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带屈曲约束支撑的轻钢加层框架结构减震分析
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3秒自动关闭窗口房屋建筑学---大跨度建筑构造---大跨度建筑的屋顶构造
大跨度建筑的屋顶构造 &
设计要求与构造组成 &
（一）设计要求
大跨度建筑的屋顶设计和其他屋顶一样都要求防水、保温、隔热，但大跨度建筑大多数为大型公共建筑，使用年限长，屋顶应具有更好的防水保温隔热性能，而且都是人群大量聚集的场所，防火安全要求更高，屋顶应有足够的耐火极限，以保证在火灾时的安全疏散。同时应特别注意减轻屋顶自重，选用轻质高强和耐久的材料和构造做法。在这类公共建筑中，屋顶的造型要求更高，应从屋顶形式、色彩、质感和细部处理等方面加以周密的考虑。另外，大跨度建筑的规模宏大，施工周期长，屋顶设计应为加快施工速度创造条件，贯彻标准化、定型化的设计原则。总之，大跨度建筑的屋顶设计应综合考虑建筑防水、建筑热工、材料选择、构造做法、建筑施工、建筑防火、建筑艺术等因素的影响，尽可能作到适用、安全、经济、美观。
（二）屋顶构造组成 &
大跨度建筑的屋顶由承重结构、屋面基层、保温隔热层、屋面面层等组成。承重结构的类型已在本章第一节中论述。屋面基层分为有檩方案和无檩方案，前者是在屋顶承重结构上先搁檩条，然后在檩条上再搁搁栅和屋面板。屋顶保温隔热层根据具体工程设计进行处理，可设在屋面板上，或悬挂于搁栅之下，或置于吊顶棚之上。屋面面层有卷材面层、涂料面层、金属瓦面层、彩色压型钢板面层等。
当采用薄壳结构、折板结构作屋顶承重结构时，不需要设屋面板。用充气薄膜结构和账篷薄膜结构作屋顶时，不需要另设屋面基层和防水面层，因这类结构具有承重、围护、防水等多重功能。
橡胶卷材防水屋面
（一）橡胶卷材屋面的优缺点和适用范围
卷材分为两大类，即油毡卷材和橡胶卷材。油毡卷材价格便宜，但质量较差，使用年限短，多用于大量性建筑。橡胶卷材是20世纪70～80年代才发展起来的新产品，使用年限长，但成本较高，多用于质量要求较高的建筑，如大型公共建筑、高层建筑等。油毡屋面构造已在本书上册论述，这里着重介绍橡胶卷材屋面。
橡胶卷材品种较多，其中三元乙丙橡胶卷材质量较好，应用较广。这种屋面的主要优点是耐气候性好，在－40～80°Ｃ范围内不会出现象油毡屋面那样在低温状态下冷脆开裂和高温状态下发生沥青流淌等质量事故；其抗拉强度超过7．5Mpa，延伸率在450％以上。因此屋面基层即使出现变形，三元乙丙橡胶卷材屋面也不致被拉裂，而且这种屋面只需铺一层就能达到防水要求，并且是在常温状态下施工，比油毡屋面的施工简单。当然，这种屋面造价偏高，约比油毡屋面高出奇制胜4～5倍的费用，目前还不能在大量性建筑中推广应用。但这种屋面的使用年限较长，一般在30年以上，而油毡屋面的平均使用年限为5年。因此，从综合效益上看，采用橡胶卷材屋面还是合算的。
（二）橡胶卷材屋面构造 &
三元乙丙橡胶卷材屋面的构造做法比较简单，对屋面基屋要求与油毡屋面相同。橡胶卷材宽1m，长20m，一般用ＣＸ404胶作胶粘剂，需在基层和卷材的背面同时涂胶。卷材拼接处搭接宽度至少100mm，并用硫化性丁基橡胶作胶粘剂。橡胶卷材屋面的保护层可采用银色着色剂，反射阳光的性能好，可防止橡胶卷材过早老化。
