坡屋面具有坡度大、屋面不易積水、屋頂陽光照射角度大、立面美觀豐富等特點。考慮到美觀、節能和使用功能等方面的需要，近年來，隨著城市建設的發展，被廣泛采用，特別是住宅小區，在本地區較多的采用現澆混凝土的坡屋面。

　　坡屋面在展現出建筑藝術的同時，也給建筑結構設計帶來新的挑戰。結構作為實現建筑思想和藝術的基礎，努力實現建筑意圖的同時，要不斷優化和完善結構體系和構件設計力求做到安全、適用、經濟和技術先進。

　　利用三維計算機有限元結構分析軟件能夠較準確的分析和全面考慮參與結構抗力的各構件抗力及剛度貢獻,包括梁板的共同作用。

　　在此僅以某現澆混凝土坡屋面工程的設計為背景,淺析混凝土坡屋面建筑結構的設計中常遇到的幾點問題。

　　一.坡屋面結構布置

　　本工程為某住宅小區樓盤其中一住宅樓，立面美觀豐富的坡屋面配合富有層次的社區園林，獨特的風格，營造出建筑與環境相融合之美。坡屋面是該小區建筑的主要屋頂結構形式，出于施工便捷性、整體性及防水性能要求，擬采用現澆混凝土坡屋面。

　　由圖一、二、三可以看出坡屋面的跨度較大，坡屋面板凹凸交匯線多而且復雜。由于是民用住宅建筑，坡屋面底要求必須設頂層水平樓板，以滿足下層使用功能和空間效果對天花平整的需要;沿屋脊線設坡屋面梁，并設置內柱來支承坡屋面梁，減少坡屋面的跨度，形成明確的板梁柱傳力(具體結構布置見圖四)。

　　圖一 坡屋面平面

　　圖二 立面

　　圖

　　圖三 剖面

　　而對于梯屋上面小塔樓，建筑使用功能和空間效果要求坡屋面底不能設水平樓板，也不能設內柱，而且小塔樓只有樓梯間框架柱升至坡屋面層，為了有更明確的板梁柱傳力路徑，在兩柱間設沿屋面坡度的折梁(具體結構布置見圖五)。

　　圖四 坡屋面結構布置平面

　　圖

　　1-1剖面

　　圖

　　圖五 小塔樓坡屋面結構布置平面

　　二.結構計算分析

　　現以梯屋上面的小塔樓為例來說明結構計算分析的過程及計算結果合理性分析。本工程采用PKPM的SATWE、廣廈的GSSAP，以下僅以其中有代表性的一榀橫向框架為例來分析說明。

　　軟件分析模型需按板梁柱的實際標高進行輸入，而且在總體參數中不能采用強制剛性樓板的假定，否則會造成結構分析嚴重失真，特別是地震作用計算和風荷載計算。但必須注意調整計算振型數使有效質量系數達到90%以上。

　　坡屋面板設置成膜單元，中梁剛度增大系數設為2.0。因為板厚較小，其平面外剛度較小，所以用膜單元來模擬比較合適，即僅計算其平面內剛度而忽略其平面外剛度。而樓板對梁剛度是有貢獻的，因而用中梁剛度增大系數來考慮，這樣就可以與一般樓層剛性樓板的考慮樓板對梁剛度貢獻的設置參數統一，不必針對坡屋面層特別設置。

　　計算分析結果如圖六，為便于說明坡屋面部分的構件內力,僅取恒荷載(包括構件自重)作用下的計算結果,并將天面層樓面內力隱去。從圖可以看出，在恒載作用下：

　　1.PKPM的SATWE計算結果的屋面斜梁彎矩、剪力較小而軸力較大， SATWE軟件弱化了梁柱節點和折梁節點剛度，與平屋面受力情況有較大區別，斜梁上產生相當軸力，比較接近手算結果;2.廣廈的GSSAP計算結果的屋面斜梁彎矩、剪力較大而軸力較小，充分考慮了坡屋面板剛度，而且強化了梁柱節點和折梁節點剛度，斜梁上軸力幾乎為零，其受力情況和平屋面梁的受力情況幾乎相同，需要注意加強節點的構造。 剪力圖(kN)

　　a.SATWE內力圖

　　彎矩圖(kN·M)

