建筑结构选型 屋顶

屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
4.2 拱结构 （1） 拱结构的特点 ① 拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力 ② 拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩 ③ 拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大 （2） 拱结构的型式
1）按受力 ① ② ③ 2）按外形 ① ② ③
三铰拱 两铰拱 无铰拱 双折线型 圆弧线型 抛物线型
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
拱结构屋盖布置
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
（5） 拱结构支座处理
① 由拉杆承受推力 ③ 基础承受推力 ② 由框架承受推力 ④ 刚性水平构件承受推力
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
4.3 刚架结构 （1）刚架结构的特点 ① 内力分布均匀 ② 结构轻巧，节省材料，制作方便 ③ 空间高度大 ④ 结构刚度差 （2）刚架结构的型式 1）按组成 ① 三铰刚架 ② 两铰刚架 ③ 无铰刚架 2）按断面 ① 实腹式 ② 格构式
（3）有组织排水的常用方案 1）檐沟外排水 形式：现浇式、预制搁置式、自重平衡式 特点：屋面雨水直接流入挑檐沟，再由沟内纵坡导入雨水口， 檐口高度随建筑体型而定 2）女儿墙外排水 屋面雨水沿女儿墙内的纵坡流向弯管式水落口， 再流入墙外的水落斗及水落管，建筑体型简洁。 3）内排水 屋面向内做坡，屋面雨水汇于中间天沟，经室内水落管排走 适用于高层建筑、多跨建筑 4）其他 如：在蓄水屋面中，檐沟与女儿墙常常同时使用 （4）平屋顶排水设计 注意屋面排水系统图的画法 屋顶— 2 多高层建筑平屋顶
• 从鸡蛋壳到薄壁结构 • 从蜘蛛网到悬索结构 • 从蜜蜂巢到网架结构
鸡蛋壳—薄壁结构
薄壁结构实例—筒壳
薄壁结构实例—扁壳
蜘蛛网到悬索结构
悬索结构实例
蜜蜂巢到网架结构
网架结构实例—曲面网壳
4.1.3 大跨度建筑的结构特征 （1）大跨建筑主要承受竖向荷载 1）高层结构
荷载：水平荷载为控制因素
3.3 坡屋顶细部构造 3.3.1 平瓦屋面 —坡度 i≮1:2（≈26°） ⑴ 冷摊瓦屋面 檩条 → 椽子 → 挂瓦条 → 平瓦 椽子：40×60或50×50@400；挂瓦条：30×30，间距330 ⑵ 屋面板平瓦屋面 屋架(或檩条)→望板→干铺油毡→顺水条(压毡条) →挂瓦条→平瓦 注意：① 压毡条（顺水条）或挂瓦板均应有利于排水. ② 使用T形、槽形、F形板时，可取代挂瓦条， 但应注意在肋间设排水孔. ③ 檐口处可设双挂瓦条，或在第一张瓦下垫三角 木, 用来钉封檐板. ⑶ 纤维板或芦席平瓦屋面 椽子上→顺水搭接铺钉纤维板或芦席→用麦秸泥粘瓦 屋顶— 3 坡屋顶
2 多高层建筑平屋顶
2.1 平屋顶构造层次 隔热层 防水保护层 防水层 结合层 找平层 保温层 隔蒸汽层 找平层 找坡层 结构层 顶棚层 屋顶— 2 多高层建筑平屋顶
2.2 屋面排水 （1）排水坡度 1）坡度的表示方法 角度法、斜率法、百分比法 2）影响屋面排水坡度的因素 ① 防水材料：单块面积大，则坡度小，以防为主，以排为辅。 ② 年降雨量： ③ 使用特点：上人屋面取1~2%；非上人屋面取2~3% 3）屋面排水坡度的形成 ① 材料找坡：（又称：垫置坡度、填坡）—— i≤5% 特点：在结构层上铺设轻质材料形成坡度，如：炉渣…… ② 结构找坡：（又称：搁置坡度、撑坡）—— i≈2~5% 特点：无找坡层，构造简单、荷载轻、施工方便； 但，顶棚倾斜，不宜加层。 屋顶— 2 多高层建筑平屋顶
3.4 新型建筑坡屋顶及空间利用 在新型建筑尤其 是住宅设计中，常常 利用顶层和屋顶结合 的方式，形成可利用 的室内空间。 同时，这种方式 可以减小并排住宅的 日照间距。
屋顶— 3 坡屋顶
屋顶— 3 坡屋顶
屋顶— 3 坡屋顶
屋顶— 3 坡屋顶
屋顶— 3 坡屋顶
4 大跨度建筑屋顶
4.1 大跨度建筑概况 4.1.1 定义
按网架结构设计规范规定
≤30米，小跨度 30～60米，中跨度 >60米，大跨度
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