建于70年代，当时采用油毡卷材防水屋面，因质量差造成漏水，80年代改成三元乙丙橡胶卷材屋面，屋顶承重结构为平板网架，基层为加气混凝土屋面板，卷材防水层表面涂银色着色剂保护层。
&涂膜防水屋面
（一）涂膜防水屋面的优缺点和适用范围 &
涂膜防水屋面的基本原理是以防水涂料涂布于屋面基层，在其表面形成一层不透水的薄膜，以达到屋面防水的目的。这种屋面的主要优点是常温状态下施工，操作简便；可以在任意的曲面和任何复杂形状的屋顶表面进行涂布；不会出现油毡屋面低温脆裂、高温流淌等弊病；使用寿命较长，约在10年左右；屋面自重轻，每平方米仅30Ｎ左右。不过目前我国生产的防水涂料性能还不尽理想，所形成的涂膜厚度较薄，上人检修屋面时容易被踏破，有待进一步提高产品质量，改进施工方法，以改善涂膜防水屋面的性能。
在大跨度建筑中，涂膜防水屋面可用于钢筋混凝土薄壳屋顶、拱屋顶，以及用钢筋混凝土屋面板作基层的其他结构型式的屋顶。
（二）涂膜防水屋面材料 &
我国常用的屋面防水涂料有溶剂和水乳型再生橡胶沥青涂料、石棉乳化沥青涂料、氯丁胶乳沥青涂料、聚氨酯涂料、氯横化聚乙烯涂料等。其中以再生橡胶沥青涂料、氯丁胶乳沥青涂料的产量较大，使用较广。这些涂料中大部分需用一屋或数层玻璃丝布作增强材料，涂刷数度待涂料成膜后便形成屋面防水屋。但也有些防水涂料加玻璃丝布后，反而降低了防水层的抗裂性能，例如聚氨酯防水涂料就是如此。这种涂料的一个突出优点是在低温状态下的延伸率大大高于其他防水涂料，而玻璃丝布的低温抗裂性能却很差，若在防水屋中夹入玻璃丝布，不但不能充分发挥聚氨酯防水涂料的这一优势，反而会降低涂膜的抗裂性，使屋面开裂漏水。
下面分为有玻璃丝布和无玻璃丝布两种涂膜防水屋面作介绍。 &
（三）铺有玻璃丝布的涂膜防水屋面构造做法 &
对于抗拉强度和延伸率不太高的防水涂料，需要在涂膜中加铺玻璃丝布，以提高防水层的抗裂性。这类涂料有再生橡胶沥青涂料、氯丁胶乳沥青涂料、氯磺化聚乙烯涂料等。其构造要点如下：
1．基层处理 &
基屋的质量好坏对防水层的耐久性影响很大，在强度低、凹凸不平的基层上涂刷防水涂料和铺贴玻璃丝布容易造成折皱、起鼓现象、还会多费材料、故必须对基层进行严格处理。
当基屋为现浇混凝土整体屋面板时，当表面很平整，可不必作找平层；若有局部凹凸不平时，可用聚合物水泥砂浆局部补平后再作防水层。
当基层为预制混凝土层面板时，必须用1&#（或1∶3）水泥砂浆作找平层，厚度不小于20mm，且阴角部位应作光滑的圆弧或八字坡。凡屋面基层容易开裂的部位，如层脊、预制屋面板端缝处，应在找平层中预留分格缝，用防水油膏嵌缝，并在其上表铺一条玻璃丝布作加强层。
2．防水层 &
防水层的厚度和玻璃丝布层数应根据工程的重要性、防水涂料性能、防水层所处的具体部位等因素确定。一般来说，玻璃丝布层数愈多，涂层愈厚，抵抗基层裂缝的能力愈强，但也同时增加了玻璃丝布的接头数目，容易出现布头张“嘴”，粘贴不牢的现象。
屋面防水层的作法通常有：一布三涂、二布四涂、二布六涂等几种，容易漏水的特殊部位应增加玻璃丝布层数，如阴阳角、天沟、雨水口、泛水、贯穿层面的设备管道的根部等部位都应附加1～2层玻璃丝布。
