小跨度四坡屋面框架结构优化设计

小跨度四坡屋面框架结构优化设计
摘要：随着当代建筑行业的不断发展，小跨度结构在建筑中被广泛应用，和
传统的平屋顶设计相比，小跨度屋面结构具有安全性好、使用寿命长、美观的优点。

进入二十一世纪以来，由于人们对建筑品质追求的不断提高，加之传统的建
筑框架设计在使用中存在这许多的缺陷，社会上对于新的建筑结构设计的需要求
越来越小，所以以坡屋而为主的屋面结构逐步受到人们的关注。

关键词：小跨度四坡屋面；框架结构；优化设计；
前言：在现代建筑中，屋顶常常采用坡屋面的结构形式，而坡屋面中双坡屋
面和四坡屋面最为常见。

坡屋面结构的荷载较小且受力复杂，在设计时往往要花
费较多的精力。

特别是一些较小跨度的四坡屋面结构，既要考虑建筑功能的需要，又要保证结构的安全合理，因此其结构方案的选择尤为重要。

对于四坡屋面框架
结构，研究其合理的力学模型并进行优化设计，通常可以节省材料，降低工程造价。

一、四坡屋面概述
随着上世纪 80 年代初的改革开放，我国房地产行业得到了非常迅速的发展，在其发展的过程中对于建筑施工工艺上的要求也越来越高，传统的平屋型设计以
及不能满足当代人们对于房屋个性化的要求了，斜屋面建筑因为其能多样化、个
性化的特点逐渐代替了传统的平屋式建筑，在目前的建筑施工中，人们对于建筑
结构的优化越来越重视。

其中在目前的建筑上程项目中，为居民较为常见的斜屋
面主要有双坡式斜屋面与四坡式斜屋面两种类型本文就四坡式斜屋面的施上与应
用情况进行分析与总结，并提出了相关的上作标准与施上技术要求。

坡屋面结构
形式因其外形美观、保温节能及防渗漏效果好等特点在民用建筑中被广泛应用。

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应和作用于下部
结构是个亟待解决的问题。

二、小跨度四坡屋面框架结构优化设计
1.结构方案的选择。

一般情况下来来说，在目前的建筑工程中，建筑的斜屋面小多使用坡度小于 1/10 的水平屋面结构，这是一种新出现而又充满个性的结构设计。

这种结构是实际施工中的基础和理论的。

斜屋面结构具有多样和美观的特点，其在结构上美观小方、建筑别具一格，并且可以和周围的自然环境完美的协调，在小区里，这种建筑还可以丰富小区的布景要求，满足人们的审美需求。

一般来说，在实际的工程中我们都会对建筑物时机的功能进行具体的坡面功能的设计，并对不同的方案充分考虑和分析。

方案一是转换梁结构。

转换梁结构一般都是应用在檐口高度弥补的横梁上，其在坡屋面的设计中直接影响坡屋横梁的坚固性，作用十分重要。

通过对转换梁的设计我们可以得到一个具体的横梁承压方案，从而在横跨梁结构中进行有效的支撑。

对转换梁结构进行分析应该集中在山斜板的应力传导的模式上，在转换梁结构具体力的作用过程中会对梁柱负荷，而着重负荷会传递给框架结构柱。

这种方案在实际操作中以见算计模型为基础，是一种相对来说比较简单的计算，在模型计算的过程中我们不用考虑整体建筑上层界面的问题。

所以这种计算模式得到建筑工作者的广泛使用。

方案二是折梁结构。

在现阶段的建筑结构中，折梁的结构的使用十分常见。

折梁结构通常在在跨度比较小的横梁上横向布置，这样就能够有效的分担横梁上过载的负荷压力，同时由于折梁结构的截面比较小，不会影响建筑结构的美观，但折梁结构使用中由于横梁的符合里会交叉传导，因此仍然纯在着一些不经济、不科学的现象。

方案三是折梁与拉粱组合结构。

即在方案二的基础上增加一道水平拉梁来抵抗折梁的水平推力。

山于折梁与拉梁形成三角形，折梁在屋脊处相互支撑，实现弯矩减小许多，折梁叫一以设计得很小，结构较为经济通过 PKPM 建立模型并用 satwe 进行计算，通过计算分析得知，方案一由于屋面的整体作用，转换梁实际弯矩较小，按照转换梁设计过于保守，方案二中折梁在支座处的负弯矩较小，而且折梁的水平推力也使该层柱产生较小弯矩和剪力，方案三中采用下弦拉梁形成一个三角拱，
拉梁承担水平拉力，屋面斜梁在屋脊处为支座，实际跨度只有整个跨度的一半正
负弯矩均较小。

