木结构平屋面改坡屋面工程

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第４期　２００８年８月　结构工程师　Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２００８　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　木结构平屋面改坡屋面工程　熊海贝　徐硕　（同济大学土木工程学院，上海２０００９２）　摘要住宅“平改坡”工程是在原有住宅平屋顶上加盖坡屋顶，使其达到防水、保温、改善居住环境的　目的的改造工程的简称。目前，在全国各地的“平改坡”项目中，普遍采用轻铜结构坡屋顶，由钢柱、钢　梁或钢桁架及钢檩条构成，通过浇筑混凝土卧梁将新增轻钢坡屋顶与原有混凝土结构连接。文中以某　办公楼采用轻型木结构的“平改坡”工程为例，就设计、施工以及对原建筑的影响等方面，介绍了轻型木　结构在“平改坡”工程中的应用、优势以及有待进一步研究解决的问题。　关键词木结构，平改坡，木桁架，坡屋顶　Ｗｏｏｄ　Ｔｒｕｓｓ　Ｒｅ－Ｒｏｏｆｉｎｇ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｘ１０ＮＧ　Ｈａｉｂｅｉ　ＸＵ　Ｓｈｕｏ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｔｈａｔ　ａｄｄｓ　ａ　ｓｌｏｐ　ｒｏｏｆ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｐｌａｔ　ｒｏｏｆ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ　ｌｅｖｅｌ，ｉｓ　ｃａｌｌｅｄ“ｒｅ—ｒｏｏｆｉｎｇ”ｆｏｒ　ｓｈｏｒｔ．Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｓｌｏｐ　ｒｏｏｆ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ａｎｄ　ｂｅａｍ　ｏｒ　ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓ　ａｎｄ　ｐｕｒｌｉｎｇ，ａｎｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｂｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｅａｍ　ｃａｓｔ　ｉｎ　ｐｌａｃｅ，ｉｓ　ｂｅｉｎｇ　ｕｓｅｄ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔａｋｅｓ　ａｎ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｗｏｏｄ　ｔｕｓｓｒ　ｒｅ—ｒｏｏｆｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｔｈｅ　ｂｒｉｅｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｄｄｅｄ　ｗｏｏｄ　ｒｏｏｆ　ｔｏ　ａｎ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｄｖａｎｔａｇｅ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｗｏｏｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｅ—ｒｏｏｆｉｎｇ，ｗｏｏｄ　ｔｒｕｓｓ，ｓｌｏｐ　ｒｏｏｆ　其重量轻、安装施工方便等优点，成为目前“平改　１　引　言　１９９９年上海市开始了“平改坡”试点工程，即　坡”工程的普遍做法。而与轻钢结构屋面系统相　比，轻型木桁架除具备木结构优良的节能、保温、　隔热、隔音及抗震性能外，能够满足各种形状特殊　通过增加坡屋顶的方法对２０世纪７０年代后期至　９０年代初期的平顶多层砖混结构居民住宅进行　修缮，目的在于解决屋顶漏水及保温问题，同时也　使建筑物的外观更加赏心悦目。该项目试点成功　后，上海市市于２０００年全面启动了全市范围　内的“平改坡”项目。　