試論未來科技城學(xué)校的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要 通過對(duì)浙江未來科技城第二幼兒園九年一貫制學(xué)校項(xiàng)目的介紹， 探討混凝土斜屋面的設(shè)計(jì)方法，對(duì)大坡度斜屋面的施工工藝做法進(jìn)行研究和分析并結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)施工時(shí)采取的措施進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞 斜屋面;計(jì)算模型;軟件分析;構(gòu)造措施;施工工藝

1工程概況

未來科技城第二幼兒園九年一貫制學(xué)校位于杭州市余杭區(qū)未來科技城內(nèi)，本次第二幼兒園、九年一貫制工程由幼兒園、小學(xué)及中學(xué)組成，總用地面積為41667.87平方米，總建筑面積為47190.93平方米，其中地上建筑面積為28790.93平方米，地下建筑面積為18400平方米。（見圖1）本工程主要由小學(xué)教學(xué)樓、初中教學(xué)樓、食堂、辦公、看臺(tái)、傳達(dá)室及幼兒園組成，層高2～5層，框架結(jié)構(gòu)。幼兒園、小學(xué)田徑場(chǎng)地下設(shè)有地下室一層。整個(gè)工程于2016年開始設(shè)計(jì)，2017年10月結(jié)構(gòu)封頂并通過結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，中學(xué)樓斜屋面坡度最大為 54度，小學(xué)斜屋面坡度最大為44度，幼兒園斜屋面最大坡度為53度見下圖1[1]。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)軟件分析

在結(jié)構(gòu)軟件方面，ANSYS有限元軟件，SAP2000及ETABS與PKPM軟件進(jìn)行分析的結(jié)果與PKPM軟件的計(jì)算結(jié)果對(duì)比已證實(shí)PKPM分析是合理的，該項(xiàng)目采用計(jì)算PKPM版本（V2.2）中可以在結(jié)構(gòu)分析時(shí)考慮屋面斜板對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)，并自動(dòng)將坡屋面的斜板定義為彈性膜進(jìn)行分析，能較好地模擬結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)。實(shí)際工程中可以將斜屋面定義為彈性膜，只計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，這樣對(duì)梁的彎矩和配筋的減少的影響會(huì)比定義為彈性板6的情況降低，上下支撐梁考慮了斜屋面的推力，并對(duì)其抗扭進(jìn)行加強(qiáng)現(xiàn)有的軟件技術(shù)手段，可以讓結(jié)構(gòu)工程師按著實(shí)際模型進(jìn)行建模，在PKPM設(shè)計(jì)斜梁和斜屋面結(jié)構(gòu)時(shí)，不能完全照搬平屋面設(shè)計(jì)的參數(shù)，否則會(huì)影響計(jì)算結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，降低斜梁斜屋面結(jié)構(gòu)的安全度。

應(yīng)注意以下幾個(gè)計(jì)算特點(diǎn)：

（1）荷載輸入時(shí)，由于PMCAD中“荷載輸入”只有沿水平和垂直方向的荷載，所以對(duì)于斜梁和斜板等傾斜構(gòu)件，應(yīng)輸入傾斜構(gòu)件沿水平和垂直方向的荷載，并不是沿傾斜方向的荷載。

（2）地震作用分析方法，選用地震作用分析方法時(shí)，應(yīng)注意采用“總剛分析方法”，不應(yīng)采用“側(cè)剛分析方法”。

斜屋面采用PMSAP核算，上下支撐支撐梁考慮了斜屋面的推力，并對(duì)其抗扭進(jìn)行加強(qiáng)。計(jì)算模型見圖一：

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

本工程的各單體計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。中學(xué)部分主要計(jì)算結(jié)果見下表：

2.3 斜屋面和斜梁的構(gòu)造措施

斜屋面對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系的剛度貢獻(xiàn)是真實(shí)存在的，無論結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)中是否按真實(shí)模型，或者選取何種彈性板算法，而且已證實(shí)跨度越大，屋面越陡、斜屋面板對(duì)框架的內(nèi)力和剛度影響越大，所以應(yīng)在完成斜梁和斜屋面計(jì)算后，采取一些特殊的構(gòu)造措施，也是結(jié)構(gòu)工程師需要考慮的重要方面。

（1）斜屋面鋼筋：由于斜屋面的空間作用和平面內(nèi)外的綜合力，斜屋面板不僅需要抗彎設(shè)計(jì)，也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)其抗軸力措施，而且支撐斜屋面的斜屋面梁也承受一定的軸力作用.斜屋面應(yīng)雙層雙向貫通配筋。

