浅析坡屋面折板结构设计

浅析坡屋面折板结构设计

王涛

王涛

成都基准方中建筑设计有限公司西安分公司710054

摘要：随着现代建筑结构向大跨、高耸、美观的不断发展，坡屋面越来越多的出现在工程实践中。采用传统的屋脊布梁的做法不但室内空间露梁较多没有美感，而且施工较麻烦，针对这个问题我们在咸阳丽彩溪悦城、绿地陆港国际、保利曲江等项目中采用折板坡屋面的做法，不但取得了良好室内空间效果、简化了施工，获得了甲方的高度赞扬，同时也给施工图绘制带来了便利。但由于这一类结构的受力复杂性，传统的计算不能保证设计的精确性，本文利用有限元软件对某一工程案例进行研究，进行钢筋混凝土坡屋面的复合受力分析。

关键词：坡屋面；折板；结构设计

1.工程实例

该坡屋面短方向总跨度约8.0m，由两侧斜屋面和中间平屋面段构成，长方向总跨度11.0m。整个屋面受力复杂，且ly/lx＜2，属于双向板，传统计算不能保证其精度，故采用有限元进行分析。恒载：5.0kN/m，活载：2.0kN/m。本文中的混凝土采用塑性损伤模型，受压本构关系为混凝土结构设计规范（GB50010-2010）中模型；钢筋采用钢材材料模型，该材料模型被定义为弹塑性模型，本构关系简化为五段式二次塑流模型。

2.坡屋面受力分析

该坡屋面的混凝土采用C30，钢筋采用HRB400，板厚h=140mm，钢筋配置为8@180，双层双向）。

由图1（a）~（c）可知，混凝土S11方向最大最小应力值分别为2.031MPa、-4.860MPa，S22方向最大最小应力值分别为1.513MPa、-3.871MPa，S33方向最大最小应力值分别为1.738MPa、-8.569MPa。因为混凝土最大拉应力ftmax=2.031MPa>1.43MPa，故部分混凝土已进入开裂状态，混凝土最大压应力fcmax=8.569MPa<14.3MPa，故板厚取值合理。图1（d）为混凝土受力后裂缝的发展方向和大小示意图。

坡屋面最小配筋率Asmin=max（0.2%，0.45ft/fy）*bh=280mm2，实配钢筋面积为279mm2<280mm2。由图2可知，钢筋网最大Mises应力fymax=103.7MPa<360MPa，故钢筋网尚处于弹性受力阶段，因此钢筋配量充足且具有较大的安全储备系数。

由图5（a）可知，最大Mises应力fymax=353.4MPa，但考虑到网格大小等因素对计算精度的影响，钢筋实际最大应力已大于360MPa，这与图5（b）的最大主塑性应变云图相符。

另依据计算知，跨中最大挠度f=16.78mm。

4.斜屋面与平屋面的对比

由表1可知，当平屋面受力荷载仅为斜屋面受力荷载的3/5时，斜屋面的混凝土最大拉应力略大于平屋面混凝土最大拉应力，而对于混凝土最大压应力、钢筋网最大Mises应力以及跨中挠度值，斜屋面要远小于平屋面。

5.结论

1）檐口边梁与屋板交接处可能产生应力集中，实际工程可根据具体情况考虑是否增加构造配筋；

2）斜屋面折板交界处，受拉应力较大；

3）斜屋面具有一定的曲拱效应，相互交接的区域可视为弹性支座，相互提供有利支撑，故受力较为合理；

4）斜屋面整体受力较平屋面合理。

6.展望

1）实际工程应用中应考虑地震力的不利影响；

2）坡屋面不设梁或少设梁不仅可以增加室内空间美感，同时可以给施工带来便利减少综合造价，在工程实践中课广泛应用折板方案；

3）可对不同倾斜角度的屋面进行拱效应的定量分析，为工程设计提供参考依据。

7.结语

总而言之，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。坡屋面结构形式给建筑师对楼顶层利用的设计构思开辟了新天地，并影响着人们的生活习惯。它带来的经济、社会效益会逐渐显露，但需要建筑、结构专业人员密切配合，需要人们认识和宣传，甚至需要房地产管理政策等多方面的支持。设计者可参考规范，对知识综合运用。工业厂房暖通空调的节能设计

