淺談鋼筋混凝土坡屋面梁設計

潘志剛

0 引言

隨著我國經濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對居住環(huán)境的要求也越來越高，因此造型優(yōu)美的別墅建筑也如春筍般地出現了，甚至普通住宅樓也由方盒子變成了斜坡屋面。一般將坡度小于5%的屋面稱為平屋面，坡度大于10%的屋面稱為坡屋面。坡屋面結構形式具有外形美觀、保溫節(jié)能及防滲漏效果好等特點，在民用建筑及工業(yè)建筑中被廣泛采用。如何對坡屋面結構進行準確的分析，確保其上的荷載能真實的反映和作用于下部結構是個亟待解決的問題。

由于坡屋面斜構件的設計及構造做法，規(guī)范、手冊里所提較少，且根據常用結構分析計算軟件PKPM系列軟件所提供的資料來看，該軟件對這部分的處理，是需要設計人員自行處理的，所以，作為一個結構設計人員，搞好這部分的設計、構造也是非常重要的。

1 結構方案

框架結構坡屋面的布置方式常見的有兩種:1)有平屋面;2)無平屋面。無平屋面是將頂部直接做成斜板，該斜板兼作屋面板。有平屋面時先做一層水平板作屋面板，傾斜部分按照屋面造型做。這兩種方案，前者結構造價相對低，但屋面保溫、隔熱及防水做法較為麻煩。后一種結構造價相對較高，但屋面防水、保溫隔熱便于施工。在框架結構中，這兩種結構方案均可以在斜坡的最低點處設置水平框架梁(方案一該處無平屋面板，方案二有平屋面板)，然后采用梁托小柱支承傾斜部分。在柱網尺寸不太大的時候，方案一可不設置水平框架梁，但對框架柱的設計應充分考慮三角拱結構對框架柱頂產生的水平推力。

2 斜坡屋面構件的計算

1)荷載輸入:由于PKPM軟件中，對斜坡屋面可以通過定義節(jié)點高度、梁的左右節(jié)點標高、層間斜撐等來完成傾斜構件、樓層的定義，從而建出與工程實際一致的結構模型來，但根據PKPM系列軟件所提供的資料來分析，該軟件提供的荷載類型中僅有傾斜構件沿水平或垂直方向的分布集度簡圖，因此，要求用戶輸入的傾斜構件的荷載是傾斜構件沿水平或垂直方向的分布集度，并不是傾斜構件沿斜長方向的荷載分布(單位面積、單位長度內的荷載)。

2)結構模型。在 PKPM中可以通過設置“梁的端高”及“改上節(jié)點高”來布置斜梁，但是，程序中斜梁不能直接放置在下層柱頂，需要設虛梁、虛柱來傳遞荷載。當坡屋面下方無水平屋面時，可以用如下方法處理:在水平梁的高度設置一個標準層，該層無樓板，其上斜屋面按上述方法處理。

當坡屋面下方有平屋面板時，如果將坡屋面層的斜梁及水平周邊梁直接按實際高度布置，則模型中平屋面與斜屋面的梁就會重復布置。此時，采用設置200 mm短柱及100 mm×100 mm的虛梁傳遞荷載就可以解決這個問題。由于程序本身的原因，主要是鑒于PM模塊在建模型時的局限性，對坡屋面結構設計時，上層的斜梁不能直接落在下層的柱頂，用PM建模型的時候斜梁下面至少要有大于200 mm高的短柱來支撐，這樣才不會造成傳荷的錯誤。

在PKPM模型中的實現:建立兩個標準層，坡屋面標高最低處的梁為連層梁(連接斜屋面和平屋面)，而PKPM 建模通常是先將此跨層梁按實際輸入平屋面層，至于斜屋面層相同位置的梁用100×100的虛梁代替，導荷時先將坡屋面荷載傳遞給虛梁，再由短柱(連接跨層梁和虛梁)傳遞給下層跨架梁。

3 構造措施

現澆整體鋼筋混凝土坡屋面的剛度及抗力貢獻是客觀存在的，不會根據設計者考慮與否而有無。特別是屋面坡度越陡，屋面板的剛度及抗力貢獻越明顯，屋面梁甚至僅成為屋面板的分隔和約束而已。因此，在完成結構體系確定和構件計算之后，坡屋面結構的一些特殊構造成為設計的關鍵部分之一。

由于坡屋面板的空間作用和平面內外的綜合受力，坡屋面板配置鋼筋不僅僅要考慮板平面的抗彎，而且要考慮其軸向受力(當然也包括溫度、收縮等引起的軸向受力)。因此，坡屋面板應雙層雙向通長配筋，并適當加密鋼筋間距。

4 結語

斜坡屋面結構，首先應選用合理的結構方案，在結構設計時，應建立合理的結構模型，尤其是在采用PKPM結構軟件設計時，荷載輸入時一定要輸入傾斜構件沿水平或垂直方向的荷載分布集度，而并不是傾斜構件沿斜長方向的荷載分布(單位面積、單位長度內的荷載)。

[1] 中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE用戶手冊及技術條件[Z].

[2] 趙 兵，姚瑞萍.PKPM中屋面斜板的建模及其對結構設計的影響[J].建筑結構，2006(9):90-92.