（2）斜屋面板鋼筋錨固：若采用折板彎折交匯形成交錯(cuò)斜屋面，注意板鋼筋采取逐層交叉錨固形式.若彎折角度過大，使斜屋面板承受較大軸力，在板彎折部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施，加大彎折節(jié)點(diǎn)截面尺寸，加縱筋和箍筋，彎折角度很大的斜屋面板.屋面折角為應(yīng)力復(fù)雜處，兩邊板上部鋼筋應(yīng)錨固于折角處梁或暗梁內(nèi)。

（3）暗梁設(shè)置：完全按梁板體系處理坡屋面對(duì)施工及設(shè)計(jì)都較復(fù)雜，當(dāng)然可對(duì)其加以簡化，在凸凹折角處，當(dāng)角度較小時(shí)，可考慮板的平面剛度，在折角處均設(shè)暗梁即可[2]。

3施工工藝及施工措施

斜坡屋面板厚度和混凝土的坍落度有很大關(guān)系，本工程坡道在20～54度，設(shè)計(jì)厚度應(yīng)達(dá)到120mm，這是因?yàn)樵诨炷琳駬v時(shí)受混凝土的自重以及混凝土的坍落度影響，可能最高處的混凝土厚度偏薄，水灰比過大，混凝土將產(chǎn)生較多的細(xì)水通道，抗?jié)B性能下降，同時(shí)容易產(chǎn)生裂縫。水灰比過低，容易產(chǎn)生蜂窩等缺陷。以上情況均將直接影響屋面結(jié)構(gòu)的防水性能。施工方法上不在單獨(dú)采用板底支模，坡度較大時(shí)采取雙側(cè)支模，以確?；炷恋臐仓|(zhì)量。

根據(jù)斜屋面傾角大小按40度分界，采用不同的施工方法。

對(duì)于40度以上的斜屋面主要考慮混凝土澆筑時(shí)的流動(dòng)性大、不易成型，采用類似剪力墻的雙層夾模體系，為保證混凝土下料后流動(dòng)順暢及便于振搗，沿坡面在上面層模板分段設(shè)置水平向混凝土澆筑槽，待下層各坡面混凝土對(duì)稱澆筑完成、振搗充分后，封閉本段預(yù)留槽，轉(zhuǎn)入上層混凝土的澆筑。這樣逐層對(duì)稱澆筑、逐層封閉，直至澆筑結(jié)束。

對(duì)于40度以下的斜屋面主要考慮澆筑時(shí)混凝土料向下緩慢流淌，密實(shí)度、厚度、標(biāo)高不易保證。采取沿兩側(cè)破脊線設(shè)置縱向鋼筋引導(dǎo)導(dǎo)軌，坡面間隔2米設(shè)置混凝土截留網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了分塊澆筑振搗，保證混凝土的成型質(zhì)量。由于坡度較大，對(duì)施工人員的專業(yè)技能、工作經(jīng)驗(yàn)以及心理素質(zhì)等都是一個(gè)較大的考驗(yàn)。掌握建筑工程較大坡度斜屋面滲漏問題的成因，采取積極有效的防治措施以避免滲漏問題的發(fā)生是非常重要的。

腳手架的搭設(shè)需能抵抗水平推力作用，因斜屋面在澆筑時(shí)，自重及施工荷載均會(huì)產(chǎn)生水平分力，由于混凝土尚未凝固，結(jié)構(gòu)本身無法平衡此部分荷載。因此搭設(shè)腳手架時(shí)需充分考慮這不利的影響，以免施工時(shí)出現(xiàn)倒塌事故[3]。

4結(jié)論與建議

本文主要闡述了斜屋面工程中斜梁和斜屋面的建模方法，計(jì)算特點(diǎn)以及不同于平屋面結(jié)構(gòu)體系的特殊構(gòu)造措施，結(jié)構(gòu)建模時(shí)盡量采用真實(shí)模型進(jìn)行建模，考慮斜屋面面內(nèi)和面外剛度，在PKPM中斜屋面采用彈性膜算法，總剛分析方法，跨度大時(shí)增加水平拉梁，高低跨時(shí)采用層間斜梁方法，建立起真實(shí)模型的斜屋面結(jié)構(gòu)，PMSAP核算，對(duì)于大坡度斜屋面根據(jù)坡度采用不同的施工方法，對(duì)于大于40的坡度采用雙層模板，設(shè)置混凝土澆筑槽，對(duì)于小于40度的坡屋面采用導(dǎo)軌與截流網(wǎng)將屋面分割成塊，對(duì)稱澆筑，既保證了混凝土的施工質(zhì)量，又降低了施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] GB50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

作者簡介

陳偉（1983-），男，浙江杭州人;學(xué)歷：研究生學(xué)歷，中級(jí)職稱，現(xiàn)就職單位：浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。