一种钢筋混凝土大空间坡屋顶设计方法技术

本发明专利技术公开了一种钢筋混凝土大空间坡屋顶设计方法，它包括以下结构构件的总体布局设置：在屋檐处屋檐边梁被支撑在砼墙、柱或砌体墙上；各段坡屋面板由屋檐至跨中按倾角升高倾斜放置，其底部支撑在所述的屋檐边梁上；所述的各段坡屋面板在跨中互相连接构成屋脊；除屋檐边梁位置外，在其平面内部不布置砼墙、柱而形成屋檐标高以下的大空间；在屋檐边梁处沿梁间隔设置抵抗水平推力的抗推构件。由于采用上述技术方案，与现有技术相比除节约投资约１０％、缩短屋盖工期约３０％、给结构专业本身带来效益外，还能给建筑专业的设计开拓新余地，让用户得到可自由使用的大空间，可利用的空间增加约一个标准层的３５％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种土木工程建筑结构的设计方法，具体地说，它涉及一种钢筋混凝土大空间坡屋顶的设计方法。
技术介绍
近几年，钢筋混凝土坡屋顶的应用已经十分广泛，但无统一方法及技术标准。目前最常见的设计问题是结构布局不合理，既导致构件庞杂、浪费，又严重影响了用户对屋顶的使用。在结构布置上，设计者往往按标准层的布局，把平面内部的墙、柱也统统升到屋顶；在计算的力学模型中，往往把坡屋顶看成垂直投影下的平面梁板，或把平屋脊、斜屋脊轮廓线当成框架杆件(梁、斜梁或斜柱)盲目地按框架建立计算模型。事实上，对于一般的房屋，双坡、多坡屋顶的受力状态与拱、壳结构类似。平屋脊、斜屋脊的横断面都是“人”字型的折板，无论是否另布置梁、柱，其脊线的变形形态根本不同于框架梁、柱杆件。上述做法都会使计算结果与真实的结构内力大相径庭。在施工过程中，屋脊梁、板斜交处模板形体复杂，多种角度的钢筋交错重叠，安装、浇注都很困难，严重影响进度和质量。有文献记载过“幕结构”，可见清华大学土建设计研究院编郝亚民主编《建筑结构形式概论》，清华大学出版社，1982，实际为砼坡屋顶。但此种结构不适合大尺度、很狭长及多转角、有拐弯的复杂平面形式。在设计计算领域，有学者运用弹性薄壳理论的数学物理原理，给出分析矩形折板屋盖内力、变形的方法，如江清风四边简支方形双向折板的内力，土木工程学报，1987年第2期。赖远明、张肇新周边简支组合折板屋盖的挠度和内力，土木工程学报，1992年2期。赖远明简支平顶四坡折板屋盖的内力和挠度，土木工程学报，1995(1)。但他们揭示的仅是在底座为刚性，四周边既无水平外涨、又无竖向沉降位移情况时的竖向荷载效应规律，虽所算得的屋脊附近的应力在一定程度上体现了拱、壳的特点，但假定这样的边界条件，与一般工程的实际情况相差甚远，掩盖了屋檐纵向跨中沉降、外涨，底边缘承受拉力需大量配筋的这个根本特点，隐藏着巨大隐患，所以不能用于一般工程设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种钢筋混凝土大空间坡屋顶的设计方法，该方法适应大尺度、狭长、复杂平面，完全取消屋盖下屋檐梁平面以内的墙、柱，及建筑专业希望取消的梁，让屋顶板下整洁、干净、美观，方便使用，节约投资、缩短工期。本专利技术的，它包括以下结构构件的总体布局设置在屋檐处屋檐边梁被支撑在砼墙、柱或砌体墙上；各段坡屋面板由屋檐至跨中按倾角升高倾斜放置，其底部支撑在所述的屋檐边梁上；所述的各段坡屋面板在跨中互相连接构成屋脊；除屋檐边梁位置外，在其平面内部不布置砼墙、柱而形成屋檐标高以下的大空间；在屋檐边梁处沿梁间隔设置抵抗水平推力的抗推构件。本专利技术除屋檐边梁位置外，在其平面内部不布置砼墙、柱。这就能使房屋横向无支承跨度达15m以上；其长度可以在温度膨胀、伸缩允许范围以内不受限制，并适应任意的转角、拐弯复杂平面。所述的抗推构件可以为连接平面两侧屋檐梁的水平拉梁，这适合建筑专业在内部要求布置横隔填充墙或砌体墙的情况。把拉梁设置并藏砌在横隔填充墙或砌体墙其中，这完全满足了建筑对美观、适用的要求。在建筑专业不希望设置水平拉梁的情况，抗推构件也可以是在屋檐梁下设置的抗推墙柱(即砼墙或柱)，这也保证了大空间的实现。对所述的抗推构件的截面尺寸及其到屋檐边梁端点的距离、它们之间的相互距离，在采用计算机的有关结构的有限单元法软件计算确定，及计算所有构件截面、配筋时(属常规计算)，要使用“壳单元”模拟屋面板。使计算结果更精确，设计过程简单易学。