直坡屋顶的正投影表达研究

2014-05-02王秀珍

山东农业大学学报（自然科学版） 2014年2期

关键词：投影图屋架坡顶

王秀珍,焦胜,李强

1.湖南工程学院建筑工程学院,湖南湘潭 411104

2.湖南大学建筑学院,湖南长沙 410082

3.滨州学院建筑工程系,山东滨州 256600

坡屋顶是中国传统建筑常采用的屋顶形式，从里弄民居到皇宫别苑，坡屋顶的样式不仅是建造技艺的表现也是社会等级的象征；在国外，从古到今也有大量坡屋顶建筑存在。

在建筑工程图学类教材中，传统的硬山顶、歇山顶等直坡屋顶常作为绘制投影图的实例，并对坡面名称及同坡屋顶的投影知识有过相应讲解；在《房屋建筑学》教材中，介绍了直坡顶的构造作法，其他如建筑师资格考试资料等对坡屋顶也有涉及，但都不够系统全面，对方法和原理的阐述较少，并缺少知识之间的衔接；直接导致建筑类专业学生及初次绘制坡屋顶的工程设计人员在绘制坡屋顶建筑平、立面图时，对坡度的大小，脊线的位置，交接处的连接情况等往往很难把握，特别是对较为复杂的坡屋顶。

鉴于这种现象的普遍存在，笔者特对坡屋顶的正投影图及其形成原理作了综合整理介绍。

1 坡屋顶坡度形成、坡面名称

我国古建筑屋顶坡度的确定主要与屋面材料有关。《周礼考工记》中有规定：“葺屋三分（草房屋举高等于进深的三分之一，即坡度33.7°），瓦屋四分（坡度26.6°），瓦屋顶中，瓦材不一、朝代不同，坡度亦有变化[1]；此外，当地降雨雪量、气候、屋顶结构形式、造型要求、经济条件等也影响坡度。现代钢筋砼结构坡屋顶，其坡度更多考虑的是造型、结构与层高等的需要，有时同一栋建筑屋顶会出现几个坡度。

坡屋顶坡度是由结构构件的的形状或其支承情况形成的，即为结构找坡。常采用梁架式、椽架支承，墙、屋架或斜梁，以及空间结构支承（见图1）。

四坡顶主要用三角形屋架形成坡度，屋架以木材为多，也有采用钢筋砼，钢材等；其端部一般借助于半屋架、斜大梁、人字木、梯形屋架等构件；传统歇山顶端部、庑殿顶角部构造则较为复杂。坡屋顶转折交接处较难处理，L形转折处主要借助于半屋架、斜屋架或对角屋架等构件；T形交接处主要使用檩条、小屋架、斜梁等构件连接[2]。

图1 坡屋顶结构形成Fig.1 The structure formation of sloping roof

坡屋顶表面主要为多边形坡面，坡面交线及边线称为檐线和脊线；脊有正脊（水平脊）、斜脊（或称戗脊）和垂脊，垂脊位于铅垂面，是歇山屋顶的主要脊线。严格说来，传统坡屋顶正脊一般是曲线。

以上内容在《房屋建筑学》、《建筑制图》等教材中有论及，在此不作深入讨论。对此类教材中的图及内容本文均不另加说明。

2 基本坡屋顶正投影形成与画法

传统两坡顶中，硬山可视为侧放的五棱柱，其投影图较易取得；悬山顶与硬山顶相似。

现代四坡顶建筑一般为直坡顶，有一条正脊和四条斜脊。同坡屋顶屋面有相同的水平倾角，屋脊与屋檐平行，且其水平投影与屋檐的水平投影等距离。斜脊或天沟的水平投影是屋檐水平投影夹角的分角线，对于正交的屋檐即为正负45°方向的斜线(图2a)。

图2 坡顶正投影图Fig.2 Sloping roof orthographic drawing

四坡庑殿顶（又称五脊殿）正面与普通四坡顶同，但其侧面坡面线为曲线，且屋面坡度愈往上愈陡，以利于排水，平面投影图的主要区别在于四角(图2b)。

歇山屋面共有六个平面，正脊延长，两侧形成两个山花面；有一条正脊、四条垂脊、四条戗脊，故又称九脊殿。

其投影图可视为三棱柱被两个对称的正垂面和侧平面切割后形成的。其前后各一个平面，正面投影图中垂脊戗脊交接处应没有水平线(图2c)。

攒尖顶在中国主要用在园林建筑亭中，方亭、八角亭可简化为棱锥体，圆亭可近似圆锥体；卷棚顶类似两坡顶，但其坡面为曲线，其平面图同两坡顶，立面不同；盝顶可视为攒尖顶切出上面一截所成，因此坡屋顶上部为平屋顶（图2d）。

