坡屋顶一般由屋面构件、支承构件和顶棚等部分组成。坡屋顶的屋面是由一些坡度相同的倾斜面相互交接而成,交线为水平线时称为正脊;当斜面相交为凹角时,所构成的倾斜交线称为斜天沟;斜面相交为凸角时的交线称为斜脊。
坡屋顶的基层主要支撑屋面荷载,一般包括檩条、椽子、屋面板等。在寒冷地区设有保温层,在炎热地区则设通风、隔热层等。
1)坡屋顶的支承结构
不同的材料和结构可以设计出各种形式的屋顶,同一种形式的屋顶也可采用不同的结构方式。为了满足功能、经济、美观的要求,必须合理地选择支承结构。在亭、廊的坡屋顶中常采用的支承结构有屋架承重、梁架承重、伞法承重等。
(1)屋架承重 屋架是由一组杆件在同一平面内互相结合成整体的构件。其每个杆件承受拉力或压力,各轴心交会于一点,称为节点。节点之间称为节间。屋架由上弦、下弦及腹杆组成。上弦又称为人字木,是受压杆件;下弦是受拉杆件。腹杆分为斜杆和直杆,分别受压或受拉(图4.12)。
图4.12 屋架组成
屋架布置方式视建筑形式而定。双坡屋顶的布置较简单,一般沿建筑纵长方向等距离排列在柱上。亦可选用三支点或四支点屋架,以减小屋架跨度(图4.13)。
图4.13 屋架的几种布置方式
(a)两落水屋顶;(b)四落水屋顶
四坡顶、丁字形交接屋顶和转角屋顶的布置则较复杂(图4.14)。
图4.14 四坡顶屋架布置
(2)梁架承重 梁架承重是由柱和梁组成梁架,檩条搁置在梁间,承受屋面荷载,并将各梁架联系为一完整的骨架(图4.15)。梁架交接处为榫卯结合,整体性较好,但耗用木料较多,防火、耐久性均较差。今在一些仿古建筑中常用钢筋混凝土梁架仿效传统的木梁架。
图4.15 梁架传统木结构坡屋顶
(a)剖面图;(b)示意图
(3)伞法承重 伞法承重即指模拟伞的结构模式,用斜戗(qiàng,指支撑用的木头)及枋组成亭的攒顶架子,由老戗支承灯心木(即雷公柱),边缘靠柱支撑(图4.16)。伞法的构造方式会因自重而形成向四周作用的横向推力,此横向推力由檐口处一圈檐梁(枋)和柱组成的排架来承受。伞法屋顶结构整体刚度较差,一般用于屋顶较小,自重较轻的小亭、草亭、竹亭上,或在亭顶内上部增加一圈拉结圈梁,以减小横向推力,增强屋顶的刚度。
图4.16 伞法构架亭
2)坡屋顶的屋面构造
屋面是屋顶结构层的上覆盖层,直接承受风雨、冰冻和太阳辐射等大自然气候的作用;防水材料为各种瓦材及与瓦材配合使用的各种涂膜防水材料和卷材防水材料。屋面的种类根据瓦的种类而定,如块瓦屋面、油毡瓦屋面、块瓦形钢板彩瓦屋面等。
(1)坡屋顶屋面基层 屋面基层按组成方式分为有檩和无檩体系两种。无檩体系是将屋面基层即各类钢筋混凝土板直接搁在山墙、屋架或屋面梁上;有檩体系的基层由檩条、椽条、屋面板、顺水条、挂瓦条等组成。为铺设面层材料,应首先在其下面做好基层。
①檩条:檩条支承于横墙或屋架上,其断面及间距根据构造需要由结构计算确定。木檩条可用圆木或方木制成,以圆木较为经济,长度不宜超过4 m。用于木屋架时可利用三角木支托;用于硬山搁檩时,支承处应用混凝土垫块或经防腐处理(涂焦油)的木块,以防潮、防腐和分布压力。为了节约木材,也可采用预制钢筋混凝土檩条或轻钢檩条。采用预制钢筋混凝土檩条时,各地都有产品规格可查,常见的有矩形、L形和T形等截面。为了在檩条上钉屋面板,常在顶面设置木条,木条断面呈梯形,尺寸40~50 mm对开(图4.17)。