4.1.2 大跨度建筑的发展过程 （1）古典大跨结构（2000多年前～文艺复兴） 特征： “砖石结构” ① 从梁到三角璇 梁：受弯，砖石不宜 拱：受压，发挥材料特性 ② 从筒拱到交叉拱 筒 拱：墙承重，平面狭长 交叉拱：柱承重，空间贯通 ③ 从交叉拱到拱肋结构 交叉拱：屋面自重较大 拱 肋：结构高直轻巧 ④ 从穹窿结构到帆拱 穹隆：圆形平面 帆拱：方形平面
（2）排水方式 1）无组织排水 特点：构造简单，经济，但欠美观，有时会影响使用 2）有组织排水 ① 适用范围 年降雨量较大、标准高、属多高层、位于严寒地区…… ② 要求 a 排水坡：形式—单坡、双坡、四坡。 （建筑宽度≥12m时，应采用双坡） 坡度—2%，找坡最低点的厚度≥15。 b 檐沟： 0.5~1%，净宽≮200，最浅处深度≥120， c 雨水口：集水面积150~200m2 ，高屋面以100m2为限 d 落水管: 镀锌铁皮等 φ75 、100、125 ，间距18~24m 距地≮20mm，管箍间距≯1.2m e 地面：必须设散水 屋顶— 2 多高层建筑平屋顶
（2）要点：搭盖长度≈小青瓦长度的2/3，即“一搭三”，
故搭接处有三皮瓦厚度。
（3）细部： ① 纵檐口：檐口瓦头应伸出50mm，俯瓦应抬高30~80mm ② 山墙檐口：用檩条或砖墙出挑，檐口处做披水线，
瓦头挑出1/2瓦宽，屋脊用小青瓦或砖筑成。 ③ 天沟：先做木衬板，在铺仰瓦形成天沟
屋顶— 3 坡屋顶
图-3
合理的外形，充分发挥材料受压性能，以较薄的 壳体跨越很大的空间，而具有足够的强度和刚度。 ② 蜘蛛网—悬索结构 纤细的索网，充分发挥钢材抗拉性能，轻盈活波， 适宜与大跨度 ③ 蜜蜂巢—网架结构
利用小型杆件，组合成整体结构，刚度大，变形小， 自重轻，材料省
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
新型大跨结构
⑷ 平瓦屋面的细部构造
1） 檐口 ① 纵墙檐口 a. 砖砌挑檐：将砖逐皮向外出挑1/4砖，挑长1/2墙厚且≯240 b. 椽木挑檐：挑长≯300 c. 挑檐木挑檐：挑长：500~800mm；（屋架附木） 挑长：≤400mm；（挑檐木） d. 钢筋砼挑檐梁或现浇檐沟：长300~400mm； e. 女儿墙檐口：设钢筋砼檐沟板，上铺防水卷材，并做泛水
② 山墙檐口
a. 硬山檐口：女儿墙与屋面交接处应做泛水 b. 悬山檐口：檩条出挑形成悬山，端部用木板封檐； 并用1:2.5水泥砂浆做披水线，用以固瓦。
屋顶— 3 坡屋顶
2） 天沟和斜沟 上口宽度≮300~500mm； 木天沟板上应铺设镀锌薄钢板，并应伸入瓦片下≮150mm； 高低跨处应注意做好泛水； 3） 烟囱出屋面处的构造 防火：木基层距烟囱内壁应≥370mm； 防水：烟囱与屋面交接处应做好泛水处理
图-1
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
古典大跨结构
• 从梁到三角璇 • 从筒拱到交叉拱 • 从交叉拱到拱肋结构
• 从穹隆到帆拱
梁—三角拱—筒拱
筒拱—交叉拱
交叉拱实例—罗马卡瑞卡拉浴场
交叉拱—拱肋结构
穹窿—帆拱
穹窿—帆拱
穹窿—帆拱
罗马潘泰龙神庙：直径43.3m
圣。索非亚教堂：直径33m
穹窿—帆拱
第六章
1 屋顶的形式及设计要求
屋顶
2 多高层建筑的平屋顶
3 坡屋顶
4 大跨建筑屋顶
屋顶
1 屋顶的形式及设计要求
1.1 屋顶形式 （1）平屋顶 坡度≤5%； （2）坡屋顶 常用形式：单坡、双坡、四坡…… 传统形式：庑殿、歇山、悬山、硬山、卷棚、攒尖 （3）空间结构屋顶 拱顶、穹顶、折板、薄壳、桁架、网架、悬索、充气…… 1.2 设计要求 ① ② ③ ④ 结构要求：强度、刚度 功能要求：排水、防水、保温、隔热…… 造型要求：形成建筑轮廓 其他要求：生态、节能…… 屋顶—1 概述
构件：竖向悬臂构件—柱(线)，墙(面)，筒(体) 变形：水平侧移 2）大跨结构 荷载：竖向荷载为控制因素 构件：水平简支构件 变形：竖向挠曲
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
（2）大跨结构是梁结构的演变
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
（3）新型大跨结构的特点
① ② ③ ④ ⑤ 整体上是空间结构 跨度大，可覆盖巨大的室内空间 矢高小、曲率平缓，可有效利用空间 厚度薄、自重轻，节省材料 形式多样，可适合于各种形状的平面组合