吴琼

长春轨道客车股份有限公司吉林省13000

摘要：随着工程设计厂房量的持续增加，工业厂房暖通空调的节能设计既环保又实用。工业厂房建筑不同于一般的民用建筑，其设计过程多受制于工艺专业的要求。工业厂房的建筑有多种多样的特点，由工业建筑生产工艺的要求不同决定。所以针对不同工业建筑的功能要求，提出设计上具有较强的针对性。本文主要对工业厂房暖通空调节能设计的措施及相关注意事项进行了探讨。

关键词：工业厂房；暖通空调；节能设计

前言

市场经济的飞速发展使我国的建筑行业实现了进一步的发展，各大建筑企业的经济效益也实现了稳步增长，同时巨大的行业能源消耗量也给未来的可持续发展带来了严峻的挑战。现在，在我国建筑能耗中，空调、暖通能耗占总量的一半以上，没有深入开展绿色环保建设、资源浪费、研发再生能源的力度不够造成我国的能源供应面临着间断、短缺的现实危机。目前我们面临的主要问题就是如何深刻转变我国能源使用效率不高的现状。针对这一问题，本文以节能减排的理念为基础，探讨了工业厂房暖通空调的节能设计。

一、工业厂房大门的空气幕设置

工业厂房的大门一般情况下需要长时间开启，导致比较大的冷风侵入负荷。对于处在寒冷地区的工业厂房，应尽可能地在大门上方设置空气幕。工业厂房的主出入口大门一般都比较高大，应选择离心式空气幕，因为贯流式空气幕的送风距离对于高大的厂房出入口大门的使用要求大多不能满足。针对超大出入口，应选择装配式厂房热空气幕，在大门的上方安装装配式热空安装，风口在大门的两侧，同时相对吹热风从而形成一道热风幕，防止室外冷空气侵入，保证了室内所需的温度。厂房内采暖通风空调方式的选择，采暖通风空调方式不可以拘泥于单一的形式，针对不同的厂房，要选择适合的采暖、通风、空调方式。

二、工业厂房采用通风空调方式选择

对暖通空调设计方式的选择应来源于实际且灵活掌握，既不能一成不变、拘泥于形式，又不能异想天开、脱离实际。

（一）厂房车间的通风设计

工业厂房车间通风一般通过开启外窗进行自然通风，针对不同工种的车间，进行局部排风处理，或者除尘处理。相同工种的车间，则能全室通风。如果厂房生产车间排出烟尘或有害气体，在设计这类车间时，根据厂房的现有情况，通过计算确定有害气体或烟尘的排放量，可以采取两种方法，分别是局部排风净化处理与全车间烟尘净化。如果车间内的散热量巨大，则厂房通风除了满足散热要求、通风要求，还要满足排烟要求、除尘要求。如果车间内的散热量不大，可采用屋顶自然采光通风器，实现节能减排。有害气体与烟尘在排放之前要做处理，首先应与车间的生产工艺紧密结合，明确厂房产生有害烟气的具体数量，并依据具体的厂房生产规模选择合理的全部或局部的除尘净烟方式。

（二）有关散热器的选取

对于散热器的选择，需要遵守：设备的适用性、实用性与经济性等方面。对于负荷比较大的车间，可以选用钢制翅片管散热器；对于有腐蚀的车间，应选择耐腐蚀型的散热器；对于热负荷不大的车间，可以选择光管散热器；对于资金有限的车间，可以选用铸铁散热器。选择散热器，应依照厂房车间本身的特点而定，现阶段更应从环保节能角度考虑。