②椽条:当檩条间距较大,不宜在上面直接铺设屋面板时,可垂直于檩条方向架立椽条,椽条一般用木制,间距一般为360~400 mm,截面为50 mm×50 mm左右。
③屋面板:当檩距小于800 mm时,可在檩条上直接铺钉屋面板,檩距大于800 mm时,应先在檩条上架椽条,然后在椽条上铺钉屋面板。
(2)坡屋顶屋面铺材与构造
①平瓦屋面:平瓦有水泥瓦和黏土瓦两种。其外形按防水及排水要求设计制作,机平瓦的外形尺寸约为400 mm×230 mm,其在屋面上的有效覆盖尺寸约为330 mm×200 mm。按此推算1 m2屋面约需15块瓦。平瓦屋顶的主要优点是瓦本身具有防水性,不需特别设置屋面防水层,瓦块间搭接构造简单,施工方便。缺点是屋面接缝多,如不设屋面板,雨、雪易从瓦缝中飘进,造成漏水。为保证有效排水,瓦屋面坡度不得小于1∶2(26°34′)。在屋脊处需盖上鞍形脊瓦,在屋面天沟下需放上镀锌铁皮,以防漏水。(www.xing528.com)
平瓦屋顶的构造方式有以下几种:
a.有椽条有屋面板的平瓦屋面 在屋面檩条上放置椽条,椽条上稀铺或满铺厚度在8~12 mm的木板(稀铺时在板面上还可铺芦席等),板面(或芦席)上方平行于屋脊方向干铺油毡一层,钉顺水条和挂瓦条,安装机平瓦。采用这种构造方案,屋面板受力较小,因而厚度较薄。顺水条断面为8 mm×38 mm,挂瓦条断面一般为20 mm×20 mm或20 mm×25 mm。椽条断面由檩条斜距而确定,檩条斜距大,椽条断面也相应增大,一般为35 mm×60 mm,椽条中距在500 mm以内(图4.18(a))。
图4.17 木及钢筋混凝土檩
(a)木檩条;(b)钢筋混凝土檩条;(c)钢筋混凝土檩条与屋架或山墙连接
b.无椽条有屋面板的平瓦屋面 在檩条上钉厚度为15~25 mm的屋面板(板缝不超过20 mm),平行于屋脊方向铺油毡一层,钉顺水条和挂瓦条,安装机制平瓦。这种方案屋面板与檩条垂直布置,为受力构件,因而厚度较大(图4.18(b))。
c.冷摊瓦屋面 这是一种构造简单的瓦屋面。在檩条上钉上断面35 mm×60 mm、中距500 mm的椽条,在椽条上钉挂瓦条(注意挂瓦条间距符合瓦的标志长度),在挂瓦条上直接铺瓦。由于构造简单,它只用于简易或临时建筑(图4.18(c))。
d.波形瓦屋顶 波形瓦包括水泥石棉波形瓦、钢丝网水泥瓦、玻璃钢瓦、钙塑瓦、金属钢板瓦、石棉菱苦土瓦等。根据波形瓦的波浪大小又可分为大波瓦、中波瓦和小波瓦3种。波形瓦具有重量轻、耐火性能好等优点,但易折断,强度较低。波形瓦在安装时应注意下列几点:第一,波形瓦的搭接开口应背着当地主导风向;第二,波形瓦搭接,上下搭长不小于100 mm,左右搭接不小于一波半;第三,波形瓦在用瓦钉或挂瓦钩固定时,瓦钉及挂瓦钩帽下应有防水垫圈,以防瓦钉及瓦钩穿透瓦面缝隙处渗水;第四,相邻4块瓦搭接时应将斜对的下两块瓦割角,以防4块重叠使屋面翘曲不平,否则应错缝布置(图4.18(d))。