（2） 平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）
特征：“桁架、刚架、拱结构”
① 从梁到桁架 ② 从梁到刚架 ③ 从梁到拱
图-2
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
平面大跨结构
• 从梁到桁架 • 从梁到刚架 • 从梁到拱肋
梁—桁架
梁—刚架
梁--拱
Biblioteka Baidu
北京体育学院田径馆
（3）新型大跨结构（二战～） 特征：“薄壳、悬索、网架” ① 鸡蛋壳—薄壁结构
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
拱结构形式
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
（3）拱结构的主要尺寸
① 跨度：公建主体30～40米，可达到95～200米， 经济跨度80～100米 ② 矢高：与建筑外形、使用要求、屋面构造、 内力计算有关 屋盖结构 f=(1/10～1/5)L 公建主体 f=(1/5～1/2)L
（4）拱结构屋盖布置 ① 跨度40～60米时 拱间距6～10米，设上弦横向支撑及纵向支撑 ② 跨度70～120米时 拱间距9～15米，采用相距3～6米的成对拱
2.3 多高层建筑屋顶造型设计 屋顶造型方法 平顶造型
尖顶造型 坡顶造型 穹顶造型 古典造型 隐喻造型 旋转餐厅造型
屋顶— 2 多高层建筑平屋顶
3 坡屋顶
3.1 坡屋顶的组成及排水 （1）坡屋顶的组成 1）承重结构：屋架、檩条、大梁、山墙…… 2）屋面覆盖层： ① 面层——瓦 ② 基层——椽子、挂瓦条、望板…… 3）顶棚 4）保温隔热层 （2）排水 1）屋顶的坡面组成 斜坡面相交时的斜沟、脊线组成正脊、斜脊、天沟、 斜沟、檐口…… 2）屋面的排水方式：① 无组织外排水 ② 檐沟外排水 ③ 女儿墙外排水 屋顶— 3 坡屋顶
（2）椽式屋顶结构 —以椽子为屋面主要承重构件的结构体系 椽架间距：400~1200mm 椽架形式：a. 由人字形椽子和一道横木（拉杆）组成 b. 椽架形似简易的三角屋架 （3） 板式结构的屋顶 ① 屋面板铺瓦 a 屋面板嵌缝找平后，以草泥或炉渣灰窝瓦 b 找平后，铺油毡一层，再在压毡条上钉挂瓦条挂瓦 c 在屋面板上直接粉防水砂浆并粘瓦（或齿形面砖） ② 挂瓦板挂瓦 以钢筋砼倒T型板替代檩条、屋面板、挂瓦条、斜顶棚 a 特点：构造简单，省工省料，造价低；但易渗水 b 板的形式：双T形、单T形、F形；肋间距＝挂瓦条间距 板宽≈600，板长=2.4~4.0m c 板的固定：坐浆并用预埋于基层的钢筋套接 ③ 构件自防水屋面 （多用于单层厂房中） 屋顶— 3 坡屋顶
3.2 坡屋顶的承重结构 （1）檩式屋顶结构 ——以檩条作为屋面主要支承构件的结构系统 檩条间距：· 檩条上铺屋面板时：700~900mm · 檩条与屋面板之间设椽子：1~1.5m ① 山墙支承 特点：檩条—→山墙、横墙 省去屋架，但开间≤4m；室内空间较小 ② 屋架支承 特点：· 檩条—→屋架—→柱或墙，开间3~4.5m 大跨建筑开间6m · 两榀屋架之间设剪力撑，以加强其稳定性 ③ 梁架支承 （中国古建中的传统做法） 例：抬梁式，穿斗式——特点：“墙倒屋不塌” 屋顶— 3 坡屋顶
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
刚架结构形式
屋顶— 4 大跨度建筑屋顶
（3）刚架结构主要尺寸
1）跨度
① ② ③ ④ 实腹式：50～60米 格构式两铰刚架： 60～120米 格构式无铰刚架：120～150米 折线弓形刚架：40～50米 高15～20米 2）断面
3.3.2 波形石棉水泥瓦屋面
（1）类型：石棉水泥瓦、木质纤维瓦、钢网水泥瓦 （2）做法：每三根檩条上钉一块波形瓦，端部搭接必须在檩条上 搭接长度≮100；左右搭接≮半波宽度
屋顶— 3 坡屋顶
3.3.3 小青瓦屋面
（1）类型：a. 仰瓦屋面：用灰泥粘贴小青瓦，——用于少雨地区
b. 俯仰瓦屋面：用灰泥粘贴，俯瓦搭盖仰瓦的宽度为40~60mm ——用于多雨地区 c. 冷摊瓦屋面：木椽上直接铺仰瓦， 椽条净距离≈小青瓦小头宽度的4/5； 俯瓦直接盖于仰瓦上，——用于炎热地区 d. 筒瓦屋面：仰瓦铺于木椽上，仰瓦间用灰泥粘盖筒瓦 ——用于气候温暖但风大的地区 e. 双层仰瓦屋面：仰瓦间用灰泥做成灰埂，上下瓦形成通风间层 ——用于炎热地区，可隔热且有通风降温