为了保证屋面排水顺畅，屋面坡度不应小于3％，但也不宜大于25％，以免玻璃丝布滑移起折皱。
3．保护层 &
不上人的屋面，保护层一般以同类的防水涂料为基料，加入适量的颜色或银粉作为着色保护涂料。也可以在铺好防水涂料趁未干之前均匀撒上细黄沙、或石英砂、或云母粉之类的材料作保护层。
上人屋面的保护层应按地面来设计。根据具体使用功能，保护层可铺成地砖或混凝土板等。
（四）不铺玻璃丝布的涂膜防水屋面构造 &
抗拉强度和延伸率大的防水涂料不宜用玻璃丝布作加强层，例如聚氨酯防水涂膜层面即属于这类屋面。
聚氨酯涂膜防水屋面比其他涂膜防水屋面的弹性好，抗裂性强，由于不加铺玻璃丝布，在形状复杂的屋面上施工非常方便，尤其是防水的收头处容易达到封闭严密，不会发生张嘴现象。这种屋面的造价比其他涂膜防水屋面偏高一些，但从综合效果看还是比较好的。
这种屋面对基层和保护层的构造要点与其他涂膜防水层面相同，防水层的做法要求则不同。
从市场上购进的聚氨酯防水涂料分为甲、乙两种涂料，施工时按1:1.5（甲质量：乙质量）比例配合搅拌均匀，用塑料或橡皮刮板分作两层进行涂刮。第二层应在第一层涂膜固化24h后才能进行。防水层厚度以1.5mm左右为宜，每平方米的涂量为1.5kg。
（五）涂膜防水屋面的细部构造 &
以上两类涂膜防水屋面的细部构造大同小异，现以铺有玻璃丝布的涂膜防水屋面为例介绍各部位的细部做法。
凡与屋面相贯的墙体、管道等均须将防水屋延伸铺到墙上或管道四周的根部。泛水高度一般为200～300mm。为了使玻璃丝布贴得牢固，凡阴角处都要用水泥砂浆抹成圆弧形或八字坡。泛水的收头不必象油毡屋面那样加以固定，因涂膜防水层的粘结力强，收头处不容易张嘴脱落。
2．雨水口 &
雨水口周围的基层应呈杯形凹坑，使积水易排入雨水口中。玻璃丝布应剪成莲花瓣形，交错密实地贴进杯口下部的雨水套管中至少80cm。
3．挑檐口 &
挑檐口处应作好防水层的收头处理，因为在大风时檐口首当其冲，收头处的防水层容易被风掀开。
& 4.变形缝
横向变形缝处下部结构应设双墙或双柱，层面板之间的间隙20～30mm，变形缝两侧的泛水涂于高度不低于200mm的附加墙上，高低跨变形缝两侧也应设双墙或双柱，变形缝间隙大小按沉降缝或抗震缝的有关规定确定，低跨一侧的泛水涂于附加墙上。&&
金属瓦屋面 &
金属瓦屋面是用镀锌铁皮瓦或铝合金作防水层的一种层面。最早的金属瓦屋面是十八世纪国外出现的瓦楞铁屋面，随后传入我国，瓦楞铁屋面的防腐蚀性能差，维修工作量大，故未能广泛应用。直到本世纪30年代发明了镀锌法后，金属瓦面的防腐蚀问题才得到解决，解放后我国在60～70年代修建的一批大型公共建筑中采用了镀锌铁皮瓦屋面和铝合金瓦屋面。
（一）金属瓦屋面的优缺点和适用范围 &
金属瓦屋面的主要优点是：屋面自重轻，每平方米仅100Ｎ，有利于减轻大跨度建筑的屋顶荷载；屋面防水性能好，据有关资料统计表明，其使用年限可达30年以上。其缺点是瓦材拼缝多，费工费时，造价偏高。但用于大型公共建筑，特别是大跨度建筑，其综合效益会明显地优于其他屋面。
（二）金属瓦屋面的构造层次 &
金属瓦的厚度很薄（厚度在１mm以下），铺设这样薄的瓦材必须用钉子固定在木望板上，木望板则支承在檩条上。为了防止雨水渗漏，瓦材下面宜干铺一层油毡。为我国几幢公共建筑金属瓦屋面的构造层次。瓦材表面须进行防腐蚀处理，先涂防锈漆，再涂罩面漆或涂料。&