在无条件使用计算机的情况，在求解确定抗推构件的截面尺寸及其到屋檐边梁端点的距离、它们之间的相互距离时，及计算所有构件截面、配筋时(属常规计算)，将屋面板所承受的荷载、作用及其对应的结构效应分解为顺沿板面和垂直板面的两种分量分别求解，再线性叠加，避免了板壳结构复杂的微分方程求解。所述的坡屋面板上设置有贴板斜梁，能加强板的稳定。由于采用上述技术方案，与现有技术相比，除节约投资约10％、缩短屋盖工期约30％、给结构专业本身带来效益外，还能给建筑专业的设计开拓新余地，让用户得到可自由使用的大空间，可利用的空间增加约一个标准层的35％、达到了预想不到的效果。附图说明图1为采用本专利技术设计的房屋的屋盖下设置的抗推构件拉梁和墙或柱的平面示意图。图2为采用本专利技术设计的四坡简单情况屋顶的立体简图。图3为针对图2所示的I-I剖面分析重力荷载效应的计算简图；图4为针对图2所示的I-I剖面分析风荷载效应的计算简图；图5为针对图2所示的I-I剖面分析地震水平作用效应的计算简图；图6为图2所示的屋顶梯形斜板2的直立展开立面图，即作为薄壁梁承受组合值荷载的计算简图；图7为图2所示的屋顶三角形斜板3的直立展开立面图，即作为薄壁梁承受组合值荷载的计算简图。图8为采用本专利技术方法的实施例1的屋顶设计平面结构示意图；图9为采用本专利技术方法的实施例2的屋顶设计平面结构示意图；图10为图9所示的结构中檐口与下层楼板的关系；图11为图9所示的老虎窗的剖面图；图12为采用本专利技术方法的实施例3的屋顶设计平面结构示意图； 具体实施例方式本专利技术的，它包括以下结构构件的总体布局设置在屋檐处屋檐边梁被支撑在砼墙、柱或砌体墙上；各段坡屋面板由屋檐至跨中按倾角升高倾斜放置，其底部支撑在所述的屋檐边梁上；所述的各段坡屋面板在跨中互相连接构成屋脊；在屋檐边梁处沿梁间隔设置抵抗水平推力的抗推构件。下面结合附图对本专利技术的特征实施方式做进一步的说明如图1、2所示在屋檐边梁处沿梁间隔一定距离设置抗推构件，即视建筑专业给定的条件，在平面内部在屋檐边梁的标高间隔设置水平拉梁5连接两侧屋檐梁4，或者在屋檐梁下即外墙处间隔设置抗推墙柱6(可以是砼短肢剪力墙或小墙肢或框架柱、异形柱，L型或T字型断面的墙、柱应有较长的墙肢垂直于屋檐边梁，一字型墙或矩形断面柱应使其断面的较长方向垂直于屋檐边梁)。或者同时在不同位置分别设置水平拉梁5和抗推墙柱6，与屋檐边梁4共同抵抗屋面斜板的水平推力。抗推墙柱同时还担负普通墙、柱的承重、抗风、抗震作用，按各种效应需要统筹布置。抗推构件5或6的间距及到屋檐梁端部的距离，应通过结构力学的计算，综合各种因素确定要考虑、适应建筑专业的要求，在楼房情况要尽量与下层的墙柱对齐，计算重力荷载、风荷载及地震作用，满足结构物(包括屋顶斜板及抗推构件)的强度、刚度、稳定及延性(抗震情况)的要求，并使成本较低，可在房屋的进深即跨度尺寸的0.8～1.2倍范围初步试算，然后再调整。在采取抗推墙柱的情况，抗推墙柱的刚度很重要。抗推墙柱顶端的受推位移越小，就越可以减小屋面斜板的厚度和所需钢筋，控制裂缝。其内力可通过通常的超静定计算确定。当某位置建筑专业限制该位置的墙、柱断面长度以至于刚度不足时，这里的柱就不能当作抗推构件使用而只能做为一般承重的普通墙柱，而只能另加抗推构件拉梁，如图2中的节点B处柱为普通墙柱7，上方另有拉梁5。墙、柱的刚度是否足够胜任“抗推”的判断，应依据计算的柱顶位移、屋面斜板及柱本身的强度、裂缝宽度是否满足规范确定、或依按此原则逐渐积累的经验确定。对于简单的矩形平面屋顶如图2，四角处的屋顶板水平推力均可由两个互相垂直的屋檐边梁抵抗，因此角柱可以布置普通墙柱。图1、2均表示屋盖下设置的抗推构件拉梁和抗推墙柱(剪力墙或框架柱)混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢筋混凝土大空间坡屋顶设计方法，它包括以下结构构件的总体布局设置：在屋檐处屋檐边梁被支撑在砼墙、柱或砌体墙上；各段坡屋面板由屋檐至跨中按倾角升高倾斜放置，其底部支撑在所述的屋檐边梁上；所述的各段坡屋面板在跨中互相连接构成屋脊；其特征在于：除屋檐边梁位置外，在其平面内部不布置砼墙、柱而形成屋檐标高以下的大空间，在屋檐边梁处沿梁间隔设置抵抗水平推力的抗推构件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一威，
申请(专利权)人：刘一威，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]