坡屋面结构设计分析

摘要:坡屋面结构较复杂,细部处理较多。首先应选用合理的结构方案,在结构计算时,也应建立合理的结构计算模型,屋面荷载输入时应输入斜坡构件沿水平或垂直方向的荷载分布集度,板厚设计应考虑施工影响,配筋应考虑温度应力。

浇筑时细部处理应到位,否则会渗漏现像。

关键词:荷载集度;温度应力;虚梁理论;渗漏

0.引言

随着经济条件的改善和建筑行业的发展,越来越多的建筑采用坡屋面这种造型,这既美观了建筑造型,也能达到保温节能和防渗漏的目的。但对于斜构件的设计及构造做法,规范及手册里说明较少,且结构计算软件对坡屋面的受力分析也需要设计师自行处理,所以作为结构设计师,搞清坡屋面的设计、构造要求是非常重要的。

1.坡屋面常用做法

坡屋面的做法一般有两种:方案一是屋面直接做成斜板;方案二是先做一层平板,然后屋面斜板按造型做。对比此两种方案,方案一造价相对低,但屋面保温、隔热及防水做法相对复杂。方案二造价相对高,但屋面防水、保温隔热施工方便。针对框架而言,方案一和方案二,均可以先在斜坡的最低点处设置水平框架梁,然后采用梁上起柱方式支承倾斜部分。如果柱网尺寸比较小,方案一可不设置水平框架梁,但对框架柱的设计应充分考虑三角拱结构对框架柱顶产生的水平推力的作用。

2.坡屋面构件的计算

结构计算方法一般有三种:1.简化荷载法。2.坡屋面转化为平屋面法。3.运用虚梁理论精确建模。第三种计算方法从计算模型和计算结果上,都比较合理经济。计算内容包括抗震验算和静力计算两部分。这里先说抗震验算部分。结构方案采用方案一时,抗震验算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;结构方案采用方案二时,抗震验算时作为屋面造型部分的仅以屋面荷载作用在顶层屋面板处,不单独作为一个质点考虑。再者静力计算部分。以四边简支的单向板为例,对于坡屋面来说,采用结构设计软件对斜坡屋面建立计算模型,可以通过定义节点高度、粱的左右节点标高、层间斜撑等方法来完成坡屋面及楼层的定义,精确构建计算模型。输入的倾斜构件的荷载是倾斜构件沿水平或垂直方向的分布集度,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)。

3.坡屋面构造要求

斜屋面厚度根据跨度和折角的大小,采用在折角下层钢筋交叉处加设一根水平拉结筋或者设梁。屋面板厚度跟坡度和混凝土的塌落度也有很大关系。板厚要适当大一些,因为混凝土震捣时受混凝土的自重及混凝土的坍落度的影响,容易造成坡屋面混凝土堆积在坡底,所以为了保证屋面板底筋和面筋间有足够的空间挂住混凝土,同时在混凝土的坍落度较大。但也不应太厚,还应考虑温度应力影响,因为温度产生的轴力与构件EA和温差成正比,弯矩与温差成正比,与厚度呈反比,而温差则与厚度成负相关。通常板厚取为120mm比较合适。对于坡屋面,板配筋通常为双向双层,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***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***G构造:板厚;荷载可按,计算跨度可按计算。

4.坡屋面裂缝产生原因及预防

浇筑混凝土时,其配制很关键,水灰比太大,坡屋面混凝土不易成型易流淌,水灰比太小,混凝土太干,成型后混凝土密实度不好,强度低。施工时应先找平混凝土,再振捣振实,确保混凝土表面平整密实。同时,也应预埋钢筋、埋件等。施工后的混凝土要及时覆盖养护。尽量选用低热量或中热量水泥,预防混凝土表面出现龟裂缝。如果出现裂缝,处理方法有: 表面修补法,涂浆、嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法等方法。常用处理方法是表面修补法,主要适用于稳定和对结构承载能力无影响的表面裂缝进行处理。具体做法是在混凝土表面涂刷沥青等防腐材料,防止裂缝继续发展。

5.结束语

对于坡屋面的计算及构造要求,应首先应采分析采用合理的结构方案,精确建模,准确地输入荷载,对软件计算结果人工进行校核。施工过程中按规范要求进行施工,按照”抗”于”放”相结合的原则,防止屋面板出现裂缝,同时也应采取相应措施防止出现渗漏现象。

注:文章内所有公式及***表请用PDF形式查看。

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