砌体结构坡屋面设计

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[摘要]通过对砌体结构的坡屋面设计与构造的论述，提出一些合理的计算方法及行之有效的方案，可工类似的工程设计参考。

[关键词] 坡屋面抗震计算 静力计算构造要求

中图分类号： TU352文献标识码： A

引言

随着工业与民用建筑的发展，人民的生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，在建筑上人们不仅仅要求其经济适用而且要求其造型美观，斜坡屋面外带造型女儿墙的砖混结构也极为常见，这种结构形式主要优点是经济美观，缺点是抗震性能不如混凝土结构，实用于普通底层建筑。目前从常用结构分析计算软件ＰＫＰＭ系列软件所提供的资料来看，该软件对这部分的处理，是需要设计人员自行处理的，所以，作为一个结构设计人员，做好这部分的设计、构造，也是非常重要的

二、坡屋面常见结构方案

坡屋面的方案选取主要考虑两个方面即经济性及合理性。一般情况下有两种常见做法，一是屋面板直接做成斜板（方案一）；二是先做一层水平板在做屋面板，倾斜部分按造屋面造型做即常说的假屋顶（方案二）。这两种方案，前者结构造价相对低，但屋面保温、隔热及防水做法较为麻烦。后一种结构造价相对较高，但屋面防水、保温隔热便于施工且结构受力更简单合理；同时砖混结构在地震区结构层数达到规范规定的上限、总高度也将超过规范的规定时，可采用此方案，但超出屋面部分的面积不得超过顶层的30%，且高度不应太高。

三、斜坡屋面结构及构件的设计计算

斜坡屋面计算包括抗结构抗震验算和构件静力计算两部分。

1、抗震验算：:当采用方案一时，在pkpm模型里可按平屋面简化进行抗震验算，此时顶层层高可取顶层倾斜屋面顶点高度的2/3作为该层的结构高度，也可按实际情况建立模型进行计算；按当采用方案二时，抗震验算时作为造型屋面部分直接按荷载考虑作用在顶层屋面即可。

2、静力计算：下边只讨论斜弯构件的静力计算，我们以两边简支的简支斜梁为例来讨论倾斜构件的荷载特点。对于一个倾斜构件，其荷载g’+q’为沿斜向梁长每延一米的梁自重和作用在梁上的其它恒载和使用活荷载的设计值。为计算斜梁的内力，应将g’+q’分解为垂直与梁截面和平行于梁截面的两个分量，以其中垂直于梁截面面的荷载分量g’’+q’’=（g’+q’）·COSα为荷载，可求得斜梁跨中最大弯矩为：

式中：L’—斜梁斜向的实际计算跨度；

     L—斜梁斜向计算长度的水平投影长度，L=L’·COSα

     g+q—作用于斜梁上的计算荷载沿水平方向的荷载集度，;

     α—斜梁的倾角。

从上述公式分析可的：斜弯构件可以简化为平弯构件计算，但值的一提的是二者不是直接替代，在简化过程中荷载时有变化的。斜弯构件到直弯构件荷载是由g’+q’变化到g’+q’。（即构件的计算长度取了平面投影值，荷载取作用在斜构件上全部荷载）。

对于可以这样理解，即沿水平方向取出单位长一段，则作用于此段内的实际竖向荷载总和应为。其中为水平投影长度为1的斜向板长，可见g+q即为在单位1水平投影长度范围内作用于斜梁上的荷载值。对于板的计算与斜梁相同。

在用ＰＫＰＭ结构软件设计时，对斜屋面可以通过定义上节点高、梁的左右节点标高、层间斜撑等来完成倾斜构件，从而能实现与实际工程一致的结构模型来，但ＰＫＰＭ系列软件所提供的荷载类型中仅有倾斜构件沿水平或垂直方向的分布集度简图；因此，在输入的斜构件的荷载时程序只考虑倾斜构件沿水平方向的荷载或沿垂直方向的荷载，并不是倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载）。在实际设计过程当中，许多设计者仅仅输入了倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载），这就导致了程序算出来的倾斜构件的配筋结果偏小，给工程结构带来隐患。所以在应用程序计算斜弯构件时一定要正确的输入荷载，因为程序在由斜弯到平弯简化的过程中没有对荷载进行简化，需要设计者进行一下前处理才能得到正确的设计结果。

四、构造要求

１、斜板的钢筋构造

由于倾斜构件，尤其是屋面板，我们通常是双向双层配筋的，这样做虽偏于安全，可也实在浪费。事实上，倾斜板也可按水平板一样构造，只不过负弯矩筋的长度应按规范规定、按板的斜长计算。对于跨度较小的折板，其构造可按下附图Ｆ构造：板厚；荷载可按，计算跨度可按计算。

   对于跨度较大的板，转折处应加设梁，其构造可按下附图Ｇ构造：板厚；荷载可按，计算跨度可按计算。

   L—斜板的斜向计算长度

   L0—斜板的斜向计算长度的水平投影长度

２、屋面板抗裂构造

当屋面板板厚未超150mm，但屋面板单块面积较大时。应适当考虑加设温度钢筋，或按如下方式加强构造：

①、屋面保温(隔热)层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30mm；

②、在屋盖的适当部位设置分割缝，间距不宜大于２０ｍ；

③、当现浇混凝土挑檐或坡屋顶长度大于１２ｍ时，宜沿纵向设置分隔缝或沿坡顶脊部设置分割缝，缝宽不小于２０ｍｍ，缝内应用防水弹性材料嵌；

④、当房屋进深较大时，应沿女儿墙内侧的现浇板处设置局部分隔缝，缝宽不小于２０ｍｍ，缝内应用防水弹性材料嵌缝；

⑤、在混凝土屋面板与墙体圈梁间设置滑动层。滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等：对于较长纵墙，可只在其两端的2～3个开间内设置，对于横墙可只在其两端各ι/4范围内设置(ι为横墙长度)。

总之：斜坡屋面结构设计时首先要选用合理的结构方案，其次应建立合理的结构模型，尤其是在采用ＰＫＰＭ结构软件设计时，荷载输入时一定要输入倾斜构件沿水平或垂直方向的荷载分布集度，而并不是倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载）。

参考文献

1、《钢筋混凝土及砖石结构》，中央广播电视大学出版社出版。

2、《全国民用建筑工程设计技术措施-结构》，中国建筑标准设计所。

3、《建筑结构荷载规范》 (GBJ50009-2012)

4、《混凝土结构设计规范》（50010-2010）

5、《建筑抗震设计规范》（50011-2010）

6、《PKPM用户手册》