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摘 要：本文主要针对具体的结构设计方案来对大跨度四坡屋面框架结构的优化设计进行分析和综合，在此过程中根据相应的软件来建立一定的模型，然后通过对传力途径的改变，对屋顶空间的作用进行分析。说这一结构得到了明显的优化，主要是由于这种结构减少了屋面的内力作用，同时降低了截面和配筋的数量。
关键词：坡屋面;优化设计;PKPM软件
从现如今建筑结构上来看，采用坡屋面的屋顶是较为常见的形式，通常双坡屋面和四坡屋面得到了广泛地应用。但是这种结构在设计的过程中体现出一定的复杂性，主要是由于其荷载力较大，不仅要充分考虑到建筑的整体功能，还要确保结构的稳定性和合理性。所以，选择科学合理的设计方案是至关重要的。四坡屋面是坡屋面中较为特殊的结构，如果结构设计的合理在施工材料和施工成本方面都会得到有效地改进。
1 工程概况
某工程为框架结构，主要有三个楼层，建筑面积达到900m2，屋顶采用的是四坡屋面形式，其中比例为1：2。在施工之前设计好了施工图纸，其中将整个建筑以及屋顶的平面图展示到其中。从整个工程的等级为二级，有效地试用期为50年，其抗震防裂度较高，混凝土结构为主，混凝土砌块作为填充墙的主要材料。
2 坡屋面的概述
所谓的坡屋面主要是从建筑房屋的构造方面来说的，主要是其施工技术和施工工艺和传统的平顶屋存在着明显的差异。在其发展的过程中，形成个了双坡式斜屋面和四坡式斜屋面两种，主要是受到地理环境或者是气候条件以及人们的生活习惯的影响。坡屋面结构的设置在一定程度上满足了人们的要求，同时也体现出了一定的美感。这一结构也为房地产行业的发展提供了新的契机，也实现了建筑结构的多样化特点。
3 结构方案
在进行设计方案选择的过程中，需要根据建筑的整体功能以及设计的经济性和成本的稳定性来进行。主要有三种形式：第一，采用转换梁结构。这种结构的应用就是在檐口的位置放置一根大梁，用梁支撑屋面。这一方案在设计的过程中，主要是考虑到力的传递过程：斜板——斜梁——框架柱（梁上柱）。可见，这种设计方案的最主要特点就是对于力学的转换程度分析的较为明显。但是，这种结构也存在着严重的不足：屋面产生的作用力沒有考虑到其中，而且转换梁的截面相对较大，增加了设计成本。第二，折梁结构。折梁结构就是设置10m左右的折梁，这种结构的有点就是无需进行转换梁或者是梁柱的操作，直接可以将斜梁当做是折梁。虽然设计工序较为简单，但是在实际的工作中，折梁的跨度相对较大，而且经济性体现出的不明显。最重要的就是折梁的竖向荷载力较大，会对整个结构产生一定的推动力。第三，折梁结构和拉梁结构的组合形式。这种结构的设计原理就是利用折梁结构与拉梁结构共同形成了三角形结构，由于这种结构的稳定性相对较强，所以，可以对整个结构形成一定的支撑作用。折梁的长度可以适当地减小，而且结构的经济性较为明显。这三种方案的结构如图1所示：
图1 四坡屋面框架结构设计方案
在三种设计方案制定完成之后，采用PKPM软件来进行精密地计算，可以看出三种方案的缺陷所在。对于方案一来说，受到屋面的作用过大，转换梁的弯度不够，所以，设计方案略显保守。方案二中折梁的支座弯曲程度较大，受到了严重的剪力。方案三的设计主要是依靠三角形的稳定性承担相应的拉力，支座的受力平衡，跨度较小。这三种方案相比较，只有方案三的设计较为合理。因此，将其作为最终的设计方案。
4 结构设计
4.1 PKPM软件建模计算
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，空间模型如图2所示：
图2 坡屋面结构空间模型
在进行荷载输人时，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，宜采用satwe进行整体计算。通过计算可知，尽管构件的截面尺寸较小，但设计弯矩并不大，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，此弯矩不大。由于屋顶的整体刚度较大，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又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。