国外也有许多类似中国亭式建筑的坡屋顶，如非洲传统的草顶民居等，形式多样，立面线条丰富，已不局限于直坡顶。

3 复合直坡顶的图面表达

复合坡屋顶可看成由基本坡屋顶按不同连接方式组合而成，如直坡顶交接、顺连、接披或斜放形成多边形坡屋顶；交接分正交、斜交；正交可分为转角正交，T形正交等。

3.1 屋檐等高的坡屋顶正交

屋檐等高的坡屋顶有两种情况:一种是参与交接各部分同宽时，天沟与正脊交于同一点。两坡悬山屋顶墙体不与檐齐平，平立面图与硬山略有不同。图3a为T形连接的硬山屋顶三面投影图。

一种是参与交接各部分不同宽时，屋脊不等高，交接处天沟为直线。

图3 等高的正交坡屋顶Fig.3 Orthogonal slope roof of the same height

屋檐等高且各处坡度相同的同坡屋顶投影图可按平面与平面相交的问题求解，符合四坡顶的投影规律，且同时具备另一条：屋顶上过某点当有两条交线时，过该点必还有第三条交线[3]。

作同坡屋顶水平投影图时，可将屋顶轮廓区域划分成互相重叠的矩形，在矩形内按投影规律分别画出脊线或天沟线，去掉多余的线条即可。图3b为分两个矩形和三个矩形画出的同坡屋顶平面和立面图。

屋檐等高的歇山顶可按不同体块画出各部分的投影图，交接处同两坡或四坡顶情况。见图3c。

3.2 屋檐不等高的坡屋顶正交

应用基本立体相交的原理来绘制其图形，交接处可按立体与立体相交求相贯线的方法来解；两坡顶、四坡顶及歇山屋顶平面图除交接处外，其它与屋檐等高的正交坡屋顶相同，其三面投影图见图4。

图4 不等高的正交坡屋顶Fig.4 Orthogonal slope roof of unequal height

3.3 直坡顶的其它连接方式

3.3.1 毗连包括并立连接、顺接和垂直连接。并立连接单坡建筑又称接披，均为坡屋顶连接的最简单形式，如图5。

图5 毗连Fig.5 Adjacent

3.3.2 坡面相撞不等高的同坡屋顶立面组合易造成拘束呆板的效果，可采用坡面相撞的连接方式，交接处没有闭合，保持了交接部分的独立性；用简单的组合可造成丰富的形体，使建筑在各个方向呈现出造型优美，错落有序的效果。

这种连接方式的成图原理没有介绍，其实很简单，可用Sketch Up软件来验证。见图6。

图6 坡面相撞的连接Fig.6 Connecting slope collision

3.3.3 斜放或斜交斜放坡屋顶其图面表达依然遵循上述投影规律，但其正面图表达的难度增加了，如图7a所示。

斜交坡屋顶交接处应分同坡同高和同坡不同高的情况。同高等坡的交接处，天沟线在一条直线上；见图7b，同坡不同高的坡屋顶斜交，其天沟线不在一条直线上，而在其夹角的平分线上，见图7c。

此外，还有直坡顶与其它不同类型坡屋顶相交的情况，如广东围垅屋就是曲线坡屋顶与直坡顶之间的交接[3]。

图7 斜放或是斜交坡屋顶Fig.7 Slope roof of oblique placement or intersection

4 计算机绘制坡屋顶的利弊

图8 计算机绘制的坡屋顶Fig.8 The slope roof drawn by computer

平面复杂的坡屋顶图适用于计算机生成，见图8a。建筑设计院应用较多的天正软件，就有坡屋顶的绘制命令：在‘屏幕菜单’‘房间屋顶’命令中就有‘任意坡顶、攒尖屋顶和人字坡顶’命令，‘人字坡顶’命令可生成双坡屋顶，但只限于矩形，多个双坡顶相交的情况就画不出来。‘任意屋顶’可以轻松生成同坡屋顶的平面图，复杂的多边形坡屋顶平面也适用该命令生成，再用‘立面’命令中‘构件立面’的命令可自动生成坡屋顶的立面图，或用‘立面屋顶’命令生成不同形式坡屋顶立面，方便快捷，非常好用；但‘任意屋顶’命令生成的屋顶平面不太精确，有多画和漏画线和错线的现象，如图8b所示；而且在命令状态栏中‘出檐长’命令中是按默认值输入还是输入其它值，平立面图并没有差别。