斜屋面高支模结构设计中的静力性能分析

杨奇

摘要：通过分析某工程项目的斜屋面高支模结构力学性能，可以明确在斜屋面梁柱与板面施工过程中的相关要点。经过高支模结构的静力性能分析，可以获取以下结论：在斜屋面高支模结构设计过程中，需要根据屋面的具体坡度确定高支模结构形式。屋面板、屋面梁施工中，需要对附加筋进行合理应用，才能保证斜坡屋面的整体性能符合标准。

关键词：斜屋面；高支模结构；静力性能

前言

在一些大型建筑施工过程中，斜坡屋面除了增强建筑的美观性外，对控制建筑顶部整体荷载也有一定作用。在本次工程建设中，斜坡屋面的应用比较多，针对不同结构形式的斜坡屋面，需要对高支模结构进行应用，可以保证斜坡屋面的荷载达到设计标准，可以保证斜坡屋顶的安全性。

1工程概况

此次工程建设主要为天水白鹿仓国际旅游度假区项目，为综合游乐板块建筑。该项目体系为多层公共建筑，耐火等级设计为二级，屋面防水等级为二级，建筑层数为地上二层，本工程90%以上屋面为斜屋面，其结构造型复杂，细部处理多，屋面坡度均在25°以上，混凝土浇筑工程量大、施工难度大，质量要求高。基础形式为独立基础，结构形式为框架结构，建筑高度最高单体为14.3m，层高以一层为主，局部为二层、三层，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，主体结构设计使用年限为50年，建筑耐火等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度。此次以建筑项目的斜坡屋面以高支模结构为主进行设计，为了保证斜坡屋面结构的可靠性，需要对高支模结构的静力性能进行分析，确保配筋数量与支模结构设计的合理性。

2斜屋面高支模结构静力学性能分析

在对建筑斜屋面高支模结构进行设计时，需从抗震验算以及静力计算两部分出发对高支模结构的整体性能科学把握，确保斜屋面高支模结构的可靠性。

2.1抗震验算

在抗震验算过程中，需要对斜屋面的整体结构方案进行分析，此次工程项目的斜屋面剖面图如图1。

图1 建筑斜屋面梁剖面图

在抗震验算过程中，针对顶层屋面的高需要取斜屋面定点的三分之二作为高支模结构的高度[1]。此次建筑中的斜屋面顶点高度的最高值为7030mm。因此，在计算时，取值约为4687.06mm。在抗震验算过程中还需要对斜屋面是否为造型屋面进行分析，如果为造型屋面，抗震验算时仅仅考虑屋面荷载作用在顶层屋面板位置，不需要单独考虑。此次工程建设的造型屋面荷载标准为0.5KN/m2，非造型屋面的荷载标准为2.0KN/m2。在本次建筑抗震结构设计时，其处于抗震不利地带，抗震设防烈度为8度，需要在高支模结构设计中增加附加筋，保证高支模结构的安全性。

2.2静力性能分析

根据住建部《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（中华人民共和国住房和城乡建设部令第37号）、《住房城乡建设部办公厅关于实施《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》有关问题的通知》（建办质〔2018〕31号）以及《混凝土结构工程施工质量验收规范》的要求，搭设高度5m及以上，搭设跨度10m及以上；施工总荷载10kN/m2及以上，集中线荷载15kN/m及以上，属于危险性较大的分部分项工程，应编制专项施工方案，以确保工程质量和施工安全；搭设高度8m及以上，搭设跨度18m及以上；施工总荷载15kN/m2及以上，集中线荷载20kN/m及以上，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，应编制专项施工方案且需经专家论证和审查，以确保工程质量和施工安全。