4.2 设计处理
在进行受力分析的过程中，要明确坡屋面和平屋面的区别，在实际的设计工作中，有必要采取人工调整的方式来进行。
4.2.1 首先要进行坡屋面板配筋的计算工作，其中荷载力要严格按照水平投影的方式来计算，另外，也要考虑到综合的作用力，将轴向力也考虑到其中，对配筋进行双向拉通，减少钢筋之间的距离。
4.2.2 屋脊梁的受力情况较为复杂，其中包括弯矩、轴向压力等等。但是在实际的设计中，没有将轴向压力因素考虑到其中。所以，这种计算形式缺乏一定的科学性。而且屋脊梁的楼板翼缘的作用受到诸多因素的限制，应该按照避免采用T形梁的形式来计算，矩形梁是首选的结构。所以计算方式应该得到改进。
4.2.3 在坡屋面的设计过程中，不仅考虑了整体的空间结构，同时对于施工也提出了较高的要求。在设计的过程中要将浇筑方式考虑到设计方案中，切实做到下弦拉梁的同时浇筑，而且不能对整体结构产生影响。
结束语
通过对坡屋面结构的分析计算和优化设计可以得到以下几点结论：（1）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。（2）对于大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，可大大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。（3）坡屋面的形式种类繁多，计算模型的选取有很大的灵活性，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。（4）屋面的防水质量直接影响到了建筑整体质量，在交付使用后也会影响到人们的生活质量，所以在进行建筑防水施工时，一定要重视斜屋面施工的质量，做好施工工作，以便确保工程建设质量。
参考文献
[1]欧新新，崔钦淑.建筑结构设计与PKPM系列程序应用[M].北京：机械工业出版社，2005：113-114.
[2]陈基发，胡德纸，金新阳，等.GB50009-2001建筑结构荷载规范[S].（2006年版）.北京：中国建筑工业出版社，2006：9-l0.
[3]林荣坤.刍议建筑工程中深基坑支护施工新技术的应用[J].黑龙江科技信息.2014（21）.
关键词：坡屋面;优化设计;PKPM软件
从现如今建筑结构上来看，采用坡屋面的屋顶是较为常见的形式，通常双坡屋面和四坡屋面得到了广泛地应用。但是这种结构在设计的过程中体现出一定的复杂性，主要是由于其荷载力较大，不仅要充分考虑到建筑的整体功能，还要确保结构的稳定性和合理性。所以，选择科学合理的设计方案是至关重要的。四坡屋面是坡屋面中较为特殊的结构，如果结构设计的合理在施工材料和施工成本方面都会得到有效地改进。
1 工程概况
某工程为框架结构，主要有三个楼层，建筑面积达到900m2，屋顶采用的是四坡屋面形式，其中比例为1：2。在施工之前设计好了施工图纸，其中将整个建筑以及屋顶的平面图展示到其中。从整个工程的等级为二级，有效地试用期为50年，其抗震防裂度较高，混凝土结构为主，混凝土砌块作为填充墙的主要材料。
2 坡屋面的概述
所谓的坡屋面主要是从建筑房屋的构造方面来说的，主要是其施工技术和施工工艺和传统的平顶屋存在着明显的差异。在其发展的过程中，形成个了双坡式斜屋面和四坡式斜屋面两种，主要是受到地理环境或者是气候条件以及人们的生活习惯的影响。坡屋面结构的设置在一定程度上满足了人们的要求，同时也体现出了一定的美感。这一结构也为房地产行业的发展提供了新的契机，也实现了建筑结构的多样化特点。
3 结构方案
