木结构坡屋顶改造中的结构选型及构造设计.pdfVIP

二十五、木结构坡屋顶改造中的结构选型及构造设计 崔艳秋苗纪奎郑红 【摘要】本文通过山东省图书馆老馆木结构坡屋顶改造工程，介绍了目前木结构坡屋顶改造中的两种 常用结构形式——钢屋架和钢网架，并对这两种结构形式进行了技术经济分析，阐述了网架 结构在坡屋顶改造工程中的优势；文中还详细介绍了网架结构坡屋顶中采用瓦屋面的构造做 法，可供类似工程设计参考。 【关键词】坡屋顶 结构选型木屋架钢屋架 网架 瓦屋面 1 引 言 我国建国初期兴建的一些大型重点建设项目往往采用木结构的坡屋顶仿古建筑，这些建筑雄伟壮 观，较好地体现了中国传统建筑的特点。然而，木结构防腐性能差，尤其是历经近半个世纪的使用，大 部分结构又缺乏后期必要的定期检查与维护，不仅影响了建筑的正常使用，而且也造成了一些安全隐 患，使得该类屋顶改造迫在眉睫。 山东省图书馆综合馆建于20世纪50年代初期，由三个相互独立的两层砖混结构仿古建筑组成，平 面均为矩形，总建筑面积为3800m2。该建筑为双坡屋顶，采用钢木屋架、木檩条、木望板上挂红瓦的传 统做法。经过近半个世纪的使用，屋架下弦已有较大沉降，许多端节点处的木材出现明显的开裂或翘曲现 象，致使木结构的接合松弛或凸起，严重降低了结构的安全度，另外由于屋顶多年未经维修，原有屋面还 出现了多处渗漏，不仅影响了建筑的正常使用，而且导致下部木基层的腐烂，需进行全面的整修改造。 因此，在山东省图书馆老馆木结构坡屋顶改造工程中，我们在妥善保留“仿古建筑”风貌的前提 下，将选择合理的结构形式和屋面材料及做法作为改造措施的出发点和着眼点。 2屋顶结构形式的选择 2．1原屋盖结构体系 图书馆综合馆原坡屋顶承重结构系统由钢木组合豪式屋架和山墙组成，上下弦杆及斜腹杆为原木， 面外的强度和刚度，在屋架上弦用三角木支托固定原木檩条，并在上部密铺木望板(图1)。 我国将其使用于建筑结构已有千年的历史，并且积累了丰富的设计施工经验，形成了一套特有的木 结构体系。与钢结构、钢筋混凝土结构相比，木结构的原材料在生长过程中能改善自然环境，堪称绿色 建筑。但由于长期以来对森林资源的不合理利用，我国的森林资源破坏严重，因此，近年来国家为保护 生态环境，提倡在建筑工程中使用新材料和新工艺。另外，木结构自身防火防腐性能较差，后期维护费 用高。因此，在本工程的改造中，决定不再采用木结构体系，这一想法也得到了建设方的赞同和支持。 2．2屋顶改造结构体系的选择 2．2．1钢屋架 二十五、木结构坡屋顶改造中的结构选型及构造设计 399 图1原木屋架结构体系 原屋顶结构形式为木屋架结构体系，因而在本工程改造中，首先想到的结构形式就是采用豪式钢屋 架结构体系(图2)。 图2豪式钢屋架 钢屋架属于平面结构体系，计算上通常是按照平面结构受力系统来考虑，不考虑其空间作用，一般 说来随着跨度和屋面荷载的增大其耗材量增加较大。另外，钢屋架屋盖为承担和传递纵向水平力，防止 屋架侧倾，保证结构在施工和使用期间的空间稳定，通常在屋架的上下弦间设置纵横向的上下支撑体系 来保证。该工程在钢屋架结构体系的屋架上弦布置了水平支撑，并在相应的屋架下弦布置了刚性系杆， 以增强屋架的平面外刚度和稳定性(图3)。 2．2．2钢网架 网架结构是近20年来发展的新型结构，它是由许多杆件按一定几何关系组成的高次超静定空间结构。 网架结构改变了一般平面桁架受力体系的受力性能，承受各方向荷载。由于杆件之间互相支撑，它的整体 性和稳定性好，空间刚度大，安全度高，尤其对抗震、大跨度等特殊功能的建筑工程，更能发挥其优越性。 网架结构虽在建筑市场早已屡见不鲜，但在仿古建筑坡屋顶改造工程中还很少见。考虑到网架结构 的优点，我们在仿古建筑图书馆中进行了大胆尝试，选用了焊接球钢网架结构体系对该屋盖进行了改造 设计。鉴于原屋顶造型要求，网架结构的剖面采用图4所示的形式。 2．2．3钢屋架与钢网架结构体系技术经济分析 为了选择合理的结构形式，我们从技术、经济、功能等方面对钢屋架和钢网架结构进行了综合比较 分析，以求从中