拱形金屬屋頂計算公式

早在上個世紀40年代，美國的一些結構師們從自然界植物表皮紋理的結構造型中受到啟發，開始尋求用極薄的材料通過波紋加勁，從而作成較大跨度結構的方法。他們以薄鋼板為材料，建立力學模型，在理論上分析出合理的結構形式。在實現這種結構的道路上，結構師與機械師走到了一起，結構構造要求指引著機械師研制出了能生產帶波紋薄壁結構的機組，這便是金屬屋頂成型機。1955年，美國將這種屋頂用于軍事（戰斗機庫、營房等）。低廉的造價，神奇的施工速度、良好的施工效果使金屬屋頂吸引了越來越多的研究者和范圍越來越廣的用戶。這種結構發展的很快，特別是計算機數控的引入更使金屬屋頂這種結構的設計制作簡便快速。但是由于種種原因（如經濟等），這種結構的科研及成型機組的研制、生產僅限于美國、英國等國的幾家大公司（如美國的MIC公司）。所以國際上這種結構的市場亦為這幾家公司壟斷。這對于金屬屋頂的發展及進一步普及推廣極為不利。

我國于上個世紀80年代末曾派員到美國進行考察，但完全引進國外技術難度很大：首先是設備造價極為昂貴；其次，國外技術沒有考慮到我國的綜合技術水準（如材料、荷載等）。而且在結構分析的關鍵技術上，國外還是有所保留的。從1992年依靠美國的設備和技術再我國建成第一座金屬拱形屋頂算起，這種結構在我國出現十個年頭。但由于這種結構具有重量輕、材料?。?0~25kg/m2）、施工速度快（400~1000 m2/臺班）、造價低（不包括保溫150~250元/ m

2）、室內凈空高、跨越能力大、造型優美、使用性能優良等優點，很適合我國國情，因而在短短的十來年中，他在我國的建筑市場中已牢牢的站穩了腳跟。

金屬拱形波紋屋頂是由很薄的彩色鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板（0.6~1.5mm）通過金屬屋頂成型機連續冷模輥壓成直形槽板和帶有橫向波紋的拱形槽板，然后用自動封邊機將若干這樣的槽板連接成整體，并吊至屋頂圈梁安裝就位而成的一種屋頂結構形式。

1. 原材料（彩色涂層）

彩色涂層鋼板是近些年國際上迅速發展起來的一種新型帶鋼預涂產品，在高速連續化機組上經

過化學預處理、初涂、精涂等工藝精制而成，其色彩艷麗，抗腐蝕能力極強，可達50年不變。具有優異的裝飾性、成型性，是一種理想的拱形屋頂原材料，成型后20年免維護。

彩板構造（以寶鋼板牌號為例），TSTE28 2/2 ⑴精涂層（表面涂層）；⑵初涂層（下層底漆）；⑶化學轉化層（鋅磷酸涂烘）：⑷鍍鋅層；⑸冷軋鋼板；（6）鍍鋅層；（7）化學轉化層（鋅磷酸涂烘）：（8）初涂層（下層底漆）；（9）精涂層（表面涂層）；

彩板顏色：紅、白、藍、黃等；

制造廠家：上海寶鋼、武漢武鋼、大連浦金以及臺灣、日本、韓國、菲律賓等省市、地區和國家。

材質為結構鋼，屈服強度在25~28kg/mm2，其中以TSTE28為常用型號；厚度根據拱形屋頂跨度不同選用0.6~1.5mm之間；

2. 結構形式

以本公司所用240形拱頂成型極為例：其斷面形式為梯形，上口尺寸為24英寸（即610mm），用914mm寬彩色鋼帶壓制而成。

特點：A、`斷面為斜槽形，造型美觀：B、兩側高度大，抗彎強度大；C、承載能力大，可作大跨度拱頂；

3. 拱頂安裝形式

（1）、磚混墻體

A、埋入式：（土建做天溝以便排水）；B、承托式：（無須土建做天溝）

承托式接點雖然結構簡單、施工簡便并在一定程度上可以滿足結構的受力要求，但這種接點的防水、防腐性能不好，盡管屋頂鍍鋅彩板的防水、防腐性能優越，但整個結構的性能往往會因為這種節點而大打折扣。埋入式節點是針對外露式節點的改進性節點，在完成這種節點連接后還需要在節點處布置聚氨脂軟防水層。這種節點做法不僅大大改善了節點的防水、防腐性能，而且有利于連接的受力。

（2）、鋼結構立柱或輕型墻體

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墻體立柱為輕鋼結構，無墻面或輕體墻面，墻面由甲方確定；可由甲方做或乙方承包，多用于市場大棚或倉庫等；立柱間必須用拉條加花藍帽螺栓拉緊。

