簡支自承重鋼天溝的設計與計算

【摘 要】本文介紹了鋼天溝的種類及其優缺點，對天溝的設計過程進行了描述。闡述了自承重鋼天溝的受力原理和計算過程，通過9米跨度簡支鋼天溝的算例，說明自承重簡支鋼天溝能夠滿足規范對強度和剛度的要求且有較大安全余量，并且給出合理構造措施，保證天溝的穩定性。采用自承重鋼天溝構造簡單，節省鋼材，且造型美觀，可以在工程中推廣使用。

【關鍵詞】鋼天溝 自承重 簡支

1 概述

屋面排水分有組織排水和無組織排水（自由排水），有組織排水一般是把雨水匯集到天溝內再由雨水管排下，聚集雨水的溝就被稱為天溝。天溝作為系統維護之中的重要構件，扮演著重要角色，使用外掛天溝，體積小，而且也能當檐口飾邊。顏色相宜，安裝精致的天溝及飾面會給整個建筑物的立面效果增色不少。最早的房屋屋面沒有雨水天溝，雨水就沿房屋外墻順流而下，直接留下水漬，并嚴重影響房屋外墻的使用壽命。地面也會因為雨水沖刷而形成水溝或積水，影響你的出行，并對建筑物基層造成損傷，雨水天溝最大的作用就是能夠延長建筑物的使用壽命。天溝按材質分為混凝土天溝、鋼板天溝和彩板天溝。混凝土天溝，主要應用于混凝土結構，與混凝土屋面進行整體澆筑而成，其主要存在以下弊端：①會因雨滴而產生黑斑；②長年累月因氧化而產生破裂；③一旦安裝，無法更換。

天溝分內天溝和外天溝，內天溝是指在外墻以內的天溝，一般有女兒墻；外天溝是挑出外墻的天溝，一般沒女兒墻。天溝按受力特征分為自承重天溝和輔助承重天溝。自承重天溝依靠鋼板自身的強度承受雨水荷載， 所用材料可以是普通薄鋼板或者彩色壓型鋼板。對于彩色壓型鋼板天溝， 不考慮最大雨量， 水積滿時溢出不管， 只能用于小型外掛天溝， 這種做法在美國用的較多。用3-4mm厚薄鋼板作自承重天溝是較為常用的做法， 天溝的加工和施工都比較簡單。輔助承重天溝由于板材壁厚薄， 剛度差， 作為開口薄壁構件變形較大須加支撐結構， 一般在底部加工字型鋼梁或者桁架結構的托架參與受力。輔助承重天溝結構構造復雜， 增加一道施工程序， 而且增加用鋼量，使造價增加。

隨著我國國民經濟的高速增長，大力推進基礎設施建設，帶動了建筑業的快速、持續發展。鋼結構因其強度高、重量輕、產業化程度高、拆遷利便、可重復利用，綠色環保等優點，成為當今世界建筑結構中廣泛應用的建筑材料之一。而隨著近些年鋼鐵產量的迅速增長，鋼材的價格降低，給鋼構件的制作帶來極大的利便，更是把鋼構件的應用推向了一個頂峰。鋼天溝作為系統維護之中的重要構件，扮演著重要角色，所以從設計到安裝做到盡可能完美是非常有必要的。

2 天溝設計

在大型的廠房中，鋼天溝的用鋼量也是很大的一部分。鋼板天溝有其自身的長處，臨海地區的風荷載一般比較大，假如采用彩板天溝，在強勁的風荷載作用下，彩板天溝顯得脆弱無力，容易被風的吸力掀掉，而鋼板天溝的設計好壞對其耐久性也有很大的影響，所以鋼板天溝的設計和選材不容忽視。最常用的天溝材料為1.2mm、2mm或2.5mm厚不銹鋼板，3mm或4mm厚鍍鋅鋼板或普通鋼板，要根據建筑的重要性、造價、所使用的其他材料的等級綜合考慮。一般民用建筑天溝深度不要小于250mm。確定寬度時考慮以下兩個因素：首先，要計算排水是否能通過；第二，要求高的建筑需要將天溝設計為可伸縮的。

4 結語

簡支自承重鋼天溝，在9米跨度時，抗彎抗剪強度和撓度均能滿足設計要求，且有較大安全余量。天溝上部與檁條相連接，所以實際撓度比計算出的撓度要小。天溝為開口截面，在天溝內部間隔1米拉設角鋼或圓鋼，能保證平面外穩定和局部穩定，不必驗算。簡支自承重鋼天溝構造簡單，節省鋼材，且造型美觀，建議在工程中推廣使用。

參考文獻：

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[4]包頭鋼鐵設計研究總院，中國鋼結構協會房屋建筑鋼結構協會.鋼結構設計與計算（第2版）.北京：機械工業出版社，2006.

作者簡介：馮艷輝（1982—），男，工程師，中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院。