单层厂房屋盖系统探析

肖思奇

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳550081)

单层厂房屋盖系统探析

肖思奇

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳550081)

以国内常用的屋盖系统为分析对象，阐述了各种屋盖的结构特点、力学性能、刚度、抗震性能、技术经济指标、施工技术等，为单层厂房屋盖方案选型提供借鉴。

单层厂房;屋盖系统;梁板合一;大雁板

0 引言

进入新世纪以来，我国的建设发展速度飞快，令人瞩目，大量兴建各种厂房和仓库。这些建筑的共同特点是单层且有大面积的屋盖系统。国内常用的屋盖形式有2种:①梁板式屋盖，这类屋盖由屋架、屋面板与支撑系统组成。屋架与屋面板分开受力，对屋架来说，屋面板是一种荷重，两者不共同工作。②梁板合一屋盖，这类屋盖是将屋面梁与板合二为一，二者共同工作。国内常用的梁板合一屋盖结构有V形折板屋盖、T形板屋盖、鞍形壳板屋盖、大雁板屋盖等。

1 常用屋盖

1.1 传统屋盖

目前国内最常用的屋盖有以下3种:①预应力混凝土折线形屋架大型屋面板屋盖，属无檩体系屋盖，由预应力混凝土折线形屋架、支撑系统和大型屋面板组成;②梯形钢屋架大型屋面板屋盖，属无檩体系屋盖，由梯形钢屋架、支撑系统和大型屋面板组成;③轻型屋面梯形钢屋架彩钢板屋盖，属有檩体系屋盖，由梯形钢屋架、支撑系统和压型钢板组成。

传统屋盖的共同特点是:屋架在其自身平面内为几何形状不变体系，刚度大，能够承受屋架平面内的设计荷载。但是屋架自身在垂直于屋架平面的侧向(平面外)，刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。需要在屋架间设置支撑系统来保证屋盖系统的空间刚度和稳定性。传统屋盖标准化程度高，技术成熟，使用广泛。

1.2 梁板合一屋盖

大雁板屋盖，是在V形折板屋盖的基础上发展起来的。它以T形板和V形折板为基础，兼容上述2种屋盖优点实现梁板合一。它取V形折板波形屋盖的构造特点，将下缝处理成整体无缝，并且增加肋梁，在肋梁上施加预应力，上缝作为拼装缝。构件受力方面，使T形板的水平翼板两端向上倾斜，肋梁尽量变矮，截面形状即由T形变为Y形。

图1 单块大雁板Fig.1 Single Wild－Goose－Shaped Slab

(1)大雁板的计算。单块大雁板要对纵向(跨度方向)和横向(波宽方向)分别进行计算，内力和位移均按弹性阶段计算。在均布荷载作用下纵向简化为异形截面梁按两端简支计算，横向不考虑上折缝对板面的约束按一端铰接一端固定计算。计算时根据使用条件和施工阶段，分别进行承载力极限状态计算和正常使用极限状态计算。计算荷载根据使用过程中可能同时出现的荷载，按《GB 50009－2001建筑结构荷载规范》的规定进行荷载效应组合。

(2)大雁板的稳定性。大雁板是空间薄壁构件，对结构的稳定很敏感，构件在吊装过程中没有连接成整体时处于单体工作状态(最不利状态)，要对构件整体稳定进行分析。根据极限状态计算原则，其稳定计算公式为:

式中:

[Mcr]——整体稳定临界弯矩;

MG——设计荷载弯矩;

Ec——混凝土初始弹性模量;

Ik——截面抗扭惯性矩;

βx——考虑截面不对称影响的常数;

a——截面重心到剪切中心的距离，截面重心在剪切中心之上时取正值，反之取负值;

δ——动力系数取1.2;

γG——恒荷载分项系数取1.2;

M1'——预应力混凝土V型折板标准自重产生的最大弯矩，自重按实际截面尺寸计算。

大雁板受荷弯曲时，截面下部受拉、上部受压。由于上部翼缘板较薄，须对其局部稳定进行分析。采用能量法，其局部稳定临界应力计算公式为:

式中:

σcr——局部稳定临界应力;

k——临界应力系数，按开裂控制k取1.70，按极限强度控制k取2.08;

E——弹性模量;