（3）、金屬拱頂落地結構

沒有墻體，金屬拱頂直接安裝于地面基礎上或房頂上的一種結構，可節省墻體材料，造價低，施工快。多用于民用建筑、倉庫、游泳館、庫房接層等。

4. 山墻安裝形式：

（1）、磚墻結構

即拱頂山墻用磚直接封堵，一般由甲方負責。

（2）、玻璃窗封山

即拱頂山墻用玻璃窗直接封堵，可由甲方找施工隊施工或乙方承包。

（3）、240型壓型槽板封山

即拱頂山墻用240型直槽板封堵，由乙方負責，施工面積另計。

（4）、彩色壓型板封山

即拱頂山墻用彩色壓型板封堵，由乙方負責，施工面積另計。

（5）、彩色壓型板與玻璃窗組合封山

即拱頂山墻用一部分彩板和一部分玻璃窗共同封堵，由乙方負責，施工面積另計。

5. 拱頂跨度與彩板厚度、拱高關系

拱形金屬屋頂矢跨比取0.2~0.4，當以風荷載為主要荷載時宜取較小值，當以豎向荷載為主要荷載時宜取較大值

彩板厚度（mm） 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

跨度（m） 6~10 8~13 10~18 15~20 18~21 22~24 24~27 28~32

跨度（m） 5~28 29~32 落地拱

拱高（m） 1/5跨度 1/4跨度 1/3~1/2跨度

6. 拱頂計算方法

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R=（4H2+C2）/8H+0.205

α=2sin-1（0.5C/R）

埋入式連接時，弧長L=πRα/180

外掛式連接時，弧長L1=（L+0.6）X1.07

山墻拱形實用面積S1=〔R（L-C）+CH〕X1.15/2

拱頂占地面積，埋入式連接時S2=墻外寬X（長度+0.4m）

外掛式連接時S3=（墻外寬+0.6m）X（長度+0.4m）

R——半徑；C——跨度；H——拱高；α=弧心角；L——弧長：S——面積；

7. 拱頂受力分析

拱形屋面受力分屋面自重、雪載、風載、荷重，化成水平投影均布荷載q（KN/m2） 跨度 水平推力T/m 垂直壓力T/m

12 0.445 0.324

15 0.490 0.412

18 0.542 0.454

21 0.659 0.553

24 0.783 0.682

27 0.902 0.750

30 1.038 0.873

33 1.142 0.960

8. 拱頂采光

拱形金屬屋面可安裝采光帶，用以增強屋內采光效果，

（1） 采光帶安裝形式分為分布式采光與條板式采光

（2） 采光帶材料

Ⅰ、PV板（即陽光板）聚碳酸脂，造價高，價格是拱形屋面板的2倍；

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Ⅱ、玻璃鋼，為槽形，造價是拱形屋面板的1.5倍；

采光板安裝較為復雜，除因采光不夠而必須加采光帶外，一般不宜采用此方法，而是采用山墻采光。

9. 山墻采光

山墻采光為山墻安裝玻璃窗用以增加屋內采光，本方法是在墻體窗口采光不夠的情況下采用。方法為玻璃窗全采光或玻璃窗和彩板組合采光兩種。

10. 拱頂通風

拱形金屬屋頂可根據用戶需要，增設通風口，外加通風帽以增加屋內通風效果；通風帽價格相對較高。

11. 拱形金屬屋頂保溫

拱形金屬屋頂根據用戶需求可做保溫，亦可不做保溫。保溫層厚度根據用戶需要確定，方法為：

（1）一般采用拱頂內壁噴涂聚氨脂，厚度在10~30mm之間（聚氨脂即為冰箱夾層保溫材料），本材料10mm厚相當于240mm厚磚墻保溫效果。他于金屬、非金屬有較好的粘接強度（1~2kg/cm2），祈導熱系數低，吸水性小，隔音，不結露，離開火2秒鐘既滅，如表層再涂一層涂料（阻燃劑），可達到完全防火功能。

技術指標

項目 容重 拉伸 壓縮 沖擊 吸水率 導熱 阻燃性 氧指標

單位 Kg/m3 Mpa Mpa Mpa % W/m.k —— ——

指標 40~50 ≥0.25 ≥0.2 ≥0.3 ≤1.5 ≤0.025 2秒自熄 ＞26

注：保溫層按拱頂面積另行計算每平米價格

（2）拱頂粘接泡沫板

即在拱頂內壁粘接聚苯材料泡沫板，其厚度根據用戶需要確定，一般在10~30mm之間。其做法是在拱頂內壁用海棉膠粘接泡沫板，比聚氨脂噴涂費工。其保溫效果和聚氨脂噴涂效果相同