建筑结构选型 屋顶课件

屋顶第六章屋顶

1屋顶的形式及设计要求

2多高层建筑的平屋顶

3坡屋顶

4大跨建筑屋顶

屋顶—1概述

1屋顶的形式及设计要求

1.1屋顶形式

1.2设计要求

（1）平屋顶

坡度≤5%；（2）坡屋顶常用形式：单坡、双坡、四坡……传统形式：庑殿、歇山、悬山、硬山、卷棚、攒尖（3）空间结构屋顶拱顶、穹顶、折板、薄壳、桁架、网架、悬索、充气……

①结构要求：强度、刚度

②

功能要求：排水、防水、保温、隔热……

③造型要求：形成建筑轮廓

④其他要求：生态、节能……屋顶—

2多高层建筑平屋顶

2多高层建筑平屋顶2.1平屋顶构造层次

隔热层防水保护层防水层结合层找平层保温层隔蒸汽层找平层找坡层结构层顶棚层屋顶—

2多高层建筑平屋顶（2）排水方式

1）无组织排水特点：构造简单，经济，但欠美观，有时会影响使用

2）有组织排水①适用范围

年降雨量较大、标准高、属多高层、位于严寒地区……

②要求a排水坡：形式—单坡、双坡、四坡。

（建筑宽度≥12m时，应采用双坡）

坡度—2%，找坡最低点的厚度≥15。b檐沟：0.5~1%，净宽≮200，最浅处深度≥120，c雨水口：集水面积150~200m2，高屋面以100m2为限d落水管:镀锌铁皮等φ75、100、125，间距18~24m距地≮20mm，管箍间距≯1.2me地面：必须设散水屋顶—

2多高层建筑平屋顶（3）有组织排水的常用方案

1）檐沟外排水形式：现浇式、预制搁置式、自重平衡式特点：屋面雨水直接流入挑檐沟，再由沟内纵坡导入雨水口，檐口高度随建筑体型而定

2）女儿墙外排水

屋面雨水沿女儿墙内的纵坡流向弯管式水落口，再流入墙外的水落斗及水落管，建筑体型简洁。3）内排水

屋面向内做坡，屋面雨水汇于中间天沟，经室内水落管排走

适用于高层建筑、多跨建筑4）其他

如：在蓄水屋面中，檐沟与女儿墙常常同时使用（4）平屋顶排水设计注意屋面排水系统图的画法屋顶—

2多高层建筑平屋顶2.3多高层建筑屋顶造型设计

屋顶造型方法平顶造型尖顶造型坡顶造型穹顶造型古典造型隐喻造型旋转餐厅造型屋顶—

3坡屋顶

3坡屋顶

3.1坡屋顶的组成及排水

（1）坡屋顶的组成

1）承重结构：屋架、檩条、大梁、山墙……

2）屋面覆盖层：

①面层——瓦

②基层——椽子、挂瓦条、望板……

3）顶棚

4）保温隔热层（2）排水

1）屋顶的坡面组成

斜坡面相交时的斜沟、脊线组成正脊、斜脊、天沟、斜沟、檐口……2）屋面的排水方式：①无组织外排水

②檐沟外排水

③女儿墙外排水屋顶—

3坡屋顶（2）椽式屋顶结构—以椽子为屋面主要承重构件的结构体系椽架间距：400~1200mm椽架形式：a.由人字形椽子和一道横木（拉杆）组成b.椽架形似简易的三角屋架（3）板式结构的屋顶

①屋面板铺瓦a屋面板嵌缝找平后，以草泥或炉渣灰窝瓦b找平后，铺油毡一层，再在压毡条上钉挂瓦条挂瓦c在屋面板上直接粉防水砂浆并粘瓦（或齿形面砖）

②挂瓦板挂瓦以钢筋砼倒T型板替代檩条、屋面板、挂瓦条、斜顶棚a特点：构造简单，省工省料，造价低；但易渗水b板的形式：双T形、单T形、F形；肋间距＝挂瓦条间距板宽≈600，板长=2.4~4.0mc板的固定：坐浆并用预埋于基层的钢筋套接③构件自防水屋面（多用于单层厂房中）屋顶—

3坡屋顶⑷平瓦屋面的细部构造1）

檐口

①纵墙檐口a.

砖砌挑檐：将砖逐皮向外出挑1/4砖，挑长1/2墙厚且≯240b.

椽木挑檐：挑长≯300c.