的结构体系需要，可避免混凝土湿作业，极大减小　施工对原有住户的影响。　２００７年４月，继上海市首个住宅木结构“平　改坡”工程之后，同济大学结构工程与防灾研究　所办公楼轻型木结构“平改坡”项目竣工。该项　目采用轻型木桁架体系，即在原有砖混结构平屋　面基础上增加了木结构坡屋顶，采用锚栓连接新　增屋顶与原有结构。整个工程仅耗时１０　ｄ，且计　算分析表明，新增木结构屋顶对原有建筑及基础　由于“平改坡”是在不改变原有建筑主体结　构及基础的情况下将平屋面改为坡屋面的改造工　程，因此坡屋顶需要采用重量轻的材料，以基本不　改变原屋面承受的荷载大小。轻型钢结构屋架以　收稿日期：２００８－０１—１６　产生的影响很小。　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏ１．２４，Ｎｏ．４　・１　１６・　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　２工程概况　２．１　原结构工程与防灾研究所办公楼概况　同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究　所办公楼（以下简称“结构所办公楼”），位于同济　大学本部校园内。建筑物为三层，东西向（纵向）　长３６　ｍ，南北向（横向）宽９．６　ｍ，建筑面积为　１　０３６．８　１３３。。办公楼分两期建造，一、二层建于　１９７８年　１９８９年在原二层房屋加设一层。该办公　楼采用砖砌体结构，纵墙承重体系，墙体为２４０　ｍｍ厚多孔砖墙，层层设置圈梁，无构造柱；楼板　为１２０　ｍｍ厚预制混凝土多孔板，条形基础，天然　地基；屋面为预制混凝土多孔板平屋面，采用油毡　防水，设保温隔热层，屋顶南北两侧无女儿墙，东　西向各设有一道天沟，找坡２％，东西端山墙高出　屋面约４００　ｍｍ，参见图１。　图ｌ　同济大学原结构所办公楼　ｎ昏　Ａｎ。ｍｃｅ　ｂｕｉ　ｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｔｏ１１ｇＪｉ　２．２“平改坡”工程介绍　住宅“平改坡”工程是在原有住宅平屋顶上　加盖坡屋顶，使其达到防水、保温、改善居住环境　目的的改造工程的简称。目前，在全国各地的　“平改坡”项目中，普遍采用轻钢结构坡屋顶，由　钢柱、钢梁或钢桁架及钢檩条构成，通过浇筑混凝　土卧梁将新增轻钢坡屋顶与原有混凝土结构连　接。但由于施工过程涉及混凝土搅拌与浇捣，施　工周期较长，对于小区住宅用户有一定的影响。　轻型木结构“平改坡”工程，采用由木桁架、　支撑构件及屋面板构成的屋面系统，在原有结构　平屋面上增设坡屋顶，通过木剪力墙及木垫板与　混凝土结构锚栓连接传递荷载至承重结构，具有　以下优点：　（１）木桁架在工厂预制，生产商具有计算机　控制的自动化的桁架设计和切割流程，可根据设　计要求简便快捷地制作出所需要的桁架；　（２）吊装及现场定位安装简便、迅速，不需大　型机械设备，可避免现场浇筑混凝土卧梁，施工周　期短，减少对小区居民的打扰；　（３）其突出的承重比率使大跨度的平面设计　成为可能，且设计灵活性极高，能满足各种不同的　建筑立面表现形式；　（４）木结构建筑是一种节能型绿色建筑，它　的推广应用可满足我国目前对于建筑节能减耗的　要求，符合国家的环境可持续发展战略。　２．３结构设计新尝试　为降低轻型木结构坡屋顶造价，满足我国　“平改坡”工程的实际要求，结构所办公楼轻型木　结构“平改坡”项目与上海市首个木结构“平改　坡”项目相比有三点新尝试：　（１）首次将轻型木桁架间距由北美轻型木结　构通常采用的０．６１　１３３增大到１．２２　１３３；利用与轻　型钢结构屋顶相同的受力原理，通过支撑等构件　增强屋盖整体性。　（２）采用我国国内普遍使用的普通胶合板，　代替国外进口定向刨花板，节省造价。　（３）采用木剪力墙替代目前“平改坡”工程　普遍采用的现浇钢筋混凝土卧梁，避免混凝土湿　作业，缩短施工时间，加快施工进度。　３　轻型木结构“平改坡，，设计与施工　新增轻型木结构坡屋面系统的结构设计与施　工主要包括木桁架屋顶、木剪力墙及连接（木桁　架与木剪力墙连接及木剪力墙与混凝土圈梁的连　接）三个部分。　３．１轻型木桁架屋顶　轻型木桁架是由采用镀锌钢板将结构规格木　材连接而成的三角形木桁架。这是轻型木结构中　普遍采用的屋顶形式，其采用各种尺寸规格材杆　件，经齿板连接而构成桁架上弦、下弦及腹板，金　属齿板由不同等级及不同厚度的镀锌钢板制作。　典型木桁架构造如图２所示。　轻型木结构屋顶由轻型木桁架（图３）及木基　结构板材组成，主要采用设计软件ＭＩＴＥＫ进行设　计计算。　本工程轻型木桁架坡度为２９。。为降低轻型　木结构坡屋顶造价，本次新增轻型木桁架坡项目，　采用的轻型木桁架最大问距为１．２２　ｉｎ，屋面板仅　维普资讯 http://www.cqvip.com

