住宅工程钢筋混凝土坡屋顶结构设计.pdf

第4 期 2 O o 6 年4 月 广东土 木与 建筑 GU ANGDONG ARCHI T E C TU RE C I VI L E NGI NE ERI NG N o 4 A P R 2 0 o 6 住宅工程钢筋混凝土坡屋顶结构设计 黄达成 ( 佛 山市顺德 区博意建筑设计院有限公司 广东佛 山5 2 8 3 1 2 ) 摘 要 ： 对钢筋混凝土坡屋 顶结构 中有 关构件的设计作 简单探讨 建立该结构的计算模 型 ， 对坡屋 面板进行 内力 分析 ， 并指 出设计 中值得注意的一些问题。 关 键 词 ： 坡 屋 顶 ； 内 力分 析 ；设 计 随着生活水平的提高， 人们对居住 、 办公建筑的 要求也越来越高 ， 除必须满足建筑物 内部使用功能 的要求外， 建筑物外形也 13 趋多样化和复杂化， 坡屋 顶就是其中的一例。现就住宅工程中坡屋顶结构的 设计进行探讨 ， 望能起到抛砖引玉的作用。 1 坡屋顶结构 的计算模型 1 1 屋顶檐 口处不设水平楼板 住宅工程 中的坡屋面 ， 如不考虑加以利用的， 则 檐 口标高处可以不设置水平楼板 ， 在这种情况下 ， 按 G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 建筑抗震设计 规范 的规定 ， 建筑 物总高度可算至檐 口标高处 ( 即建筑外墙体与屋顶 结构斜板交界处的屋顶结构板顶) 也可理解为建筑 物顶层层高为檐 口标高减去建筑顶层楼面标高 至 于坡屋顶高于檐 口标高 的部分 ， 可按屋顶坡度将其 梁柱控制节点提起( 输人数据相对于檐 口标高值为 一 大于零的数 ) ， 推荐软件为中国建研院的 P K P M工 程设计系列软件， 以模拟坡屋顶结构的实际情况， 此 时结构可按建筑楼层层数和标高以相应的框架或框 剪等结构体系进行计算 。 1 2 屋顶檐 口处设水平楼板 有的住宅坡屋顶设计得较高， 为了有效利用空 间或满足结构抗力需要等原因 ， 在檐 口标高处设置 水平楼板 ， 使上面的三角形部分形成阁楼 。在结构 计算 中 ， 无论 阁楼是否住人 ， 该层均应视作一结构 层。参照 建筑抗震设计规范 对砌体房屋高度的规 定 ， 对于这种带阁楼的坡层顶层 ， 其层高可由檐 口标 高算至坡屋顶半高处。如采用 P K P M等可进行空间 模拟建模的软件进行设计 ， 则层高值可不受此限制 ， 因相对于层高位置可按屋顶坡度将其梁柱控制节点 提起或降低， 模拟坡屋顶结构的实际情况进行计算。 1 2 2 坡 屋面 板 的 内力分 析 2 I 对于较规整的坡屋面， 如图 1 所示的三坡或四 坡屋面， 板的内力与板 的坡角关系较大。 在条件相同的前提下， 当 6 1 3 5 ( 坡角约1 6 。 ) 时， 坡屋面板起拱的作用较小， 这时按板的全跨 L计 算( 即按平面板计算) 较为稳妥； 当 6 1 3 ( 坡角 约 l 8 _3 。 ) 时， 拱的作用已能体现； 当 6 1 2 5 ( 坡 角约 2 1 8 。 ) 时 则拱的作用较为明显 坡板转折角的 弯矩接近零 这时若像平面板按全跨 L计算则不太 合理， 按此计算结果配筋则浪费较大； 当h b l 2 5 时更是如此 此时要准确计算 须应用有限元方法 和相应的计算软件 且必须对结果加以分析 才能作 为结构配筋使用， 这一过程相对费时繁琐 ， 一般的设 计单位较难做到 ， 有鉴于此我们尝试采用条分法进 行近似的简化计算。 所谓条分法 ， 即以宽扁梁的形式将分析对象纵 横划分成若干等宽板带的交叉梁系， 并按原坡屋 面 板的坡度将各交叉梁的节点提起 ， 模拟屋面板的实 际情况 通过计算可参照梁的内力对板作配筋分析。 某平面尺寸为 6 6 mx 7 2 m的四坡屋面板， 其坡角 约为 2 5 6 。 ， 采用条分法计算 ， 运用 P K P M的 P MC AD 和 S A T WE程序 ， 输出结果( 图略 ) 表明 ， 中部“ 梁” 的 内力和配筋均较小 ， 基本按构造配筋已能满足要求 ； 边梁所受的内力则较大， 考虑到边梁的扭转 、 变形会 减弱对坡屋面板 的约束 ， 故实际配置该坡屋面板钢 筋时作了适当放大 ， 如今该屋面板 已施工完毕并使 用一段时间 ， 未出现大跨度板结构中常见的裂缝问 题 ， 效果良好 。 