坡屋顶建筑的结构设计

坡屋顶建筑的结构设计

发表时间：2015-12-02T17:08:27.877Z 来源：《工程建设标准化》2015年8月供稿作者：李佳

[导读] 国家林业局林产工业规划设计院坡屋顶作为住宅屋顶中最古老和最传统的形式之一，在世界各地中都占有重要地位。李佳

（国家林业局林产工业规划设计院建筑二所，100010）

【摘要】坡屋顶由于结构设计较为复杂，但是保温以及防止渗漏的效果较好，常常被设定为屋顶结构设计的首选，本文重点对坡屋顶的的结构设计进行了详细的分析，供相关设计人员参考。

【关键词】坡屋顶；建筑；结构；设计

一、前言

建筑屋顶的结构设计和建筑的通途有很大的关系，关于坡屋顶结构设计和当地的环境以及建筑的用途有直接的关系，本文重点对影响坡屋顶设计的因素进行了详细的分析。

二、坡屋顶的构成

坡屋顶作为住宅屋顶中最古老和最传统的形式之一，在世界各地中都占有重要地位，其发展从最初的满足人类的生理需求到现在成为具备实用与美观一体化的建筑构件。住宅建筑中的坡屋顶主体主要由屋面、屋檐和屋脊构成。

1、屋面

屋面作为坡屋顶的主要部分，其形式对于坡屋顶的整体形态非常重要。不仅讲究外观性，屋面还对坡屋顶下部使用空间起防风挡雨和保温隔热的保护作用。坡屋顶的形式非常多样，主要由直坡顶和曲面坡顶相组合构成。直坡顶指的是屋顶表面由直平面构成，其作为住宅建筑坡屋顶最基本的形式，外观朴素大方，构造形式也比较简单。曲面坡顶指的是屋顶表面由曲面构成，虽然其构造较直坡顶复杂，但是具有很强的构造性，其形式复杂多变、生动有趣。

2、屋檐

屋檐指的是屋面和外墙顶端相结合伸出的部分，它的主要作用是对于屋面的雨水进行排出，从而起到保护墙面的作用，其形式对于整个屋顶轮廓的构成形式非常重要。在屋檐的设计构造上，分为出挑和不出挑两种设计。

3、屋脊

屋脊指的是屋面与屋面之间相交形成的部分，这里需要注意的是，在相交部分很容易造成漏水现象，所以在进行住宅建筑设计时要强化这一部分的施工。以四川江油青莲的民居为例，它的屋脊设计的非常高耸，这样对整体结构形成压重作用，并将屋脊处理成为富有层次性的条状环绕，使之成为屋顶构造中的亮丽装饰。另外，屋脊上的各种瓦片的堆积和组合都是不同的，这样层层叠叠、稀疏交错构成了错落的层次感，具有很强的创意性。

4、附属构成要素

住宅建筑坡屋顶的附属构成要素指的是位于坡屋顶上，具有实际功能的构建，例如屋顶窗、烟囱以及通气管等等。它们的构成能够直接影响坡屋顶的最终使用效果。

在屋顶窗的采用中，使用得较广泛的是“老虎窗”，它能改善室内空间的使用效果，并且造型多变，能够产生丰富的内外空间光影，形成很好的外观效果。通气管和烟囱的尺寸非常小，但是对于坡屋顶的造型还是产生一定的影响，所以在对通气管和烟囱进行设置时，要合理的确定安装位置以及大小形状等，既要考虑其在坡屋顶上的美观效果，也要考虑实际的运用效果。

三、影响坡屋顶设计的因素

1、自然因素

住宅建筑是在自然环境中建造的，所以其设计要遵循自然发展规律，注重生态环境保护。气候条件时影响坡屋顶设计的自然因素中最重要的因素，在对不同地区的坡屋顶进行设计时，要因地制宜。例如我国的南方气候炎热多雨，这样在对南方坡屋顶的设计中要对坡屋顶进行加高加大，使之方便屋面的排水，进而促进室内部分的热空气上升，实现通风降温。因为南方冬季大多没有严寒，所以在设计上不需要考虑保暖措施，因此南方的坡屋顶住宅建筑多轻巧秀丽，具有很强的美观性，傣族竹楼的大屋顶就是很好的典型。而我国北方的住宅建筑为了抵御冬季的严寒，多采用微弧囤顶的双破屋面，这样的设计能够对建筑的体量进行压缩，既能保证建筑物的保温御寒功能，也能使得整体建筑显得稳重。