图4.18 平瓦屋面构造
(a)有椽条有屋面板平瓦屋面构造;(b)无椽条有屋面板平瓦屋面构造;(c)冷摊瓦屋面构造;(d)波形瓦铺设示意
②小青瓦屋面:小青瓦屋面在我国传统建筑中采用较多,目前有些地方仍然采用。小青瓦断面呈弧形,尺寸及规格不统一。铺设时分别将小青瓦仰俯铺排,覆盖成垅,仰铺成沟,俯铺瓦盖于仰铺瓦纵向接缝处,与仰铺瓦间搭接瓦长1/3左右;上下瓦间的搭接长在少雨地区为搭六露四;在多雨区为搭七露三。小青瓦可以直接铺设于椽条上,也可铺于望板(屋面板)。小青瓦屋面的常见构造方式如图4.19所示。
图4.19 小青瓦屋面构造
③玻璃纤维油毡瓦(简称油毡瓦)屋面:油毡瓦为薄而轻的片状瓦材。油毡瓦以玻璃纤维为基架,覆以特别沥青涂层,上附石粉,表面为隔离保护层组成的片材。一般分单层和双层两种,其色彩和重量各异。单层油毡瓦采用较普遍,规格为1 000 mm×333 mm×2.8 mm。铺瓦方式采用钉粘结合,以钉为主的方法。铺设时基层必须平整,上下两排采取错缝搭接,并用钉子固定每片油毡瓦,见图4.20。
图4.20 油毡瓦
(a)单层多彩瓦上钉子的位置;(b)沿边首层铺钉;(c)叠层铺钉;(d)双层多彩瓦上钉子的位置;(e)檐口部位;(f)屋脊部位
3)坡屋顶的细部构造——挑檐
建筑物屋顶与外墙的顶部交接处称为檐口。坡屋顶的檐口一般分挑檐和包檐两种。挑檐是将檐口挑出在外墙外,做成露檐头或封檐头形式,要求挑出部分的坡度与屋面坡度一致。而包檐是将檐口与檐墙齐平或用女儿墙将檐口封住。
(1)砖挑檐 砖挑檐的挑长不能太大,一般不超过墙体厚度的1/2,且不大于240 mm;每层砖挑长为60 mm,砖可平挑出,也可把砖斜放用砖角挑出,挑檐砖上方瓦伸出50 mm(图4.21(a))。
图4.21 檐口构造
(a)砖挑檐;(b)椽条挑檐;(c)附木挑檐;(d)钢筋混凝土挑檐;(e)钢筋混凝土挑天沟;(f)女儿墙檐口;(g)钢筋混凝土挑天沟示意图;(h)女儿墙檐口示意图
(2)椽木挑檐 当屋面有椽条时,可以用椽子出挑,以支撑挑出部分的屋面。挑出部分的椽条,外侧可钉封檐板,底部可钉木条并油漆。椽木挑檐的挑长一般为300~500 mm(图4.21(b))。
(3)屋架端部附木挑檐或檐木挑檐 如需要较大挑长的挑檐,可以沿屋架下弦伸出附木,支撑挑出的檐口木,并在附木外侧面钉封檐板,在附木底部作檐口吊顶,这种构造檐口挑长可达500~800 mm(图4.21(c))。对于不设屋架的房屋,可以在其横向承重墙内压砌挑檐木并外挑,用挑檐木支撑挑出的檐口。其他构造类似于附木挑檐(图4.21(d))。
(4)钢筋混凝土挑天沟 当屋面集水面积大,檐口高度高、降雨量大时,坡屋面的檐口可设钢筋混凝土天沟,并采用有组织排水(图4.21(e),(g))。
(5)女儿墙檐口 有些园林建筑为了立面处理的需要,将檐墙凸出屋面形成女儿墙,为了组织排水,屋面与女儿墙之间应做天沟(图4.21(f),(h))。
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