在斜屋面高支模结构静力性能分析时，需要以造型屋面和非造型屋面的荷载标准为基础进行研究。斜屋面结构形式如图2。

图2斜屋面结构形式

在分析斜屋面的静力性能时，以某一个倾斜构件为基础，沿着斜向板对斜板内力进行计算。同时需要将斜板分解为垂直于板面与平行于板面的不同静力荷载，根据斜屋面与垂直支模结构的夹角计算斜板的最大弯矩。此次工程中的夹角为32.86°，高支模高度取值大约为4687.06mm，造型屋面荷载标准为0.5KN/m2，非造型屋面的荷载标准为2.0KN/m2。将相关数值输入结构软件内，可以对节点的高度进行定义，并明确梁的左右节点标高，通过高支模结构对倾斜构件进行分析。从而获取建筑结构模型。按照软件提供的荷载类型对倾斜构件沿水平或者垂直方向的钢筋结构进行科学设计。此次钢筋配筋与结构设计如图3。

图3 斜屋面梁施工示意图

在静力性能计算过程中，不仅需要倾斜构件的荷载分布数值，而且需要对钢筋配筋量以及倾斜构件的倾角进行明确，这样才能获取该倾斜构件的静力荷载。之后根据斜屋面的高支模结构获取整体的静力荷载数值。

本次工程项目中根据静力荷载数值发现原有的高支模结构设计无法满足建筑的抗震等级要求，因此确定需要增加配筋。在斜屋面高支模结构设计中增加了附加筋，附加筋的具体规格为14*200mm。与斜屋面原有的钢筋体系使用的8*200mm钢筋相比，附加筋的强度与性能更加突出，可以确保配筋性能与支撑力、抗震作用力符合斜屋面对高支模结构的静力性能要求

[2]。

3斜屋面高支模结构施工要点

在斜屋面高支模结构施工过程中，需要对斜屋面的整体施工程序进行科学把握，加强施工过程控制与管理。此次斜屋面高支模结构施工管理与控制主要包括高支模材料参数控制与梁柱结构施工两大部分。

3.1高支模结构体系参数控制

在此次工程建筑高支模材料与立杆钢管的间隙需要控制在3mm以下。并且高支模的直径为37～39mm。高支模的尺寸要求必须严格按照施工设计图纸控制。具体见图4。如果在施工设计图纸中没有明确标注附加筋的数量，需要设置6道附加筋，每一侧为3道。附加筋的直径、肢数需要与主梁箍筋相同。在施工设计图纸中有明确的标注为吊筋的，其规格根据标注的规格选择钢筋，如果没有标注，吊筋的规格为12*200mm。在施工过程中，如果为标注梁定位线，需要按照轴线居中或者与梁柱边齐平的方式进行施工。

图4 高支模结构体系示意图

3.2高支模立杆施工要点

在高支模立杆施工中，上端可调螺杆超出水平顶层的水平杆长度需要保持在0.5m以下。在立杆搭接施工过程中，需要按照交错布置的原则，确保相邻立杆接头错位，接头沿着高度方向的错位距离在500mm以上。不同接头的中心与主节点的距离不能超过跨距的三分之一。在钢管立杆施工过程中，尽可能使用单根立杆进行梁底扣件式钢管施工，如果无法满足梁底的高度要求，可以通过交错搭接进行施工。在高支模结构体系形成后，支架立柱有一定角度的倾斜情况时，需要通过可靠措施保证支点稳定，支撑底脚需要设置防滑移措施。

结束语

总之，在斜屋面高支模结构设计过程中，需要进行有效的抗震验算与静力荷载分析工作。特别是利用结构软件进行设计时，需要确保相关数值的准确性，才能获取准确荷载数值，为之后的结构施工奠定坚实基础。

参考文献：

[1]夏建中，淡浩.大跨度钢,木混合结构屋盖设计并基于实例分析对抗震性能的研究[J].地震工程学报, 2019, 041(004):853-859.

[2]郭一峰，谈丽华，江淼，杨义益.苏州金融街超高层斜墙转换结构分析与设计[J].建筑结构, 2022, 52(20):78-83.