坡屋顶在建筑工程设计中的应用

杨桦

(华北水利水电大学,河南 郑州 450045)



坡屋顶在建筑工程设计中的应用

杨桦

(华北水利水电大学,河南 郑州 450045)

摘要：随着经济社会的发展,人们对住宅的要求不仅仅局限于住宅内部的舒适,而且对外部美观也提出了更高的要求.坡屋顶是我国古代建筑的主要屋面形式,它不仅防潮、隔热、保温,而且建筑造型美观、大方.文中分析了坡屋顶的形式、坡度、承重形式、设计原则及不同屋面形式的造价,研究坡屋顶在不同地区的建筑工程设计中的应用,阐述了坡屋顶在应用过程中应注意的关键技术问题.

关键词：坡屋顶;建筑设计;坡度;设计原则

屋顶是建筑物外轮廓的重要组成部分,是决定建筑物外观是否典雅、优美的重要因素.屋顶从外观形式看,有平屋顶、坡屋顶和空间曲面屋顶等.排水坡度大于10%的屋顶一般称为坡屋顶(Pitched Roof)或斜屋顶.随着钢筋混凝土在建筑中的广泛应用,建筑屋顶多以平顶为主,坡屋顶建筑越来越少.但是，有关平屋顶防水、保温、隔热等问题日益凸显,逐渐引起了人们的高度重视,开始重新审视坡屋顶在建筑中的作用.越来越多的学者、设计师也在推动坡屋顶在建筑设计中的重新应用,并将现代建筑材料融入到传统建筑风格之中,以此推进传统建筑文化的传承与创新[1-3].

1坡屋顶的形式和坡度

1.1　坡屋顶的形式

中国古代建筑的屋面形式以坡屋顶为主,坡屋顶有单坡式、双坡式、四坡式和折腰式等,大多采用双坡式和四坡式.如:安徽的徽派建筑屋顶以双坡式为主,如图1所示;明清的宫廷建筑屋顶以四坡式为主,如图2所示.

图1　徽派建筑

图2　宫廷建筑

1.2　坡屋顶的坡度

屋面坡度用斜面在垂直面上的投影高度(矢高H)和水平面上的投影长度(半个跨度L/2)之比来表示,也可用高跨比(矢高H和跨度L之比)来表示,或以斜面和水平面的夹角来表示.坡屋顶的坡度一般为10°～60°,30°是最佳坡度.民间确定坡度的通常做法如图3所示.图中所示三角形的高度与底边的比值为1∶2,也就是tanA=0.5,即∠A=26°34′,则该坡屋顶的坡度为26°34′.

图3　坡屋顶坡度的民间确定方法

2坡屋顶的承重结构

2.1　山墙承重

对于房间开间不大的建筑,在砌成山尖形的承重墙上直接搁置檩条,称为山墙承重或硬山架檩.檩条有木檩、型钢檩和预制钢筋混凝土檩等,应等距离布置各檩条.根据材料、跨度、间距和荷载计算确定檩条的断面尺寸.木檩跨度一般不超过4.5 m.檩条上可直接铺放厚15～25 mm的木板,称为望板.山墙承重主要用于单开间房屋的建筑,如学生宿舍、职工宿舍、宾馆客房、医院病房等.

2.2　屋架承重

对于房间开间较大的建筑,须设置屋架来支承檩条.屋架由杆件组成,一般为平面结构,可用木材、钢筋混凝土、预应力混凝土或钢材制作,也可用2种以上材料组合制作.屋架有三角形、拱形、多边形等,以三角形居多.屋架的间距一般与房屋开间尺寸相同,通常为3.3～4.5 m.屋架承重主要用于需要大开间房屋的建筑,如学校教室、公共办公楼等.

2.3　椽架承重

支架用密排的人字形椽条制成,然后支在纵向的承重墙上,上面铺上木望板或直接钉挂瓦条.椽架的间距一般为 40～120 cm,椽架的人字形椽条之间要有横向拉杆.大、小开间的房屋都可以使用椽架承重.

2.4　梁柱承重

屋面荷载传递到框架梁上,再由梁传递到柱上.梁柱承重主要用于大型框架结构建筑,如机场候机楼、火车站候车室、礼堂、会展中心等.