金属瓦屋面构造层次&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
首都体育馆
&上海体育馆
&杭州候机楼
浙江人民体育馆
上海马戏场
江苏体育馆
0.6厚铝合金瓦（里、外面刷锌黄防水漆一道，外面另刷调和漆二道）二毡三油（底油花洒），18厚木望板
0.8厚铝合金瓦（双面刷特制防腐蚀涂料），干铺油毡一层，18厚木望板
24号镀锌铁皮瓦（刷木桥漆），干铺油毡一层，20厚木望板
26号镀锌铁皮瓦（锌黄底漆、调合漆面），干铺油毡一层，20厚木望板
24号镀锌铁皮瓦（锌黄底漆、调合漆面），干铺油毡一层，20厚木望板
24号镀锌铁皮瓦（磷化底漆，锌黄环氧底漆，醇酸磁漆面），二毡三油（底油花洒），20厚木望板
（三）金属瓦屋面的划分 &
为了便工施工，按图剪裁和安装金属瓦，在施工图设计阶段，应绘出金属瓦屋面划分图。
图上应反映出瓦材的大小和形状、竖缝和横缝的位置、屋脊和天沟的位置等。在屋顶的同一坡面，瓦材的大小应适当，一般来说，尺寸愈大，接缝愈少，安装速度快；反之，接缝增多，施工慢，但太大的瓦材，运输和安装都不方便。通常瓦材的最大尺寸不宜超过2m。
（四）金属瓦的拼缝型式 &
金属瓦与金属瓦间的拼缝连接方式通常采取相互交搭卷折成咬口缝，以避免雨水从缝中渗漏。平行于屋面水流方向的竖缝宜作成立咬口缝，但上下两排瓦的竖缝应彼此错开，垂直于屋面水流方向的横缝应采用平咬口缝，平咬口缝又分为单平咬口缝和双平咬口缝，后者的防水效果优于前者，当屋面坡度小于或等于30％时，应采取双平咬口缝，大于30％时可采用单平咬口缝。为了使立咬口缝能竖直起来，先应在木望板上钉铁支脚，然后将金属瓦的边折卷固定在铁支脚上，采用铝合金瓦时，支脚和螺钉均应改用铝制品，以免产生电化腐蚀。
所有的金属瓦必须相互连通导电，并与避雷针或避雷带连接。 &
（五）特殊部位的构造 &
金属瓦屋面的特殊部位如泛水、天沟、斜沟、檐口、雨水口等应尽量作到不渗漏雨水，金属瓦转折处应尽量采用折叠成型，力求减少剪开。
凡瓦材与突出屋面的墙体相接处，应将瓦材向上弯起，收头处用钉子钉在预埋木砖上。木砖位于立墙的槽口内，用嵌缝油膏将槽口封严。泛水高度150～200mm。
2．天沟与斜沟 &
天沟与斜沟内的金属瓦材接缝、天沟（或斜沟）瓦材与坡面瓦材的接缝，均宜采用双平咬口缝，并用油灰或嵌缝油膏嵌封严密。
无组织排水的屋面，檐口瓦材应挑出墙面约200mm。檐口瓦材折卷在Ｔ形铁上（Ｔ形铁间距不大于700mm，可参考涂膜防水屋面檐口构造）。
4．雨水口 &
雨水口处应将金属瓦向下弯折，铺入雨水口的套管中。 &
（六）金属瓦屋面构造实例 &
上海体育馆采用铝合金瓦屋面，承重结构为平板网架，屋面基层为木搁栅木望板，防水层为0.8mm厚的铝合金瓦，玻璃丝棉作保温层。
浙江省体育馆采用镀锌铁皮瓦屋面，承重结构为鞍形悬索结构，屋面基层为木搁栅木望板，用26号镀锌铁皮瓦作防水层，在木丝板吊顶棚上铺玻璃棉保温层。
彩色压型钢板屋面