挑檐木挑檐：挑长：500~800mm；（屋架附木）

挑长：≤400mm；（挑檐木）d.

钢筋砼挑檐梁或现浇檐沟：长300~400mm；e.

女儿墙檐口：设钢筋砼檐沟板，上铺防水卷材，并做泛水②山墙檐口a.

硬山檐口：女儿墙与屋面交接处应做泛水b.

悬山檐口：檩条出挑形成悬山，端部用木板封檐；并用1:2.5水泥砂浆做披水线，用以固瓦。屋顶—

3坡屋顶

（1）类型：a.

仰瓦屋面：用灰泥粘贴小青瓦，——用于少雨地区b.

俯仰瓦屋面：用灰泥粘贴，俯瓦搭盖仰瓦的宽度为40~60mm——用于多雨地区c.

冷摊瓦屋面：木椽上直接铺仰瓦，椽条净距离≈小青瓦小头宽度的4/5；俯瓦直接盖于仰瓦上，——用于炎热地区d.

筒瓦屋面：仰瓦铺于木椽上，仰瓦间用灰泥粘盖筒瓦——用于气候温暖但风大的地区

e.

双层仰瓦屋面：仰瓦间用灰泥做成灰埂，上下瓦形成通风间层——用于炎热地区，可隔热且有通风降温（2）要点：搭盖长度≈小青瓦长度的2/3，即“一搭三”，故搭接处有三皮瓦厚度。（3）细部：①纵檐口：檐口瓦头应伸出50mm，俯瓦应抬高30~80mm

②山墙檐口：用檩条或砖墙出挑，檐口处做披水线，瓦头挑出1/2瓦宽，屋脊用小青瓦或砖筑成。

③天沟：先做木衬板，在铺仰瓦形成天沟

3.3.3小青瓦屋面屋顶—

3坡屋顶3.4新型建筑坡屋顶及空间利用

在新型建筑尤其是住宅设计中，常常利用顶层和屋顶结合的方式，形成可利用的室内空间。同时，这种方式可以减小并排住宅的日照间距。屋顶—

3坡屋顶屋顶—

3坡屋顶屋顶—

3坡屋顶按网架结构设计规范规定

≤30米，小跨度30～60米，中跨度>60米，大跨度

4大跨度建筑屋顶

4.1大跨度建筑概况

4.1.1定义屋顶—

4大跨度建筑屋顶

（1）古典大跨结构（2000多年前～文艺复兴）

特征：

“砖石结构”

①从梁到三角璇

梁：受弯，砖石不宜

拱：受压，发挥材料特性②从筒拱到交叉拱

筒拱：墙承重，平面狭长

交叉拱：柱承重，空间贯通③从交叉拱到拱肋结构

交叉拱：屋面自重较大

拱肋：结构高直轻巧④从穹窿结构到帆拱

穹隆：圆形平面

帆拱：方形平面图-1屋顶—

4大跨度建筑屋顶

4.1.2大跨度建筑的发展过程梁—三角拱—筒拱筒拱—交叉拱交叉拱—拱肋结构穹窿—帆拱穹窿—帆拱罗马潘泰龙神庙：直径43.3m圣。索非亚教堂：直径33m

穹窿—帆拱

（2）平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）

特征：“桁架、刚架、拱结构”①从梁到桁架②从梁到刚架③从梁到拱

图-2屋顶—

4大跨度建筑屋顶平面大跨结构从梁到桁架从梁到刚架从梁到拱肋梁—桁架梁—刚架梁--拱

北京体育学院田径馆（3）新型大跨结构（二战～）

特征：“薄壳、悬索、网架”①鸡蛋壳—薄壁结构

合理的外形，充分发挥材料受压性能，以较薄的壳体跨越很大的空间，而具有足够的强度和刚度。

②蜘蛛网—悬索结构

纤细的索网，充分发挥钢材抗拉性能，轻盈活波，适宜与大跨度③蜜蜂巢—网架结构

利用小型杆件，组合成整体结构，刚度大，变形小，自重轻，材料省图-3屋顶—

4大跨度建筑屋顶新型大跨结构从鸡蛋壳到薄壁结构从蜘蛛网到悬索结构从蜜蜂巢到网架结构鸡蛋壳—薄壁结构薄壁结构实例—筒壳薄壁结构实例—扁壳蜘蛛网到悬索结构悬索结构实例蜜蜂巢到网架结构网架结构实例—曲面网壳（1）大跨建筑主要承受竖向荷载1）高层结构

