简支自承重钢天沟的设计与计算

【摘 要】本文介绍了钢天沟的种类及其优缺点，对天沟的设计过程进行了描述。阐述了自承重钢天沟的受力原理和计算过程，通过9米跨度简支钢天沟的算例，说明自承重简支钢天沟能够满足规范对强度和刚度的要求且有较大安全余量，并且给出合理构造措施，保证天沟的稳定性。采用自承重钢天沟构造简单，节省钢材，且造型美观，可以在工程中推广使用。

【关键词】钢天沟 自承重 简支

1 概述

屋面排水分有组织排水和无组织排水（自由排水），有组织排水一般是把雨水汇集到天沟内再由雨水管排下，聚集雨水的沟就被称为天沟。天沟作为系统维护之中的重要构件，扮演着重要角色，使用外挂天沟，体积小，而且也能当檐口饰边。颜色相宜，安装精致的天沟及饰面会给整个建筑物的立面效果增色不少。最早的房屋屋面没有雨水天沟，雨水就沿房屋外墙顺流而下，直接留下水渍，并严重影响房屋外墙的使用寿命。地面也会因为雨水冲刷而形成水沟或积水，影响你的出行，并对建筑物基层造成损伤，雨水天沟最大的作用就是能够延长建筑物的使用寿命。天沟按材质分为混凝土天沟、钢板天沟和彩板天沟。混凝土天沟，主要应用于混凝土结构，与混凝土屋面进行整体浇筑而成，其主要存在以下弊端：①会因雨滴而产生黑斑；②长年累月因氧化而产生破裂；③一旦安装，无法更换。

天沟分内天沟和外天沟，内天沟是指在外墙以内的天沟，一般有女儿墙；外天沟是挑出外墙的天沟，一般没女儿墙。天沟按受力特征分为自承重天沟和辅助承重天沟。自承重天沟依靠钢板自身的强度承受雨水荷载， 所用材料可以是普通薄钢板或者彩色压型钢板。对于彩色压型钢板天沟， 不考虑最大雨量， 水积满时溢出不管， 只能用于小型外挂天沟， 这种做法在美国用的较多。用3-4mm厚薄钢板作自承重天沟是较为常用的做法， 天沟的加工和施工都比较简单。辅助承重天沟由于板材壁厚薄， 刚度差， 作为开口薄壁构件变形较大须加支撑结构， 一般在底部加工字型钢梁或者桁架结构的托架参与受力。辅助承重天沟结构构造复杂， 增加一道施工程序， 而且增加用钢量，使造价增加。

随着我国国民经济的高速增长，大力推进基础设施建设，带动了建筑业的快速、持续发展。钢结构因其强度高、重量轻、产业化程度高、拆迁利便、可重复利用，绿色环保等优点，成为当今世界建筑结构中广泛应用的建筑材料之一。而随着近些年钢铁产量的迅速增长，钢材的价格降低，给钢构件的制作带来极大的利便，更是把钢构件的应用推向了一个顶峰。钢天沟作为系统维护之中的重要构件，扮演着重要角色，所以从设计到安装做到尽可能完美是非常有必要的。

2 天沟设计

在大型的厂房中，钢天沟的用钢量也是很大的一部分。钢板天沟有其自身的长处，临海地区的风荷载一般比较大，假如采用彩板天沟，在强劲的风荷载作用下，彩板天沟显得脆弱无力，容易被风的吸力掀掉，而钢板天沟的设计好坏对其耐久性也有很大的影响，所以钢板天沟的设计和选材不容忽视。最常用的天沟材料为1.2mm、2mm或2.5mm厚不锈钢板，3mm或4mm厚镀锌钢板或普通钢板，要根据建筑的重要性、造价、所使用的其他材料的等级综合考虑。一般民用建筑天沟深度不要小于250mm。确定宽度时考虑以下两个因素：首先，要计算排水是否能通过；第二，要求高的建筑需要将天沟设计为可伸缩的。

4 结语

简支自承重钢天沟，在9米跨度时，抗弯抗剪强度和挠度均能满足设计要求，且有较大安全余量。天沟上部与檩条相连接，所以实际挠度比计算出的挠度要小。天沟为开口截面，在天沟内部间隔1米拉设角钢或圆钢，能保证平面外稳定和局部稳定，不必验算。简支自承重钢天沟构造简单，节省钢材，且造型美观，建议在工程中推广使用。

参考文献：

[1]国家标准.钢结构设计规范（GB50017—2003）.北京：中国计划出版设，2003.

[2]国家标准.冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002）.北京：中国计划出版设，2002.

[3]奚望，王元清，石永久.轻型房屋钢结构自承重钢板天沟设计.工业建筑，2004增刊.

[4]包头钢铁设计研究总院，中国钢结构协会房屋建筑钢结构协会.钢结构设计与计算（第2版）.北京：机械工业出版社，2006.

作者简介：冯艳辉（1982—），男，工程师，中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院。