・结构加固与改建・　结构工程师第２４卷第４期　商品混凝土通常需要现场浇捣及养护，对既　有居民住宅小区而言，放置大型机械的空间有限，　采用我国国内普遍使用的胶合板，而通过支撑等　构件增强屋架整体性，补偿北美木结构中覆面板　对结构整体性的贡献。　木桁架在工厂预制，现场吊装就位便可采用　钉子连接。由于木桁架质量较轻，其吊装极其方　便，不需任何机械设备仅靠人工即可完成。本工　且混凝土施工作业及临时维护结构架设时间过　长，都将影响居民的正常生活。而轻型木结构屋　顶以木剪力墙连接混凝土结构的做法避免了混凝　土湿作业，大大缩短施工时间，加快施工进度，非　程全部桁架的吊装就位仅耗时半天。　撑　图２木桁架示意图　Ｆｉｇ．２　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｗｏｏｄ　ｔｒｕｓｓ　图３轻型木桁架　Ｆｉｇ．３　Ｗｏｏｄ　ｔｒｕｓｓｅｓ　３．２木剪力墙　轻型木结构剪力墙（图４）由墙骨柱、顶梁板、底　梁板及覆面板构成，能有效抵抗墙体侧向荷载。作　为木结构屋顶的一部分，其起到连接木桁架系统与　原有建筑混凝土圈梁传递荷载至承重结构的作用，　即相当于轻钢结构“平改坡”工程中的混凝土卧梁。　图４木剪力墙　Ｆｉｇ．４　Ｗｏｏｄ　ｓｈｅａｒ　ｗａｌｌ　由于原结构所办公楼屋面保温及防水层标高　高于顶层混凝土圈梁，故需增设木剪力墙。考虑　屋顶建筑高度要求，本次工程新增木剪力墙高度　为０．６５０　ｍ。　常适用于住宅小区的屋面改造工程。　３．３连接　（１）木剪力墙与混凝土圈梁的连接。　其做法为在钢筋混凝土结构上放置一个单独　的木垫板，木垫板采用规格材料制作（底梁板），　然后把墙骨柱连接在底梁板上（图５）。木结构与　混凝土结构之间的锚固通过在混凝土圈梁上钻孔　置人膨胀螺栓，并在孔内使用结构粘胶剂固定置　人螺栓实现。　图５剪力墙与圈梁的连接　Ｆｉｇ．５　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｅａｒ　ｗａｌｌ　ａｎｄ　ｂｅａｍ　（２）木桁架与木剪力墙的连接木桁架与木剪　力墙之间采用钉子及抗风连接件ＬＴＰ４相连接　（图６）；ＬＴＰ４用于传递剪力至顶梁板，钉孔间隔　一定距离以防止连接处构件劈裂破坏。结构连接　件操作简单、实用可靠，与钢结构的焊接连接方式　相比，极大程度地方便了施工，节省了施工时间。　图６木桁架与剪力墙连接　Ｆｉｇ．６　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｒｓｓ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｗａｌｌ　４新增木结构屋顶对原有建筑及基础的　影响　轻型木结构质量轻、刚度小，其特有的钉连结　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏ１．２４。Ｎｏ．４　・１　１　８・　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　方式可有效耗散地震能，在地震中表现出良好的　表１　结构一层抗震计算结果　ｋＮ　抗震性能，但考虑新增轻型木结构坡屋顶后，整体　结构形式有所改变，应验算新增结构对原有结构　的影响。　Ｔａｂｌｅ　１　Ａｎｔｉ・ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｆｉｒｓｔ　ｓｔｏｒｅｙ　Ｔ况　原结构　新结构　重力荷载　代表值　５　４６２．０　５　４６２．０　水平地震作　用标准值　２３４．２　２２６．５　地震剪力　标准值　９２４．７　９６８．９　本工程采用ＰＫＰＭ建筑设计分析软件，对新　增轻型木结构屋顶后的砖混结构及原有砖混结构　的抗震情况进行对比，以研究原有砖混结构在新　表２　结构二层抗震计算结果　ｋＮ　Ｔａｂｌｅ　２　Ａｎｔｉ－ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｅｃｏｎｄ　ｓｔｏｒｅｙ　增木屋顶前后的抗震性能变化及新增木结构屋顶　后对原有砖混结构及建筑物基础的影响。　