荷载：水平荷载为控制因素

构件：竖向悬臂构件—柱(线)，墙(面)，筒(体)

变形：水平侧移

2）大跨结构

荷载：竖向荷载为控制因素

构件：水平简支构件

变形：竖向挠曲屋顶—

4大跨度建筑屋顶

4.1.3大跨度建筑的结构特征屋顶—

4大跨度建筑屋顶（2）大跨结构是梁结构的演变（3）新型大跨结构的特点

①整体上是空间结构②跨度大，可覆盖巨大的室内空间③矢高小、曲率平缓，可有效利用空间④厚度薄、自重轻，节省材料⑤形式多样，可适合于各种形状的平面组合屋顶—

4大跨度建筑屋顶（1）拱结构的特点

①拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力②拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩③拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大（2）拱结构的型式

1）按受力

①三铰拱②两铰拱③无铰拱

2）按外形

①双折线型②圆弧线型③抛物线型屋顶—

4大跨度建筑屋顶4.2拱结构拱结构形式屋顶—

4大跨度建筑屋顶（3）拱结构的主要尺寸

①跨度：公建主体30～40米，可达到95～200米，经济跨度80～100米

②矢高：与建筑外形、使用要求、屋面构造、内力计算有关屋盖结构f=(1/10～1/5)L公建主体f=(1/5～1/2)L（4）拱结构屋盖布置

①跨度40～60米时

拱间距6～10米，设上弦横向支撑及纵向支撑②跨度70～120米时

拱间距9～15米，采用相距3～6米的成对拱屋顶—

4大跨度建筑屋顶拱结构屋盖布置屋顶—

4大跨度建筑屋顶（5）拱结构支座处理

①由拉杆承受推力②由框架承受推力③基础承受推力④刚性水平构件承受推力屋顶—

4大跨度建筑屋顶（1）刚架结构的特点

①内力分布均匀②结构轻巧，节省材料，制作方便③空间高度大④结构刚度差（2）刚架结构的型式

1）按组成

①三铰刚架②两铰刚架③无铰刚架

2）按断面①实腹式②格构式屋顶—

4大跨度建筑屋顶4.3刚架结构刚架结构形式屋顶—

4大跨度建筑屋顶（3）刚架结构主要尺寸

1）跨度①实腹式：50～60米②格构式两铰刚架：60～120米③格构式无铰刚架：120～150米④折线弓形刚架：40～50米高15～20米

2）断面①实腹式梁高h=(1/12～1/20)L设预应力拉杆h=(1/30～1/40)L②格构柱宽同横梁节间5～7米③折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15～1/25)L屋顶—

4大跨度建筑屋顶屋顶—

4大跨度建筑屋顶（4）刚架结构节点构造

1）顶点铰

钢销栓2）实腹刚架支座①固定支座

细石砼填实②铰支座

沥青麻丝填

3）格构刚架支座①板式支座

支反力≤100t②臼式支座

支反力>100t③平衡支座

支反力≤100t（1）桁架结构的特点

①将受弯杆件转化为轴力杆件②充分利用三角形的刚性特点③充分利用材料特性，以小杆件拼合跨越大空间（2）桁架结构的型式

1）按材料

木、钢砼、钢、组合式

2）按外形

①三角形L≤18m，I=1/5～1/2②梯形L=18～36m，≤72m，f/L=1/6～1/8③拱形L=18～36m，≤60m，f/L=1/6～1/8④折线形⑤平行弦屋顶—

4大跨度建筑屋顶4.4桁架结构

桁架结构形式屋顶—

4大跨度建筑屋顶屋顶—

4大跨度建筑屋顶（3）桁架结构节点构造1）支座①平板支座②滚轴支座

2）屋架端部①内天沟式②自由落水③外天沟式

（1）网架结构的特点①整体刚度大，稳定性好，为空间多向受力状态②杆件受力合理，能充分利用材料特性③高跨比小，能有效利用空间④杆件规格少，便于工厂化、装配化⑤建筑造型新颖，可适合于多种平面（2）网架结构的型式

1）按材料

木、钢砼、钢、组合式

2）按外形

①平板网架a.交叉桁架体系b.角锥体系②曲面网架a.球面网壳b.柱面网壳

c.双曲面网壳

屋顶—

4大跨度建筑屋顶4.5网架结构屋顶—

4大跨度建筑屋顶

网架的形式（3）平板网架

1）交叉桁架体系①两向正交正放:适用于正方形平面②两向正交斜放：适用于矩形平面③三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面