因此，方案三既经济又合理，作为最终结构方案。

2.结构设计。

当按照方案三进行结构设计时，坡屋面层可按一个标准层考虑。

采用抬高节点的方法建立屋面斜梁，用软件的斜杆布置功能建立下弦拉梁在进行
荷载输入时，应将坡屋面板的荷载按照水平投影方式进行折算，考虑到坡屋面的
空间整体作用，宜进行整体计算。

通过计算可知，尽管构件的截面尺寸较小，但
设计弯矩并不小，下弦拉梁的存在使屋脊处形成类似支座的约束，将屋面折梁分
成两跨。

由于结构左右对称，两个坡度相交处的三叉折梁在竖向荷载作用下，除
受弯矩外还受轴向压力，类似于空间拱的作用，因此弯矩不小。

由于屋顶的整体
刚度较小，在节点处分配给顶层柱的弯矩较小，对柱的设计有利。

前后两侧外边
梁在三叉折梁作用下承受轴向拉力，软件已按照拉弯构件考虑进行配筋计算。

4.优化。

采用平屋面简化计算不能很好地反应坡屋面和斜梁对屋面结构的作用，其无法准确考虑倾斜构件产生的水平作用力，尤其对于竖向构件是偏不安全的。

通过对比分析，得出一些有用的启示，在坡屋面结构设计中可供参考。

通过
对坡屋面结构的分析计算和优化，得到以下几点结论:（1）因为坡屋面的受力特
点和平屋面不同，所以要求设计人员应该根据建筑的实际情况进行结构的优化设计，包括：结构形式、建筑周围环境、建筑安全等方面，在保证建筑质量的情况
下竟可能的节约成本。

（2）在小跨度四坡屋面框架结构中，由于下弦梁雅丽的
改变，可以通过减小屋面的斜梁内力，从而减少斜梁的界面和配柱，以优化整体
的结构。

由于坡屋面梁多为折梁，其弯矩的正负变化除了在柱顶支撑点外，梁弯
折处在一定程度上也起到弹性支座的作用，该处梁内力的正负与小小与所处位置
斜板一致，故折梁上部纵筋应根据具体受力情况，采取钢筋通长设置的方法，同
时需要验算弯折点的配筋是否满足要求，而不能整垮设置架立筋的方式，以免存
在安全隐患。

（3）由于坡屋面设计形式比较多，选择的灵活性很小，这就要求
设计中在选择何种设计方式的时候充分考虑各方面的条件，结合实际运用见算计
软件进行分析，得出最合理结构设计方法。

坡屋面的受力特点与平屋面有着本质
区别，在设计时应根据建筑条件和要求选择合理的结构形式，优化结构设计，在
保证结构安全的前提下尽可能减少造价。

坡屋面与框架柱组合，共同作用明显，
但有坡屋面的结构体系侧向刚度小于同等高度的平屋面结构。

屋脊线处一般属于
应力集中部位，此处的楼板配筋和构造措施应予以加强，同时对于该处的施工也
应提出严格要求，尽量避免混凝土开裂。

对于小跨度四坡屋面框架结构，通过增
加下弦拉梁来改变传力途径，可小小减小屋面斜梁的内力，从而减小截面和配筋，达到结构优化的目的。

坡尾面的形式种类繁多，计算模型的选取有很小的灵活性，在用软件分析时应做到合理取舍，结合实际情况和工程经验进行设计调整。

结束语
随着我国社会经济的不断发展，在我国现代的建筑行业中，不管是民用建筑
还是工业建筑，其屋面的防水质量都十分重要，其直接影响着建筑的使用寿命。

因此做好斜坡屋面的结构设计优化是建筑工程中十分重要的一部分，但是由于中
国现实情况的制约，我国关于斜屋面设计技术仍然不够完善，出现许多的缺陷，
如何解决这些缺陷是我国建筑工作者不得不面对的难题，但是我相信随着我国综
合国力的不断提升，斜屋面设计技术会日趋完善，我国建筑事业也会蓬勃发展。

参考文献
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