４．１木结构屋顶对原有砖混结构的影响　ＰＫＰＭ建模分析假定：　（１）将轻型木结构剪力墙及木桁架屋顶作为　一个楼层建立模型；　（２）木桁架坡屋顶简化为高度为原坡屋顶　１／２的平屋顶；　（３）木屋顶结构层采用ＰＫＰＭ中的“木”为　材料进行建模；　（４）质量差值以恒载形式作用于屋面上；　（５）刚性楼板假定。　新增木结构屋顶前后的建筑结构模型见图　７、图８。　图７原结构整体模型　Ｆｉｇ．７　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　图８新增木屋顶后结构整体模型　Ｆｉｇ．８　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｆｔｅｒ　ｒｅ—ｒｏｏｆｉｎｇ　４．１．１结构抗震计算结果　表１一表４为抗震计算结果。　工况　重力荷载　水平地震作　地震剪力　代表值　用标准值　标准值　原结构　４　６８０．６　３３８．６　６９０．６　新结构　４　６８０．６　３２７．５　７４２．４　表３　结构三层抗震计算结果　Ｔａｂｌｅ　３　Ａｎｔｉ－ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｉｒｄ　ｓｔｏｒｅｙ　ｋＮ　工况　重力荷载　水平地震作　地震剪力　代表值　用标准值　标准值　原结构　３　４５６．２　３５１．９　３５１．９　新结构　３　５２１．９　３４６．８　４１４．９　表４　新增屋顶抗震计算结果　Ｔａｂｌｅ　４　Ａｎｔｉ－ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｓｔｏｒｅｙ　ｋＮ　工况　重力荷载　水平地震作　地震剪力　代表值　用标准值　标准值　坡屋顶　５８４．１　６８．１　６８．１　４．１．２砖混结构抗震结果对比分析　由表５一表６的抗震计算结果可知，砖混结　构各墙体在地震作用下，抗力与荷载效应之比均　大于１，有较大富余度，且随楼层增加，其比值不　断增大（表５）。新增木结构屋顶后各楼层墙体抗　力与荷载效应之比有所下降，且随楼层增加，降低　幅度逐渐增大，最大降低值见表６；少部分墙体抗　力与荷载效应之比有所提高。　表５砖混结构墙体抗力与荷载效应比（最值）　Ｔａｂｌｅ　５　Ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｆｏｒｃｅ　ｔｏ　ｌｏａｄ（ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅ）　工况　一层　二层　三层　最大值　最小值　最大值　最小值　最大值　最小值　原砖混结构　２．６５　１．００　３．３Ｏ　１．３７　５．０９　２．０５　后砖混结构　２．８４　１．ＯＯ　３．６４　１．３４　５．５３　１．８０　表６　砖混结构墙体抗力与荷载　效应比（最大降低值）　Ｔａｂｌｅ　６　Ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｆｏｒｃｅ　ｔｏ　ｌｏａｄ（ｍａｘｉｍａｌ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）　工况　一层墙体　二层墙体　三层墙体　纵　横　纵　横　纵　横　原砖混结构　ｉ．５６　２．２０　１．６８　２．５０　２．７７　２．８６　后砖混结构　１．４９　２．０９　１．５６　２．３２　２．３５　２．４２　变化率／％　４．４８　５．００　７．１４　７．２Ｏ　１５．Ｏ０　１５．３８　维普资讯 http://www.cqvip.com ・结构加固与改建・　。１１９・　结构工程师第２４卷第４期　由此可得，除原有顶层外，砖混结构在增加木　结构屋顶之前后的抗震性能均无较大变化，但对　顶层结构有一定的影响，约１５％。鉴于一般砖砌　砖混结构新增屋顶后抗震计算结果对比分析。　由表７一表９的分析可知，增加木结构屋顶　后每个楼层的地震剪力标准值均有所增大，但不　体结构的顶层承载力均有较大富余，增加木结构　屋顶对整体结构的影响在可接受范围内。　４．２木结构屋顶对常见砖混结构多层建筑的　影响　超过１８％；三层的砖混结构在增加木结构屋顶　后，其一层水平地震剪力标准值增大最多，为　４．