浅谈钢筋混凝土坡屋面梁设计

潘志刚

0 引言

随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的提高，对居住环境的要求也越来越高，因此造型优美的别墅建筑也如春笋般地出现了，甚至普通住宅楼也由方盒子变成了斜坡屋面。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。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。如何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个亟待解决的问题。

由于坡屋面斜构件的设计及构造做法，规范、手册里所提较少，且根据常用结构分析计算软件PKPM系列软件所提供的资料来看，该软件对这部分的处理，是需要设计人员自行处理的，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。

1 结构方案

框架结构坡屋面的布置方式常见的有两种:1)有平屋面;2)无平屋面。无平屋面是将顶部直接做成斜板，该斜板兼作屋面板。有平屋面时先做一层水平板作屋面板，倾斜部分按照屋面造型做。这两种方案，前者结构造价相对低，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、保温隔热便于施工。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(方案一该处无平屋面板，方案二有平屋面板)，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。

2 斜坡屋面构件的计算

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200 mm短柱及100 mm×100 mm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200 mm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。

3 构造措施

现浇整体钢筋混凝土坡屋面的刚度及抗力贡献是客观存在的，不会根据设计者考虑与否而有无。特别是屋面坡度越陡，屋面板的刚度及抗力贡献越明显，屋面梁甚至仅成为屋面板的分隔和约束而已。因此，在完成结构体系确定和构件计算之后，坡屋面结构的一些特殊构造成为设计的关键部分之一。

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。

4 结语

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)。

[1] 中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE用户手册及技术条件[Z].

[2] 赵 兵，姚瑞萍.PKPM中屋面斜板的建模及其对结构设计的影响[J].建筑结构，2006(9):90-92.