浅谈建筑坡屋面结构设计的要点问题
【摘要】在建筑设计中坡屋面结构形式应用广泛，本文对坡屋面结构方案的选择，坡屋面构件的计算以及设计中的要点问题进行了探讨。

【关键词】坡屋面；结构设计；构件计算
1 引言
当今的建筑形式多种多样，为了在建筑设计中保持建筑美观、实用，坡屋面成为一种应用较多的屋面结构形式。

一般将坡度小于5%的屋面称为平屋面，坡度大于10%的屋面称为坡屋面。

由于坡屋面结构形式具有外形美观、保温节能及防渗漏效果好等特点，在民用建筑及工业建筑中被广泛采用。

对坡屋面结构进行准确的分析，确保其上的荷载能真实的反映和作用于下部结构是建筑设计中研究的重要课题。

在坡屋面的结构设计中，具体做法和规范在规则里面提及较少，而且在用结构分析软件PKPM进行处理时，需要设计人员自行处理，所以，作为一个结构设计人员，搞好这部分的设计、构造也是非常重要的。

2 坡屋面结构方案的选择
坡屋面结构形式一般有两种：一种是屋面板直接做成斜板；另一种是先做一层水平屋面板，倾斜部分按照屋面造型做。

这两种方案，前一种结构造价相对较低，但屋面保温、隔热及防水做法较为麻烦，后一种结构造价相对较高，但屋面防水、保温、隔热做法较为简单，砖混结构在有抗震设防要求的地区结构层数达到抗震规范规定的上限、总高度也将超过抗抗震范的规定时，可采用此方案，但超出屋面部分的面积不得超过顶层的30%，且高度不应太高。

在框架结构中，这两种结构方案，均可以在斜坡的最低点处设置水平框架梁（前一种该处无屋面板，第二种方案有屋面板），然后采用梁托小柱支承倾斜部分。

在柱网尺寸不太大的时候，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。

3 坡屋面构件的计算
（1）荷载输入。

由于PKPM软件中，对斜坡屋面可以通过定义节点高度、梁的左右节点标高、层间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PKPM系列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，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）。

（2）结构模型。

在PKPM中可以通过设置“梁的端高”及“改上节点高”来布置斜梁，但是，程序中斜梁不能直接放置在下层柱顶，需要设虚梁、虚柱来传递荷载。

当坡屋面下方无水平屋面时，可以用如下方法处理：在水平梁的高度设置
一个标准层，该层无楼板，其上斜屋面按上述方法处理。

当坡屋面下方有平屋面板时，如果将坡屋面层的斜梁及水平周边梁直接按实际高度布置，则模型中平屋面与斜屋面的梁就会重复布置。

此时，采用设置200mm短柱及100mm×100mm的虚梁传递荷载就可以解决这个问题。

由于程序本身的原因，主要是鉴于PM模块在建模型时的局限性，对坡屋面结构设计时，上层的斜梁不能直接落在下层的柱顶，用PM建模型的时候斜梁下面至少要有大于200mm高的短柱来支撑，这样才不会造成传荷的错误。

在PKPM模型中的实现：建立两个标准层，坡屋面标高最低处的梁为连层梁（连接斜屋面和平屋面），而PKPM建模通常是先将此跨层梁按实际输入平屋面层，至于斜屋面层相同位置的梁用100×100的虚梁代替，导荷时先将坡屋面荷载传递给虚梁，再由短柱（连接跨层梁和虚梁）传递给下层跨架梁。

4 坡屋面的构造要求问题
4.1 屋面板厚度
对于跨度较小、折角较大的折板，在折角下层钢筋交叉处应加设一根水平拉结筋；对于跨度较大的板，折角处应加设梁。

屋面板厚度跟坡度和混凝土的塌落度有很大关系，特别是坡度>20°的斜坡屋面板，设计厚度应达到120mm，这是因为在混凝土震捣时受混凝土的自重以及混凝土的坍落度影响，可能导致坡屋面坡底的混凝土堆积，而屋顶处的混凝土厚度可能连80mm厚都达不到。

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，坡屋面角度较陡的情况下，屋面板最薄处也能达到设计要求，所以板厚要适当大一些，但也不是越厚越好，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。

由此而来，除弯矩因厚度加大略下降以外，轴力则成倍增加，导致应力增大，而非减小。

楼面顶板加厚可加强对墙柱的约束，提高抗震能力；避免管线穿楼面引起楼面开裂，造成渗漏。

4.2 屋面板配筋
对于坡屋面板，通常是双向双层配筋，这样做虽偏于安全，但存在浪费，对多层或单层建筑没必要，可采用10@200 钢筋拉通（10 的钢筋不易被踩踏变形，可减小因屋面抗温度应力钢筋下沉造成钢筋保护层过厚而引起的屋面裂缝），支座配筋如不够可用其它直径的钢筋@200来加强，同时按强度、挠度、裂缝等控制并构造配置抗温度应力钢筋即可。

5 坡屋面结构设计注意事项
（1）由于坡屋面板的空间作用和平面内外的综合受力，坡屋面板配置钢筋不仅仅要考虑板平面的抗弯，而且要考虑其轴向受力（当然也包括温度、收缩等引起的轴向受力）。

因此，坡屋面板应双层双向通长配筋，并适当加密钢筋间距。

（2）屋脊通常是两个或多个方向梁或板的交汇部位。

由于坡屋面受力的特殊性，当仅为板交汇时，宜将板钢筋交叉搭接锚固。

当板以受轴向力为主时，交接部位的截面尺度宜适当加大，并设置纵向钢筋和箍筋。

当为多个方向的屋面梁汇交时，除汇交节点应进行专门计算外，应特别注意汇交节点的钢筋锚固。

（3）坡屋面的梁柱交接部位在一定程度上就是梁柱的连续过渡区。

坡屋面梁在跨中的内力很小，其受力也主要集中在梁柱交接部位。

因此，该交接部位的抗弯、抗剪和抗裂均很重要，箍筋设置尤应加强。

不过，作为某种程度上的梁柱连续过渡区，在满足各作用组合的抗力计算前提下，对该区域的梁柱纵向钢筋没必要一定强调对称配筋，以减少节点内过大的纵向配筋率。

（4）无论是屋面梁或是屋面板，其内力及其抗力贡献已较大程度地区别于平屋面构件。

屋面板传荷的方式随屋面坡度的改变而改变，坡度越陡，传荷变化及影响周边梁的程度越大。

因此，对于坡屋面结构设计应采用具有任意坡度或角度的节点设置，并采用考虑任意板单元功能的整体空间结构计算软件进行计算，而不能简单套用平屋面结构的计算结果。

6 注意坡屋面施工对结构的影响
另外，在坡屋面混凝土施工中，应特别注意防止发生结构变化，由于模板支撑系统要承受斜坡传来的横向推力，因此浇筑混凝土时，要两坡面同时对称进行，同时支撑架要设置好斜撑，保证牢固可靠，以免因单侧浇筑，使支撑架发生位移，出现倒塌事故。

总之，坡屋面的施工，为了确保混凝土的施工质量，应根据实际情况和工程的自身特点选择切实有效的施工方案。

7 总结
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PKPM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）。

参考文献：
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[2]畅君文，夏锦红.现代混凝土坡屋面结构设计[J].建筑科学，2008（05）.。