７８％；相比其他层数的结构，五层的砖混结构在　增加木结构屋顶后，其顶层水平地震剪力标准值　增大最少，为１２．８８％；而对于新增加的木结构屋　根据工程检测经验，常见２０世纪７０、８０年代　顶而言，随着原有建筑结构楼层数的增加，其承受　的地震剪力有所增加。对比分析结果如图９及图　１０所示　建造的砖混结构房屋砂浆强度一般可取为Ｍ５，砌　体强度可取为ＭＵ１０。表７一表９为不同楼层的　表７　Ｔａｂｌｅ　７　三层砖混结构增加木屋顶前后地震作用对比　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｒｅ．ｒｏｏｆｉｎｇ　ｆｏｒ　ａ　３　ｓｔｏｒｅｙ　ｍａｓｏｎｒｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　表８　Ｔａｂｌｅ　８　四层砖混结构增加木屋顶前后地震作用对比　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｒｏｏｆｉｎｇ　．ｆｏｒ　ａ　４　ｓｔｏｒｅｙ　ｍａｓｏｎｒｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　表９　Ｔａｂｌｅ　９　五层砖混结构增加木屋顶前后地震作用对比　Ｃｏｍｐａｒｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｓｅｎ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｒｅ．ｒｏｏｆｉｎｇ　ｏｒ　ａ　５　ｓｔｏｒｆｅｙ　ｍａｓｏｎｒｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　楼层　结构一层　工况　原结构　本层水平地震作用标准值／ｋＮ　本层地震剪力标准值／ｋＮ　地震剪力标准值变化率／％　１５８．７　１　５５１５　．增木屋顶后结构　结构二层　１５５５　．１　５７９４　．１．８０　２．２５　原结构　增木屋顶后结构　２２８．８　２２１７　．１　３９２．．８　１　４２４０　结构三层　结构四层　原结构　增木屋顶后结构　原结构　增木屋顶后结构　３３０．３　３２４１　．１　１６４０　．３．１　２０２．３　３２　４２７．６　４１９．７　８３３．８　８７８．２　５．３３　结构五层　原结构　增木屋顶后结构　４０６＋２　３８６．８　４０６．２　４５８．５　１２．８８　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｔｒｕｃｔｕｒａ１　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．４　・１２０・　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　２０　——　Ｌ．ＩＩ＿　．Ｌ．　五层砖混结构＿＿＿ｌ＿ｌ＿ｌｌ＿＿Ｉｌ　四层砖混结构ｌ＿Ｉｌ＿＿＿＿＿＿＿—ｌ　三层砖混结构ｌｌ＿Ｉ　图１０木屋顶地震剪力标准值　Ｆｉｇ．１０　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｓｈｅａｒ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｗｏｏｄ　ｓｌｏｐ　ｒｏｏｆ　由以上分析可以得出：　（１）增加木结构屋顶对二十世纪７０、８０年代　建造的砖混结构房屋的抗震性能有一定影响，本　层水平地震力标准作用有所减小，各层水平地震　剪力有所增大，但增大率较小，基本不超过１８％。　（２）对于同一砖混结构建筑而言，增加木屋　顶后，底层地震剪力增大比率最小，顶层最大，即　随着楼层的增大而不断增大。　（３）对于建筑材料强度基本相同而层数不同　的砖混结构建筑而言，楼层数越少原结构受到增　加木结构屋顶的影响反而越大。　（４）随着实施“平改坡”工程结构楼层数的　增加，木结构屋顶承受的地震剪力标准值有所增　加，但变化较小。　４．３木结构屋顶对原有建筑基础的影响　由于“平改坡”房屋建造年代较早，地基土在　原有建筑物的作用下，经过长期的压实，承载力会　逐渐提高。ＧＢ　５０００７－－２００２《建筑地基基础设计　规范》规定对于沉降已经稳定的建筑或经过预压　的地基，可适当提高地基承载力。　