　　軸力圖(kN)

　　軸力圖(kN)

　　剪力圖(kN)

　　彎矩圖(kN·M)

　　圖六 一榀橫向框架的彎矩、剪力和軸力圖

　　b.GSSAP內力圖

　　綜上所述，對于一般坡屋面可以用上述兩個軟件進行受力分析，都可以滿足工程計算精度要求，但對于特別復雜的多坡屋面建議用通用有限元分析軟件(如PKPM的PMSAP或廣廈的GSSAP)進行分析計算。

　　三.坡屋面的配筋及構造設計

　　在兩個軟件計算分析的基礎上對柱、梁、板進行配筋設計，不同于一般平屋面，坡屋面要特別注意節點的構造設計：

　　(1) 坡屋面板配筋除了根據板面外彎矩，還要考慮其軸向受力(包括內外溫差引起溫度應力和伸縮變形)，因此,坡屋面板應雙層雙向通長配筋,并適當加密鋼筋間距。坡屋面受日照量較多，為防止溫度應力作用下容易引起開裂而滲漏，在造價允許情況下應盡量建議建筑師設置防水層及保溫層。

　　(2) 屋脊通常是兩個或多個方向梁或板的交匯部位。完全按梁板體系處理坡屋面對施工及設計都較復雜,可對其加以簡化。在凸凹折角處, 當角度較小時,可考慮板的平面外剛度,在折角處均設暗梁即可。板交匯時,宜將板鋼筋交叉搭接錨固(如圖七)。

　　圖七 折板配筋構造

　　(3) 從構件的內力圖可以看出坡屋面的梁柱交接部位的內力集中，該交接部位的抗彎、抗剪和抗裂均很重要,縱筋搭接及箍筋設置應滿足《混凝土結構設計規范 GB 50010-2010》第9.3.4條至第9.3.9條的規定。

　　(4) 屋脊梁構造包括橫向框架梁和縱向梁以及斜向屋脊梁。從圖5的內力圖可以知道,橫向坡屋面梁在跨中的內力很小。橫向屋脊節點布置縱向貫通構造鋼筋，并適當加密箍筋，折梁處節點按《混凝土結構設計規范 GB 50010-2010》第9.2.12條進行配筋設計，并應按抗拉要求將屋面板鋼筋錨固在屋脊縱向梁內。

　　(5) 坡屋面老虎窗可視其大小采用設梁，或直接用折板處理。老虎窗立板因需雙面支模，板厚不可取得太小，通常可取120mm，按φ8@150雙層雙向配筋。

　　(6) 考慮到施工因素，當坡屋面為雙層屋面時，應注意坡腳處凈高>0.6m，以免施工時無法支模。當無平屋面時，應注意填充墻高度，若墻高>4m時可設水平拉梁一道。

　　(7) 坡屋面梁不適宜采用梁平法表示，其梁加密區長度，負加筋長度，梁鋼筋錨固等做法應采用梁詳圖表示。

　　四.結束語

　　混凝土坡屋面建筑蘊藏著豐富的現代建筑思想和結構技術。在滿足結構安全的首要前提下,在滿足建筑功能和造型設計的同時,應努力表現建筑技術與藝術結合的內涵,體現出應有的結構美。

　　參考文獻：

　　[1] 中國建筑科學研究院. GB 50010-2010混凝土結構設計規范 [S].北京：中國建筑工業出版社，2011

　　[2] . 中國建筑科學研究院. GB 50011-2010 建筑抗震設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

　　[3] 中國建筑科學研究院 PKPM CAD 工程部.多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE(用戶手冊及技術條件)

　　[4] 廣東省建筑設計研究院 深圳市廣廈軟件有限公司.建筑結構通用分析設計軟件GSSAP(說明書)