除了受气候条件的影响，日照也是影响住宅建筑坡屋顶设计的因素之一。在进行坡屋顶设计是要充分考虑当地的日照条件来选择合适的屋面坡度和屋脊位置。

2、社会因素

很多国家和地区将坡屋顶住宅建筑作为一定的人文景观，受其政治文化、宗教以及风俗习惯等社会因素的影响。

在政治文化上，西方强调人对自然的改造，而以中国为代表的东方则强调人与自然共存，这些对自然的态度直接体现在对住宅建筑的美学处理上，例如西方大多使用陡直的坡屋顶表现与自然的抗争，而东方多使用曲线优美柔和的坡屋顶来表现对自然的谦卑与友好。受社会主流意识形态和等级制度的控制，住宅建筑的屋顶也会在形式、色彩、装饰以及组合等方面存在差异，不同的坡屋顶形式代表着使用者的不同地位。在不同的民族间，由于地方民族文化的不同，在坡屋顶的构造上也存在着很大的差异，也正是由于这些差异，形成了住宅建筑的多样化。

3、其他因素

除了自然因素和社会因素这两大部分之外，坡屋顶在住宅建筑设计中还受其他有关因素的影响，例如材料因素，材料的应用直接决定坡屋顶的质感纹理以及色彩等表现形式，再例如技术因素影响影响着坡屋顶的质量，各种人为因素影响坡屋顶的使用寿命等等。

四、某大型游乐场复杂坡屋顶的设计

1、坡屋面结构方案选择

根据各过山车建筑设备功能要求，设置抵抗水平推力的下弦梁的情况本项目在进行坡屋面结构设计时，进行如下考虑：

大梁抬柱支撑屋面方案。此方案屋面跨度21m 下弦大梁 600*800屋面斜梁 250*600，,立柱300*300 ，是根据大跨工业厂房屋面混凝土桁架结构衍生而来，用小立柱代替斜腹杆，刻意弱化上层斜梁减少折梁屋脊节点处交叉钢筋数量，方便施工操作屋面荷载通过小立柱传递给下层大梁，主体结构由大梁和柱形成的框架组成，传力路线明确计算简单。由于设置了下弦梁，建筑内部空间使用率有所降低，所有屋面荷载都由下弦梁承担，该梁截面及钢筋用量均较大。此方案适合对施工进度要求紧的12-22m 大跨度陡坡度屋面建筑。

2、坡屋顶梁端设铰

对于外形不规则、复杂多变或跨度较大的坡屋面板，为安全稳妥起见，根据前面的分析建议，往往需设置坡屋顶斜梁以划分板的尺寸，且为便于施丁放线定位，梁多沿脊线布置。此时，容易出现多根梁相接于一个节点进行计算的情况，从计算结果不难发现，由于是按连续梁的中间支座固接进行计算，节点相连处各梁端配筋量普遍较大，柱节点处最为明显。实际上，众多的梁钢筋在同一节点中相交或锚固，使节点处施工时混凝土较难振捣密实，必然削弱了该节点作为各连接梁固接点的能力。因此，需对部分梁端在该节点的负弯矩进行更多调幅，减少锚人支座的钢筋数量，增加梁底钢筋数量：必要时更可将该梁端设为铰接端进行计算，以此确定梁底筋的数量，避免梁端节点约束失效出现塑性铰时，梁仍不致断裂破坏，以保证结构安全。

3、纯折梁方案

根据建筑屋面起伏布置折梁，本项目乘车站柱网跨度合理、屋面檐口标高较低，为了保证室内净高，大部分屋面梁选用此方案。此方案常用于6m 以下小跨度缓坡度屋面建筑屋面产生的水平推力不大，完全可以适当加强柱设计来抵抗。

4、假预应力桁架方案

众所周知，坡屋架在竖向荷载作用下会产生一部分水平推力，这部分力由预应力索承担，屋架弯矩及剪力由屋面斜梁按普通平面梁设计即可，且施工操作简单，经济效益可观。但由于业内工程实例少，尚有预应力索变形与屋面梁裂缝控制协调问题需研究。

五、结束语

综上所述，本文重点对游乐场坡屋顶的设计进行了详细的分析，目的是提高相应设计过程中坡屋顶的设计的科学性，保证建筑质量安全。

参考文献

[1]姚丽莉. 仿古建筑坡屋面结构设计浅析[J]. 建材发展导向：上, 2014, (7).