三、工业厂房暖通空调设计中冷热源的选择

在工业区内建设的很多厂房，一般都是通过厂区内的锅炉房提供蒸汽。当厂区以采暖用热为主或只有采暖用热时，宜采用高温热水作为热媒。当厂区供热以工艺用蒸汽为主时，可采用蒸汽作为热媒，不过前提是技术、卫生和节能要求在规定范围内。对于不存在易燃危险的车间，在厂区内没有蒸汽或热水热源供应情况下，可以采用燃气辐射采暖。一般情况下，车间厂房建筑由于造价原因不采用电采暖。对于非严寒地区，冬季的供热，可以使用风冷热泵机组，冬季制热，夏季制冷。对于冷源的选择，可考虑使用VRV制冷机组或使用蒸汽热源溴化锂吸收制冷机组。

四、节能设计的注意事项

（一）通风管道的布置

在重工业的车间内，一般会布置有铁轨，供火车和轨道小车使用，柱子上面也会有牛腿，上面布置轨道，供门式吊车使用。在设计管道系统时，不仅需要考虑到车间内的气流组织，还要了解车间内的可动机械设备的生产流程与动作范围，以免有管道布置的位置与滑轨或吊车等工艺装置冲突的现象出现。选用屋顶式大空间区域空调机或者高大空间通风单元空调的空调形式，由于不用布置风管，设计更为灵活，既能够将机组布置在屋顶，也能将机组布置在侧墙上。

（二）需要特别注意有防爆要求的车间

此类车间内的电气设备，包括空气幕、暖风机、排风机、空调机等均应选择防爆型的。除此之外，也要注意车间内的风管上的风阀选择，如果风管内传输可能爆炸的气体，就要选用开启、关闭不会由于碰撞而出现火花的风阀。

（三）热加工车间的隔热设计

有热加工工种存在的车间内，不光是考虑以上提到的一般性内容，还有一项隔热设计。一些车间内工作区域内温度过高，需要为工人提供相应的隔热防护措施，防止工人中暑或烫伤。同时应设计有供工人降温休息的区域性小房间。

（四）暖通空调设计需要遵循的节能减排原则

工业厂房车间类建筑高度高，面积大，能耗方面不可忽略。为了响应国家的低碳生活号召，厂房类建筑的暖通空调设计，也要尽可能地做到节能减排。

厂房类建筑的节能，不但包括对容器与冷热媒体管道的保温设计，还包括整个采暖、通风、空调系统的运行节能设计，更为重要的是采暖、通风空调形式的选择，因为后者对于整个系统节能与否至关重要。比如对于高大空间的车间，就可以合理地利用置换通风，为生产员工提供舒适的工作环境。新风和排风量比较大的车间，一定要设置热回收机组，或集中起来与空调机组布置在一起，或分散设置。

（五）厂房的设计

厂房的设计，应以工艺专业为主，优先满足生产工艺要求厂房和车间的设计，同时满足消防的需求，其他各个专业，都对其功能的实现起到辅助作用。部分新设计师，对生产工艺流程不了解，在对厂房进行设计时，没有注意到工艺专业的特殊要求，在设计完成后，等各个专业汇总到一起时，才发现自己的系统不能满足使用要求，不得不推翻原设计重新来。

结束语

工业建筑因其体量大，能耗也大，所以在节能方面大有可为。总之，工业厂房的暖通空调节能设计往往涉及到的问题颇多。但不论具体设计方案如何，必须能够保障该种设计方案能够满足自身单位厂房的工作环境、工作条件、以及生产工艺等，以此才能使设计方案发挥出实质效用，并为类似工业建筑的设计提供借鉴。

参考文献：

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[2]宋瑞祥.浅析工业厂房的暖通空调节能设计[J].科技创新导报，2011，17：94.

[3]李佳楠，佟强.工业厂房暖通空调的节能设计探讨[J].城市建设，2012，（29）.

[4]张国鹏.工业厂房暖通空调的节能设计探讨[J].工程建设与设计，2010，08：85-88.