在进行设计方案选择的过程中，需要根据建筑的整体功能以及设计的经济性和成本的稳定性来进行。主要有三种形式：第一，采用转换梁结构。这种结构的应用就是在檐口的位置放置一根大梁，用梁支撑屋面。这一方案在设计的过程中，主要是考虑到力的传递过程：斜板——斜梁——框架柱（梁上柱）。可见，这种设计方案的最主要特点就是对于力学的转换程度分析的较为明显。但是，这种结构也存在着严重的不足：屋面产生的作用力沒有考虑到其中，而且转换梁的截面相对较大，增加了设计成本。第二，折梁结构。折梁结构就是设置10m左右的折梁，这种结构的有点就是无需进行转换梁或者是梁柱的操作，直接可以将斜梁当做是折梁。虽然设计工序较为简单，但是在实际的工作中，折梁的跨度相对较大，而且经济性体现出的不明显。最重要的就是折梁的竖向荷载力较大，会对整个结构产生一定的推动力。第三，折梁结构和拉梁结构的组合形式。这种结构的设计原理就是利用折梁结构与拉梁结构共同形成了三角形结构，由于这种结构的稳定性相对较强，所以，可以对整个结构形成一定的支撑作用。折梁的长度可以适当地减小，而且结构的经济性较为明显。这三种方案的结构如图1所示：
图1 四坡屋面框架结构设计方案
在三种设计方案制定完成之后，采用PKPM软件来进行精密地计算，可以看出三种方案的缺陷所在。对于方案一来说，受到屋面的作用过大，转换梁的弯度不够，所以，设计方案略显保守。方案二中折梁的支座弯曲程度较大，受到了严重的剪力。方案三的设计主要是依靠三角形的稳定性承担相应的拉力，支座的受力平衡，跨度较小。这三种方案相比较，只有方案三的设计较为合理。因此，将其作为最终的设计方案。
4 结构设计
4.1 PKPM软件建模计算
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，空间模型如图2所示：
图2 坡屋面结构空间模型
在进行荷载输人时，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，宜采用satwe进行整体计算。通过计算可知，尽管构件的截面尺寸较小，但设计弯矩并不大，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，此弯矩不大。由于屋顶的整体刚度较大，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又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。
4.2 设计处理
在进行受力分析的过程中，要明确坡屋面和平屋面的区别，在实际的设计工作中，有必要采取人工调整的方式来进行。
4.2.1 首先要进行坡屋面板配筋的计算工作，其中荷载力要严格按照水平投影的方式来计算，另外，也要考虑到综合的作用力，将轴向力也考虑到其中，对配筋进行双向拉通，减少钢筋之间的距离。
4.2.2 屋脊梁的受力情况较为复杂，其中包括弯矩、轴向压力等等。但是在实际的设计中，没有将轴向压力因素考虑到其中。所以，这种计算形式缺乏一定的科学性。而且屋脊梁的楼板翼缘的作用受到诸多因素的限制，应该按照避免采用T形梁的形式来计算，矩形梁是首选的结构。所以计算方式应该得到改进。
4.2.3 在坡屋面的设计过程中，不仅考虑了整体的空间结构，同时对于施工也提出了较高的要求。在设计的过程中要将浇筑方式考虑到设计方案中，切实做到下弦拉梁的同时浇筑，而且不能对整体结构产生影响。
结束语
通过对坡屋面结构的分析计算和优化设计可以得到以下几点结论：（1）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。（2）对于大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，可大大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。（3）坡屋面的形式种类繁多，计算模型的选取有很大的灵活性，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。（4）屋面的防水质量直接影响到了建筑整体质量，在交付使用后也会影响到人们的生活质量，所以在进行建筑防水施工时，一定要重视斜屋面施工的质量，做好施工工作，以便确保工程建设质量。
参考文献
[1]欧新新，崔钦淑.建筑结构设计与PKPM系列程序应用[M].北京：机械工业出版社，2005：113-114.
[2]陈基发，胡德纸，金新阳，等.GB50009-2001建筑结构荷载规范[S].（2006年版）.北京：中国建筑工业出版社，2006：9-l0.
[3]林荣坤.刍议建筑工程中深基坑支护施工新技术的应用[J].黑龙江科技信息.2014（21）.