2）角锥体系

①三角锥体②四角锥体③六角锥体

3）平板网架的主要尺寸

网架短向跨度高跨比网格尺寸与短跨比<30m1/10～1/131/8～1/12

30～60m1/12～1/151/11～1/14屋顶—

4大跨度建筑屋顶屋顶—

4大跨度建筑屋顶屋顶—

4大跨度建筑屋顶（4）平板网架杆件与节点

1）杆件①角钢②钢管

2）节点

①十字钢板节点：用于角钢杆件，焊接或螺栓②球节点：用于钢管杆件

a.实心球：螺栓连接

b.空心球：焊接连接

3）网架上弦起坡

排水坡度要求2～5%①结构起拱：跨度>60m时，起拱1/300②上弦加柱：按坡度变高屋顶—

4大跨度建筑屋顶（5）平板网架构造

1）支承方式①四边支承：四边设圈梁，支于列柱②柱支承：四点或多点柱支承③三边支承：三边支于柱、自由边加托梁、边桁架、拱

2）支座构造

①平板铰支座：用于跨度较小②转动弧形支座：用于跨度大③摇摆支座：用于跨度大、温差大屋顶—

4大跨度建筑屋顶

网架支承方式屋顶—

4大跨度建筑屋顶网架支座构造

①平板铰②转动弧形③摇摆支座屋顶—

4大跨度建筑屋顶（6）网壳简介

1）球面网壳2）柱面网壳

屋顶—

4大跨度建筑屋顶屋顶—

4大跨度建筑屋顶

曲面网壳应用（1）折板结构的组成

1）折板：由钢砼或钢网水泥平板组成2）横隔构件：可用横隔板、横隔梁、横隔桁架3）边梁：当跨度较大时设边梁，以减小折板倾角屋顶—

4大跨度建筑屋顶4.6折板结构（2）折板结构的主要尺寸1）折板类型①长折板：L/B>1，f≥(1/10～1/15)L②短折板：L/B≤1，f≥1/8L

2）跨度：普通砼可达到21米，预应力砼可达到27米3）一般尺寸：B=2～3米，f=0.5～1.2米，板厚≥B/40L≥24米，B=1～2米，板厚25～45BLf≥L/40屋顶—

4大跨度建筑屋顶（1）定义

曲面厚度/曲率半径≤1/20时称为薄壳建筑工程结构中常为1/50～1/100（2）特点1）受力主要是面内力（薄膜内力）2）可覆盖大空间而不设柱3）自重轻，刚度大，整体性好，利于抗震4）节省材料，经济效果好5）造型美观，活波新颖屋顶—

4大跨度建筑屋顶4.7薄壳结构屋顶—

4大跨度建筑屋顶

（3）薄壳结构型式及构造

1）筒壳①组成：壳面、边梁、横隔②几何尺寸a跨度/波长：长壳=1.5～2.5；短壳=1～0.5b失高：f≥(1/10～1/15)跨度c壳板厚：现浇式≥50装配式≥30小跨度=50～60，大跨度≥80③边梁形式④横隔形式屋顶—

4大跨度建筑屋顶

边梁形式横隔形式屋顶—

4大跨度建筑屋顶横隔形式

屋顶—

4大跨度建筑屋顶2)球面壳①组成：壳面、支承环②几何尺寸a跨度：可达100米，多用60米以下b失高：f≥(1/8～1/4)跨度c壳板厚：现浇式≥40装配式≥30③支承环：同筒壳边梁屋顶—

4大跨度建筑屋顶3)双曲扁壳①组成：壳面、边缘构件②几何尺寸a跨度：经济跨度30～60米b失高：f≥(1/5～1/6)短边长度c壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～100③边缘构件a薄腹梁b拉杆拱c桁架d密柱曲梁屋顶—

4大跨度建筑屋顶

屋顶—

4大跨度建筑屋顶屋顶—

4大跨度建筑屋顶

4)双曲抛物面壳①组成：壳面、边缘构件②几何尺寸a跨度：单块柱网可达30x30米b失高：f≥(1/5～1/8)短边长度c壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～100③边缘构件：桁架、密柱边梁、刚性墙5)自由曲面壳①自由山丘型②低压薄膜型③悬挂布型屋顶—

4大跨度建筑屋顶（1）体系构成1）索网2）支承结构（2）特点1）跨度大，空间灵活2）利用钢索受拉、砼受压，自重轻，节省材料3）施工方便4）造型新颖，适用性广5）由于风力作