由此可以推算 ， 对于类似图 1 a的由 3 4块三角 形或梯形的板互相支承形成的较规整的坡屋面板 ， 维普资讯 http:/ 2 0 o 6 年4 月 第4 期 黄达 成： 浅谈 住宅工 程钢筋 砼坡 屋顶结 构的设 计 A P R 2 0 0 6 N o 4 ( a ) 规 整的屋面 ( b )规整上衍生变化的屋 面 ( c )复杂多变的屋面 图 1 坡 屋 面 的几 种 形 式 当h b 1 2 5时， 按条分法进行简化设计。 其结果 际截面尺寸输入。 并输入实际檐1：3 梁所承受的荷载； 较安全可靠 。 处于上层的梁( 屋顶层梁 ) 则输入截面很小( 如 b h = 2 2 较规整的坡屋面衍生变化的屋面( 如图 l b ) 2 0 0 x l O 0 ) 的梁( P K P M中将 h 1 5 0的视为虚梁 。 仅起 对于这种情况 ， 可采用局部加双层板 的方法进 楼板的边界及传递楼面荷载的作用 ) ； 上下梁之间设 行处理 ， 图 l b的阴影部分表示双层板 。 即先保证下 置多个截面很小( 如 b h = 2 0 O x 2 0 0 ) 的柱子 。 这样屋面 层板与其余板形成规整 的坡屋 面板 计算分析可参 板的荷载传至虚梁上 ， 再通过小柱子以集 中荷载的 照前述的条分法进行 ； 上层板则可理解为下层板上 形式传至下面的檐 口梁上。小柱子的数量视檐 口梁 的附属构件 ， 设计时可将下层板的配筋加强及对两 配筋计算的准确性需要而定 。 一般说来其数量越多 层板相交部位作适 当补强 。 即可达到理想的效果。 则作用于檐 口梁的集中荷载越密 。 就越能模拟梁实 2 3 复杂多变的坡屋面( 如图 l c ) 际承受连续分布线型荷载的情况 。 计算结果 的准确 由于建筑外形 和平面的不规则 。 立面效果追求 性就相对越高。需要注意的是 。 此时输入的该层层 多变 ， 随之坡屋面也难免做成坡度多变和凹凸不对 高不得过小 ( 建议至少取 5 0 0 ram以上) ， 否则会导致 称的复杂形状。对于类似 l c的形状不对称 、 多向斜 这些小柱子 的计算长度很小 ， 程序进行抗震计算时 坡屋面相交的情况。 除采用有限元法进行分析外 。 很 会认为该层刚度很大 ， 按地震力按刚度分配的原则 ， 难对整板进行精确计算 。为简化计算 ， 可加设斜坡 该层将承受 比实际大许多倍的地震力 。 则会造成该 屋面粱 。 将整板分割成若干面积较小的四边支承板 。 层以至下面结构层计算结果的异常。 这时大多数的板都将采用构造配筋 。 布置斜梁时 ， 必 这样处理虽无法完全符合实际情况 ， 但一般情 须结合建筑内部分隔墙的分布及屋脊线 的位置综合 况下梁计算结果 的精确度基本能够满足设计要求。 考虑 ， 力求做到板面简洁、 受力明确及施工简便。 3 2 坡屋顶梁梁端设铰 3 坡屋顶梁设计 中的存在 问题 3 1 檐 口梁的设计 从前面的分析可知 。 带 阁楼层的坡屋顶结构需 分成 2个结构层参与整体计算 。 但会带来一些矛盾， 因坡屋顶结构在檐 口处一般都设有框架梁 ， 当屋顶 拆分为 2层计算后 。 就意味着檐 口梁变成了 2层梁 ( 屋面梁和阁楼层梁 ) ， 而实际上它们是一条梁 ， 如不 处理就让 2层梁都参与计算 ， 又不太符合檐 口梁的 受力情况 ， 因该梁既承受阁楼层传来的荷载 ， 又承受 坡屋顶传来 的荷载 ， 而不是分别承重 ， 再者梁 自重也 重复计算 了。 为了解决同一位置上下梁重叠 的矛盾 。 我们尝 试采用设 置虚梁和小柱来模拟导荷 的方法 。 具体是 在计算模型中。 处于下层的梁( 阁楼层檐 1：3 梁 ) 按实 对于外形不规则 、 复杂多变或跨度较大的坡屋 面板 ， 为安全稳妥起见 。 根据前面的分析建议 ， 往往 需设置坡屋顶斜梁以划分板的尺寸 。 且为便于施工 放线定位 ， 梁多沿脊线布置。此时 ， 容易出现多根梁 相接于一个节点进行计算的情况 ， 从计算结果不难 发现 由于是按连续梁的中间支座固接进行计算 ， 节 点相连处各梁梁端配筋量普遍较大 。 柱节点处最为 明显。实际上 ， 众多的梁钢筋在 同一节点 中相交或 锚固， 使节点处施工时混凝土较难振捣密实， 必然削 弱 了该节点作为各连接梁 固接点的能力( 住宅工程 中的异型柱节点 中。 这类问题尤为突出) 。因此 ， 需 对部分梁梁端在该节点的负弯矩进行更多调幅 ， 减 少锚人支座的钢筋数量 。 增加梁底钢筋数量； 必要时 更可将该梁端设为铰接端进行计算 ， 以此确定梁底 筋的数量 ， 避免梁端节点约束失效 出现塑性铰时， 梁 仍不致断裂破坏 ， 以保证结构安全 。 1 3 维普资讯 http:/