坡屋面与平屋面结构受力比较分析

坡屋面与平屋面结构受力比较分析

张凯

深圳市华阳国际工程设计股份有限公司，深圳518038

关键词：坡屋面，平面屋，受力比较。

1 引言

现在建筑采用平面屋的情况较多，但也有一些建筑因造型需要采用的是坡屋面，特别是别墅建筑，在设计行业内碰到这种情况时，一些设计人员往往仍替代用平屋面建立计算模型进行受力计算和构件设计，但仅从概念上看就可知，坡屋面结构存在的屋脊，加强了局部楼板的支撑刚度，折脊相当于形成了一个空间弱支座，还有坡屋面相互支撑形成空间拱结构，坡屋面板对边梁还有一个向外水平推力，所以，坡屋面与平屋面结构受力状态应是有区别的。本文就两种屋面结构，在相同条件下，计算研究内力的区别，得到了一些结论，供同行朋友在设计工作中参考使用。

2 基本假定条件

为分析比较平屋面与坡屋面的受力状态差别，分别建立相同跨度、边梁柱尺寸，相同荷载的平、坡屋面模型，运用美国CSI公司开发的通用有限元建筑结构分析设计软件ETABS进行受力分析，计算其各构件内力，比较分析其区别。

分析楼板尺寸5600mmx7000mm，平屋面板厚取160mm，坡屋面板厚分别取160mm，130mm(之所以坡屋面板厚取两种，是为了比较研究坡屋面板厚取值是与边梁间跨度有关，还是与边梁屋脊间跨度有关)。板上附加恒载3.0kn/m2（不包含结构板自重），活荷载2.0kn/m2。梁板柱混凝土等级均为C30。

3 构件内力差异分析

（1）楼板内力计算结果

楼板内力分析结果

从表中计算结果看，坡屋面板的正负弯距相对均较小，平屋面板的正负弯距较大，而且值得注意的是平屋面板的支座负弯距相对更要大一些，笔者分析原因认为有两点：1.程序是假定楼板与梁自动线约束，梁板一起协调变形，梁向下变形大带动板出现较大负弯距，特别梁跨较长的一边更明显。2.程序考虑了坡屋面相互支撑的屋脊板刚度的支座效应，使得坡屋面板的实际计算跨度大大的减少。

(2)板对梁柱内力影响比较

从计算结果可以看到坡屋面对边梁产生的弯距相对较小，但会产生一定扭矩。而平屋面板对边线产生了较大的弯距，扭矩几乎为零。分析原因如下：1.坡屋面板实际已有一定的板平面外刚度，可以把板面荷载直接传递到柱子上，从而减少了传给梁的荷载。2.坡屋面板互相支撑形成了空间拱结构，重力荷载下对支座（边梁）有一个水平推力，形成了边梁的扭矩。

　　从计算结果可以看到坡屋面板对边柱顶产生的弯距相对较小，而平屋板面对边柱顶产生的弯距较大。分析原因如下：1.坡屋面柱承受了一部分板荷载直接传来的荷载，另一方面坡屋面屋脊对边柱有一定拉结作用。2.相同投影尺寸下，坡屋面板实际自重也大一些。

4 结论与设计建议

（1）坡屋面板结构构件内力状态与平屋面板结构构件内力状态有较大区别，不可简单替代。

（2）坡屋面结构楼板正负弯距、边梁弯距都较平屋面板结构小较多，但坡屋面结构中边梁则有一个扭矩。

（3）坡屋脊处于一种较复杂的应力状态，并可以认为屋脊是单坡屋面板的支座，坡屋面板厚度取值可按边梁与屋脊间跨度计算。屋脊设计时应适当加强。

参考文献

[1]  王志芳，浅谈框架结构坡屋面的结构设计，认知网，2010

[2]  GB 50011-2010 建筑抗震设计规范（2016年版），北京:中国建筑工业出版社，2010.

[3]  GB50010-2010　混凝土结构设计规范（2015年版），.北京:中国建筑工业出版社,2011

[4]  谭玉阶，坡屋面找脊线及其他，深圳土木与建筑，2006