和新加的坡頂意外漏下來的雨水。

2.4 凡新增設的圈梁、臥梁影響原有屋面排水處，均應在梁的底部預留排水孔或鋼管排水。上述1#高爐水渣轉鼓液壓站就是在臥梁梁底預埋A50套管用于排水。

2.5 凡外露的金屬與木材配件均需做防銹、防腐及表面涂層處理。除當地消防部門有要求者外，一般平改坡的鋼結構部分不刷防火涂料。

2.6 廚房排煙道應采用輕質材料延伸出坡屋頂，伸出屋面高度≥600mm。衛生間透氣管應接出坡屋面上，并設置人孔，人孔的凈尺寸為550mm×550mm。

3、施工前的準備工作與施工中的注意事項

3.1 “平改坡”施工圖設計之前應按原有建筑物的竣工圖、地質資料與房屋的現狀情況做結構分析，凡是墻體、磚垛、基礎等達不到安全規范要求的均需加固處理。

3.2 對于設有架空隔熱層的原有平屋面，施工前應拆除架空隔熱板及支撐墩子，清掃干凈，并應注意保護好原有防水層，如有損壞應修補好。

3.3 在施工之前對原有建筑物的屋頂現狀做實地測量，避免新做坡鋼結構返工。

3.4 在施工“平改坡”基礎中，需破壞原有局部屋面保溫層與防水層，這就要求在工程完畢以前必須有嚴格的防雨措施。可以采用腳手架鋼管做骨架支撐，上滿鋪彩條布。新做基礎與原屋面連接位置需做好卷材防水。

3.5 在“平改坡”整個施工過程中，都應注意保護原有屋面的防水層。

3.6 在“平改坡”施工過程中，拆除原有避雷帶，新做避雷帶沿坡屋脊、檐口及山墻上重新敷設避雷帶并與原引下線連接。

4、“平改坡”的重要意義

4.1 房屋內溫度得到顯著改變

平屋面改成坡屋面，可使室內溫度得到較大改善，屋面的隔熱保溫效果顯著提高，扭轉“冬冷夏熱”的局面。據有關部門實驗，平屋面的頂層室內溫度在夏季比其它樓層要高3～4°C，即使采用國內最先進的保溫隔熱材料，此問題仍然不可避免。而經過“平改坡”后，頂層變為“非頂層”，夏季避免陽光直接照射，冬季避免冰雪直接覆蓋，加之通風采光條件較好，與改造前相比，已變為“冬暖夏涼”。

4.2 從根本上解決屋面滲漏的通病

由于現場施工和管理水平的限制，防水材料的使用壽命遠小于住房本身的使用壽命，屋面滲漏的通病至今未能根除。屋面滲漏維修很麻煩，有時要維修好幾次才能修好根源，即使暫時修好了，因為材料使用壽命有限，也不能保證長久不漏。而經改造后，維修容易，成本也便宜了很多。改成坡屋面后，可完全解決屋面滲漏問題大大減少日后維修費用，解除后顧之憂。

4.3 可豐富建筑立面景觀

站在高的建筑物上往下看，有時看到低矮建筑平屋頂上垃圾、廢棄物亂扔，雜草叢生。經過改造后，能徹底消滅這種臟、亂、差的現象，還能改變呆板的火柴盒式屋頂造型。紅瓦、碧樹、藍天的確給人以視覺享受，更符合美學原理。

4.4 可節省寶貴的土地資源

經平改坡后，可以利用原有平屋頂作為活動使用空間，這樣一來，可以大大節省土地資源。

結語：

“平改坡”結構傳力體系一般為：屋架→承重墻或框架柱→基礎→地基傳遞荷載，結構原則以原建筑的承重墻或框架柱承重。一般采取門式鋼架，即柱腳鉸接，柱頂剛接的形式。改造中應盡量采用建筑新技術、新材料，例如可采用輕質墻體材料，輕型屋面材料、新型屋面防水材料，用于減少建筑物重量。

參考文獻：

[1]鋼結構設計規范（GB50017-2003）

[2]多層住宅平屋面改坡屋面工程技術規程（DG/TJ08-023-2006）

[3]門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程（CECS102-2002）

[4]平屋面改坡屋面建筑構造（03J203）