斜屋面结构方案一般有两种, 一种是顶部直接做成斜面板, 该斜面板兼作屋面板 (方案一) ;另一种是先做一层水平板, 斜面部分按造型做 (方案二) 。对比二种方案, 方案一结构造价相对较低, 但屋面保温、隔热及防水施工较为困难。方案二结构造价相对较高, 但屋面防水、保温、隔热易于施工;同时砖混结构在地震区结构层数达到规范规定的上限、总高度超过规范的规定时, 应采用此方案, 但超出屋面部分的面积不得超过顶层的30%, 且高度不应过高。如采用框架结构, 上述二种结构方案均可以在斜屋面的最低点处设置水平框架梁, 再采用梁托小柱支承倾斜部分。在柱网尺寸不大的时, 对方案一可不设置水平框架梁, 但应充分考虑三角拱结构对框架柱顶产生的水平推力。
(1) 方案一, 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。
(2) 方案二, 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。
以下以四边简支的单向板为例讨论倾斜构件的荷载特点。对某一倾斜构件, 其荷载g′+q′沿斜向板长每延1m的屋面自重 (包括防水层、找平层、保温层、结构板自重、板底抹灰、吊顶等) 和使用活荷载的设计值。为计算斜板的内力, 应将g′+q′ (图1) 分解为垂直于板面 (图2) 和平行于板面的两个分量, 以其中垂直于板面的荷载分量g〞+q〞= (g′+q′) ·COSα为荷载, 可求得斜板跨中最大弯矩为:
式中:L′为斜板斜向的实际计算跨度;L为斜板斜向计算长度的水平投影长度, L=L′·COSa;g+q为作用于斜板上的计算荷载沿水平投影方向的单位荷载, g+q=COSαg'+q';α为斜板倾角。
对于g+q=COSαg'+q'的理解由图3、图4可以看得比较清楚, 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g'+q'。其中L为水平投影长度为L的斜向板
COSαCOSα
长, 可见g+q即为在单位L水平投影长度范围内作用于斜板上的荷载值。
在某结构软件中, 对斜屋面可以通过定义节点高度、梁的左右节点标高、层简斜撑等来完成倾斜构件、楼层的定义, 从而建出与工程实际一致的结构模型来, 但根据软件所提供的资料来分析, 该软件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 (图5) ;因此, 要求用户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) 。事实上, 设计人员往往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, 给结构带来隐患。
对于斜屋面板, 一般均为双向双层配筋, 双向双层配筋虽安全, 但却浪费。实际做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, 其构造可按图6构造:板厚δ≈"125-135#LCOSα;荷载可按g+q=COSαg'+q', 计算跨度可按L="L0+2b1+2b2, 1.05L0$计算。
对于跨度较大的板, 转折处应加设梁, 其构造可按下图5构造:板厚δ≈%125-135$LCOSα:荷载可按g+q=COSαg'+q', 计算跨度可按L="L0+2b1+2b2, 1.05L0$计算。
如果屋面板跨度很大, 屋面现浇板长度又大时, 应适当考虑加设抵抗温度收缩的钢筋, 或按如下方式加强构造:
(1) 顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁, 并沿内外墙拉通, 房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋。
(2) 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。
(3) 在屋盖的适当部位设置分割缝, 间距不宜大于20m (图7) 。
(4) 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, 应用防水弹性材料嵌缝 (图8) 。
(5) 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, 应用防水弹性材料嵌缝 (图9) 。
(6) 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, 可在其两端的2~3个开间内设置, 对于横墙可在其两端各L/4范围内设置 (L为横墙长度) 。
在砖混结构中还应注意对砌体斜山墙的构造要求。通常情况下要求屋面板支承在墙体上处应设置抗扭圈梁 (拉梁) , 且在该圈梁 (拉梁) 对应位置加设垂直于该梁的水平拉梁, 山墙斜三角部分构造要求, 可参考 (图9) 构造做法加强。
斜坡屋面结构, 首先应选用合理的结构方案, 在结构设计时, 应建立合理的结构模型, 尤其是在采用结构软件设计时, 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) 。
摘要：本文从设计计算、静力计算、构造要求等几个方面阐述了斜屋面结构的结构设计中的一些个人看法与建议。
关键词：结构设计,抗震验算,荷载分布
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