本世纪30年代，随着连续镀锌法的发明，特别是美国成功地在金属板表面采用涂料层压法后，研制出一种防腐蚀性很高的金属板材——彩色压型钢板（简称彩板）。彩板的问世，很快便传播到欧洲、日本等世界各地，广泛用于船舶、车辆、家电产品，而最多的则是用于建筑工业，用来制作墙板、屋面板、各种饰面板。到80年代初，世界各国彩板的年产量已达10000万kＮ，其中美国年产量居世界第一，达到3000万kＮ，其次是日本，年产量为1000万kＮ，瑞典、德国、澳大利亚、俄罗斯、意大利等国的发展也非常迅速。
我国是70年代首先在工业建筑中采用彩板作屋面板和墙板的，后来在一些民用建筑中也很快推广。北京在为第十一届亚运会建造的30多项比赛场馆中，也有一些项目采用了彩板作屋面。现在我国已能生产多种规格的彩板，在鞍钢、宝钢、武钢、广州钢厂等处已建起十几条压型钢板生产线。重庆、深圳等地已能生产铝合金压型板材。到1990年我国生产彩板和压型铝板的年产量已达200万kＮ。
（一）彩板屋面的优缺点和适用范围 &
彩板屋面具有下列突出优点： &
（1）轻质高强。单层彩板的自重仅50～100kＮm2，保温夹芯彩板的自重也只有100～120Ｎ／m2，比起传统的钢筋混凝土屋面板轻得多，对减轻建筑物自重，尤其是减轻大跨度建筑屋顶的自重具有重要意义。
（2）施工安装方便、速度快。彩板的连接主要采用螺栓连结，不受季节气候影响，在寒冷气候下施工有其优越性。
（3）彩板色彩绚丽，质感强，大大增强了建筑造型的艺术效果。 &
（4）彩板用于建筑的时间必竟还很短，产品的质量有待于进一步改进。彩板屋面的造价较高，这也是影响它推广的原因之一。
彩板屋面特别适合于大跨度建筑和高层建筑，对于减轻建筑物和屋面自重具有明显效果。如果在钢结构建筑中采用彩板作屋面和墙面，不但会进一步减轻建筑物自重，而且可以加快建筑安装速度。在地震区和软土地基上采用彩板作围护结构特别有利。
彩板除用于平直坡面的屋顶外，还可根据建筑造型与结构型式的需要，在曲面屋顶上使用，例如拱屋顶、悬索屋顶、薄壳屋顶、曲面网架屋顶等都带有曲面坡度。当在这类屋顶上作彩板屋面时，曲面的最小曲率半径应与彩板的波高相适应。日本在这方面所作的规定。
彩板波高与曲面屋顶最小曲率半径的关系&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
波高（mm）
最小曲率半径（m）
（二）彩板的品种与规格 &
彩板以0.4～1.0mm的薄钢板为基料，表面经过镀锌、涂饰面层、辊压成各种凹凸断面的型材。镀锌是增强表面的防腐蚀性，涂饰面涂料则是进一步作防腐蚀处理和使板材获得各种色彩和质感。彩板的质量很大程度上取决于饰面涂料的质量。当采用醇酸一类比较价康的涂料时，彩板的耐久年限约为7～10年（超过此年限需要进行复涂，可保持其防腐蚀性）；当采用聚酯和硅聚酯一类中等饰面涂料时，耐久年限可达12年以上，当采用聚氟乙烯高级饰面层时，耐久年限达到20～30年，若再加一层硅聚酯罩光层可提高至30～40年。
根据彩板的功能分为单层彩板和保温夹芯彩板。单彩板只有一层薄钢板，用它作屋面时，必须在室内一侧另设保温层。保温夹芯彩板由上下两层彩板中间填充泡沫塑料作成复合板，具有防水、保温、饰面多种功能，不需要另设保温屋，对简化屋面构造和加快施工安装速度有利。我国生产的夹芯彩板用聚氨酯硬质泡沫塑料作填充层。
