多层建筑中斜屋面结构设计的应用

2015-07-12李强

四川水泥 2015年9期

关键词：斜板屋面板跨度

李强

（筑博设计股份有限公司，518040）

多层建筑中斜屋面结构设计的应用

李强

（筑博设计股份有限公司，518040）

多层建筑斜屋面是结构设计中的一个重点所在。要把工作做好，首先根据平面功能要求确定合理的结构方案是前提，借助软件进行正确的计算、分析是必要手段，构造上及施工上需要满足一些特殊的要求是保障。本文着重对斜屋面结构计算、构造和施工要求等方面进行探讨。

多层建筑；结构；斜屋面；应用

1 序言

在我国经济不断发展的背景下，建筑形式多种多样，建筑设计中为了实现美观、实用，斜屋面结构成为一种应用较普遍的屋面结构形式。其在保温、节能及防渗漏性能上都有较好的效果。然而关于斜屋面结构设计，目前规范、手册鲜有涉及，常用计算软件对斜屋面的处理也不太理想，需要设计人员进行分析处理。

2 方案设计

普遍的多层建筑的斜屋面结构方案主要有两种。方案一是多层屋面直接设计成斜屋面板，此时顶层往往形成短柱，设计时对形成的短柱需采取相应的加强措施。方案二是在檐口板标高附近设置平屋面板，斜屋面板按造型构造考虑。两种方案对比，前一种方案经济性更高，然而斜屋面给屋面防水、保温及隔热施工带来比较大的困难。后一方案虽然经济性稍差，但屋面防水、保温、隔热的施工却变得相对容易，且水平推力引起的相关问题能很好的解决。

3 结构设计计算

由于现有结构计算软件的局限性，在斜屋面结构设计时，许多设计人员通常简化为平屋面设计，这在屋面坡度、跨度较小时，偏差尚可接受，但在坡度、跨度均较大时，按平屋面考虑则可能给工程带来安全隐患。

3.1 抗震验算

两种不同的设计方案在进行抗震验算时存在一定差异，前者在计算顶层层高时可取为斜屋面段的2/3高度，后者在抗震验算时，屋面造型部分仅以附加荷载作用在顶层屋面板上，不另行作为一个独立的质点考虑。

3.2 静力计算

结构计算时，斜屋面荷载为沿斜向板长方向的荷载，计算是应特别注意这一特点，可用简支斜板带说明此问题。如图A所示：

图A

荷载 q为沿斜向板长方向每米屋面自重（含防水层、保温层、找平层、结构板自重、板底抹灰及吊顶等）与使用活荷载的组合设计值，荷载在水平方向上的荷载集度为q/cosa。则可得到斜板跨中的最大弯矩为Mmax=1/8*qL2/cosa。PKPM系列软件中，斜屋面可通过定义上节点高或指定梁两端节点不同的梁定标高来实现。经过对比分析，相同模型输入荷载不变的情况下，斜屋面与平屋面的楼板弯矩是相同的，设计是应特别注意。

3.3 斜屋面建模计算

斜屋面采用PKPM软件建模时，应将斜屋面最高处的高度定义为本层层高，其他节点按上节点为负值，这样处理是由于层高过低的话引起本层侧向刚度过大而形成薄弱层，引起与层相关的计算指标异常。

斜屋面结构分析时，应采用弹性板进行计算。现行SATWE程序能自动的将斜屋面和斜板设置为弹性膜，即使选择“强制刚性楼板假定”后，斜屋面仍按弹性膜计算，考虑斜板对结构整体计算的影响。弹性膜假定平面内刚度无限大，平面外为零。采用平面膜假定可考虑斜屋面平面内刚度的差异，同时也不削弱梁的安全储备。

斜屋面地震作用分析时，应采用“总刚分析方法”，总刚模型进行振型分析时能真实模拟具有弹性楼板大开洞的错层、连体、空旷的工业厂房、体育馆等结构，可以正确求得结构每层每个构件的空间自振形态，但自由度相对较多，计算耗时，存储空间大。

斜屋面在自重及外力作用下，会产生沿斜屋面的轴向推力，在斜屋面跨度较大时，效果尤为明显。此时最好的处理办法实在檐口标高附近设置水平楼板或水平拉梁，用以平衡屋面斜梁、斜板的推力作用及减小对柱的受弯影响。