μ——泊桑比，混凝土μ=0.2;

b、t——板的宽度、厚度。

(3)大雁板施工及安装。大雁板是大型构件，通常采用后张法预应力制作;吊装与梁类构件类似，采取两点起吊，由于构件重心高，起吊过程中容易发生倾翻，吊装过程中常用副吊绳加以稳定，并用花兰螺丝调整平衡;吊装就位后，即将肋梁底部钢板与托梁顶部钢板焊接，再将相邻小肋间的钢板用钢筋焊接，接着将相邻大雁板的间隙用细石混凝土嵌缝，缝顶用防水油膏灌缝，再在小肋上用细石混凝土呈弧形光滑收面。待上述工作完毕且砼达到设计强度后，再施工建筑面层。

2 工程实例

遵义氧化铝厂氢氧化铝仓库屋盖:厂房长度150.07 m，跨度30 m，柱距6 m，采用钢筋混凝土排架结构;屋面采用大雁板屋盖系统，共用大雁板50块，屋面投影面积4 502 m2。

由于屋盖结构的重复性，该文只取该仓库伸缩缝一侧(①～○13线)屋盖来进行设计分析比较。此段屋面长72 m，跨度30 m，柱距6 m，共12排柱子。每排柱子通过托梁支承2块大雁板，共设置24根托梁;单块大雁板跨度30 m宽3 m，屋面共布置了24块大雁板。端部及伸缩缝处2块大雁板用系杆(XG－1)连接，系杆采用φ159X6钢管。

图2 厂房剖面图Fig.2 Factory Building Section Plan

对该屋盖进行实物工程量统计，其中材料用量:混凝土123.8 mm/m2，钢材用量20.96 kg/m2。

在相同外部条件下，将该车间屋盖按传统屋盖设计。

(1)预应力混凝土折线形屋架大型屋面板屋盖。使用砼屋架13榀，屋面板240块，天沟板24块，支撑、系杆若干。通过实物工程量统计，材料用量:混凝土 97.3 mm/m2，钢材 20.16 kg/m2。

(2)梯形钢屋架大型屋面板屋盖。使用钢屋架13榀，屋面板240块，天沟板24块，支撑、系杆若干。通过实物工程量统计，材料用量:混凝土63 mm/m2，钢材 40.25 kg/m2。

(3)轻型屋面梯形钢屋架钢彩板屋盖。使用钢屋架13榀，彩钢板若干，支撑、系杆若干。通过实物工程量统计，钢材36.92 kg/m2。

3 各屋盖综合分析比较

表1 各屋盖的性能和特征表Tab.1 Performance and Characteristics of Various Roofs

续表1

通过大量工程实例对比:大雁板的跨度越小，其材料用量与砼屋架大板屋盖的材料用量越为相近，甚至更小;

当地震烈度≤8度时，大雁板用钢量不会因地震烈度而改变，而传统屋盖随着支撑系统的加强用钢量会随之上升。

在外部条件相同的情况下，各屋盖综合造价排序如下:轻钢屋架彩板屋盖＜大雁板屋盖≈砼屋架大板屋盖＜钢屋架大板屋盖。

4 结语

传统屋盖与梁板合一屋盖各有优劣，方案的选择对屋盖的造价和工期有极大影响。单层厂房屋盖方案选型，要结合屋盖的使用条件、使用年限、建筑美观、造价和工期等因素综合考虑。梁板合一屋盖有其自身优势和特点，但在使用量上却远不及传统屋盖，设计人员结合工程实际，综合对比后可优先选用此类屋盖。

[1]陈醒辉.V形折板屋盖设计与施工规程[S].北京:中国计划出版社，1993.

[2]薛伟辰.现代预应力结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[3]宋玉普.预应力混凝土建筑结构[M].北京:机械工业出版社，2007.

Probe on Roof Systems for Single－Story Factory Buildings

XIAO Si－qi
(Guiyang Aluminum－Magnesium Design＆ Research Institute Co.Ltd，Guiyang 550081，China)

Taking some widely used roof systems in China as the analysis object，the structural features，mechanical properties，stiffness，seismicity，technical and economic targets and construction technology of various roof systems were introduced，which provides scheme selection of monolayer workshop roof for reference.

single－story factory building;roof system;beam－slab－in－one;wild－goose－ shaped slab

TU318

A

1004－2660(2012)01－0047－04

2012－01－05.

肖思奇(1979－)，男，贵州人，工程师.主要研究方向:建筑结构设计.