根据彩板断面形式不同，可分为波形板、梯形板和带肋梯形板等。波形板和梯形板是第一代产品。板材的力学性能不够理想，材料用量较浪费。纵向带肋梯形板是在普通梯形板的上下翼和腹板上增加纵向凹凸槽，起加劲肋的作用，提高了彩板的强度和刚度，属于第二代产品。纵横向带肋梯形板，在纵横两个方向都有加劲肋，强度和刚度更好，属于第三代产品。目前我国生产的彩板还属于第一代产品。
彩色压型钢板的规格受原材料和运输等因素的影响。其宽度受薄钢板宽度的限制，一般在500～1500mm范围，其长度受运输条件的限制，不能太大，我国最长的彩板为12m。有的国家将辊轧机安置在施工现场，把压型工序在现场完成，不受运输限制，只要起吊安装方便，板材可以作得更长。有的国家已作到70m以上，屋面板长度方向没有接头，对防水有利。
（三）彩板屋面的连接与接缝构造 &
&彩板屋面大多将屋面板（指彩色压型钢板，下同）直接支承于檩条上，一般为槽钢、工字钢或轻钢檩条，檩条间距视屋面板型号而定，一般为1.5～3.0m。
屋面板的坡度大小与降雨量、板型、接缝方式有关，一般不宜小于3° &
屋面板与檩条的连接采用各种螺钉、螺栓等紧固件，把屋面板固定在檩条上。螺钉一般钉在屋面板的波峰上。为了不使连接松动，当屋面板波高超过35mm时，屋面板先应连接在铁架上，铁架再与檩条相连接。连接螺钉必须用不锈钢制造，保证钉孔周围的屋面板不被腐蚀，钉帽均要用带橡胶垫的不锈钢垫圈，防止钉孔处渗水。
屋面板的纵长方向（即水流方向）最好不出现接缝，有时坡面太长时，不得不把两块屋面板接起来时，其接头应安排在檩条处，上下屋面板应彼此重叠搭接起来，并用密封胶条嵌缝，采用一道密封胶条时，其搭接长度不小于100mm，采用两道密封胶条时，搭接长度为200～300mm，两道胶条相隔一定距离，故搭接长度需加长。两道胶条的接缝防水效果比一道胶条的好。
由于受屋面板宽度的限制（500～1500mm），压型钢板在宽度方向必然出现连接缝。接缝方法既要考虑防水密封性，又要照顾到安装方便和外表美观。通常有以下几种接缝方法：
1．搭接缝 &
即左右两块屋面板在接缝处重叠起来，搭接宽度为板材一个波的大小。为了防止在搭接缝处出现爬水现象，应用密封胶条堵塞缝隙。缝口应处于主导风向背风面，防止大风掀开缝口。
2．卡扣缝 &
即在左右两块面板之间用特制的不锈钢卡子卡住屋面板，卡子则通过螺钉固定在檩条上（或木基层上），板与板之间的缝隙用薄钢板制的盖条盖住。卡扣缝的连接原理是利用薄钢板型材的弹性，使盖条卡紧屋面板，施工安装很方便，螺钉暗藏在屋面板下，没有外露的钉眼，不受雨水的侵蚀，外表整洁美观，也不影响板材的热胀冷缩。
3．卷边缝 &
卷边缝是在屋面板横向接缝部位先安装固定屋面板用的卡子，然后将左右两块屋面板的边包卷在卡子上，并相互咬合。屋面板的咬合工序可以利用小型拼缝机来完成。卷边缝在屋面板上不需要钻孔，也没有钉眼，防水密封性好，也不影响板材的胀缩，外表挺直美观。
（四）彩板屋面的细部构造 &
美国某公司生产的保温夹芯板屋面的细部构造，包括檐口、屋脊、山墙、板缝连接等部位的标准做法详图。建筑的主体结构为钢柱钢梁，外围护结构全部为保温彩板，屋面板和外墙分别固定在轻钢檩条和轻钢墙龙骨上。所用的螺钉、密封条、密封膏、零配件等均为该司的配套产品。这种全钢结构的建筑，具有轻型、安装方便快捷、保温、造型美观等优点，可用于民用和工农业建筑。
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