当新增坡屋顶的总重量不超过原结构总重量　的５％时，对于一般类型的地基和基础可以不采　用加固措施。一般情况下，采用由轻质材料组成　的坡屋顶（如轻型木结构），其增加的荷载很小，　本次轻型木结构“平改坡”工程增加坡屋面前后　结构总重力变化如表１０所示。　表１０　结构增加坡屋面前后总重力变化值　Ｔａｂｌｅ　１０　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｒｅ－ｒｏｏｆｉｎｇ　原结构重力荷载代表值／ｋＮ　１１　５５９．０　新结构重力荷载代表值／ｋＮ　１２　１１１．３　重力荷载增加／％　４．７７　因此，新增木屋顶基本不会对原有基础造成　影响，不会引起基础的沉降和出现地基承载力不　足的问题。　４．４小结　（１）轻型木结构坡屋顶与下部结构的连接可　靠，能有效抵抗风荷载作用。　（２）轻型木结构坡屋顶质量轻，地震反应较　小，且其采用的钉连接方式可有效地耗散地震能　量，抗震性能优良。　（３）砖混结构在增加木结构屋顶之前后的抗　震性能除原有顶层外，其余均无较大变化，但对顶　层结构有一定的影响，在１５％左右。鉴于一般砖　砌体结构的顶层承载力均有较大富余，因此增加　轻木斜屋顶对整体结构的影响在可接受范围内。　（４）增加木结构屋顶对二十世纪７０、８０年代　建造的砖混结构房屋的抗震性能有一定影响，且　随原有结构楼层数增多而增大；其各层水平地震　力作用标准值有所减小，水平地震剪力有所增大，　但基本不超过１８％。　（５）对于二十世纪７０、８０年代建造的砖混房　屋，随建造时间的增加，地基土承载能力逐渐提　高；轻型木结构坡屋顶质量轻，基本不会对原有结　构基础造成影响。　５　结论与展望　轻型木桁架结构是一种具有高次超静定的结　构体系，这一优点使得一些非结构构件也能起到　抗侧向力的功能。本次同济大学结构所轻型木结　构“平改坡”项目即根据此特点采用了几点新尝　试：首次将轻型木桁架间距增大到１．２２　ｍ；采用　我国国产胶合板代替ＯＳＢ板，同时通过增加支撑　等非结构构件增强屋盖强度及整体性；以木剪力　墙代替混凝土卧梁。体现出以下几方面优势：　（下转第１３６页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏ１．２４，Ｎｏ．４　・１３６・　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｒｔ　（上接第１２０页）　（１）与轻型钢架平改坡工程平均６个星期的　施工周期相比，木结构“平改坡”工程的时间一般　仅为１０　ｄ左右，可缩短周期２／３，大大节省时间成　本。　（２）木结构“平改坡”工程可避施工工序繁　多，机械、人工和管理费用较大的问题。　（３）木结构的节能性能不仅能为住户创造舒　适的居住环境，而且有利于降低能耗成本，从长远　利益考虑可以降低成本。　但是，木桁架结构体系这种高次超静定的结构　使得结构分析非常复杂，所以许多情况下，设计上　往往采用经过长期工程实践证明的可靠构造做法。　同时，相信随着轻型木结构建筑在我国的推　广应用及我国森林资源可持续发展的实施，　轻型木结构结构用材的价格将逐渐降低，造价将　不再成为制约其发展应用的因素，轻型木结构将　在“平改坡”工程中显现出更大的优势。　参考文献　［１］　中华人民共和国建设部．ＧＢ　５００１１－２００１　建筑结构　抗震设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００１．　［２］　中华人民共和国建设部．ＧＢ　５０００５－－２００３　木结构　设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００３．　［３］　中华人民共和国建设部．ＧＢ　５００１０－－２００２　混凝土结　因而，对于目前仍处于应用推广阶段的改进后的轻　型木结构“平改坡”工程而言，仍需要大量的研究　构设计规范［ｓ］．北京：巾国建筑工业出版社，２００１．　［４］　中华人民共和国建设部．ＧＢ　５０００７－－２００２　建筑地基　基础设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００１．　［５］　中国建筑标准设计研究院．０３Ｊ２０３平屋面改坡屋面　建筑构造［Ｓ］，２００４．　分析及实际工程经验积累，以发现问题并进一步优　化结构形式，使其成为成本低且结构合理的“平改　坡”选择方案，以达到经济安全的双重目的。