3坡屋顶的设计应用原则

3.1　统一性原则

人类住宅的发展进程是伴随着人类社会的进步而发展的，经历了利用自然遮蔽物挡风蔽雨、建造简易的住宅、建造成熟的住宅建筑、向高空发展居住空间等过程,具体经历了洞穴、茅草屋、泥石结构屋、木结构屋、砖结构屋、钢筋混凝土结构屋等主要形式.住宅形式的每一次变化都是社会生产力大发展的结果,都提升和改善了人类的居住质量.良好的居住条件更有利于人类的休息和活动,又极大地推动了人类社会的进步和发展.随着社会的进步,人类对住宅除了满足遮风、避雨、防寒、采光、通风等基本功能要求外,对住宅的内在品质和外部造型的要求也越来越高,坡屋顶这种建筑便应运而生.坡屋顶是人类通过与自然长期抗争实践中总结出的一种既美观大方,又保温防寒的屋顶建筑形式,在我国已有2 000多年的历史.坡屋顶设计不能与其母体建筑脱离开来,需要进行整体的、全面的统筹融合.坡屋顶设计既要和整体建筑群体相统一,又要和整体建筑群体外部环境相统一[4].

3.2　适应环境的原则

我国地域辽阔,东西南北气候条件差异较大,各地经济社会发展水平也不一样,建筑材料更是千差万别.坡屋顶设计要充分考虑当地的自然条件和社会环境要求,坡屋顶只有完全融合到当地环境中,并采用现代的建筑材料和技术,这种古老的屋顶形式才能焕发出勃勃生机.

3.3　以人为本的原则

坡屋顶在当代建筑中的设计和应用,不能仅仅是对古代建筑简单的重复和组合,必须本着“以人为本”的原则[5].应充分考虑不同民族、不同地域的风俗习惯,将我国传统的建筑元素融入到现代建筑中去,使其成为适合人们居住和使用的真正空间综合体.

4坡屋顶设计在不同地区的应用

4.1　寒冷地区

在寒冷地区建设坡屋顶建筑物,应考虑保温问题,通常有屋面保温和顶棚保温2种方法[6].屋面保温是将保温材料置于屋面防水层以下,如传统构造中用麦秸泥直接铺瓦或在屋面下铺设轻质保温板等.顶棚保温有2种做法:一种是在吊顶上铺设轻质保温材料;另一种是利用吊顶材料本身的保温性能.这2种做法在设计中都应注意保温构造的通风、隔潮、防腐、防火等问题[7].

4.2　炎热地区

在炎热地区建设坡屋顶建筑物,应考虑降低辐射热对室内的影响和保护屋顶材料的问题.在有顶棚的坡屋顶内,屋面和顶棚之间的夹层空间的通风口可以设在檐口、屋脊或山墙处,也可在屋顶上开设通气的老虎窗.

4.3　雨水多的地区

雨水多的地区建设坡屋顶,一般坡度要大于30°,屋瓦下面最好做防水处理.屋面和顶棚之间的夹层空间的通风口可设在坡面或上墙处,以便潮气散发.

5中原地区某小区不同屋面形式造价

下面给出中原地区某个建筑小区的3种不同屋面形式的造价,以便用户选择时进行分析和对比,具体见表1.

表1　不同屋面形式的造价

6结语

坡屋顶在中国古代建筑中占有举足轻重的地位,但是由于设计手段和建筑材料的限制,整体风格单一.随着电子计算机的快速发展,特别是计算机辅助技术在建筑设计领域中的广泛应用,极大地提高了建筑设计的效果和效率.利用相关配套软件强大的造型功能,将造型语言向非正交的复杂自由形体扩展,成功地解决了在多维空间实现复杂形体的生成与控制这类棘手问题.由于钢筋混凝土等建筑材料在工程中的应用,各类造型丰富的坡屋顶呈现在人们面前,对人们的视角产生了极大冲击,给人以美的享受.本文对坡屋顶的形式、坡度、承重形式、设计原则及不同屋面结构造价进行研究,结果可为设计人员提供一定的参考和依据,旨在推动坡屋顶在当代建筑领域中的广泛应用.

参考文献

[1]吴桂鸿.坡屋顶在住宅建筑中的设计应用处理方法研究[J].黑龙江科技信息,2010(2):257.

[2]钱宏伟.浅析坡屋顶在住宅建筑中的设计应用[J].黑龙江科技信息,2010(6):270.

[3]付梓.十年“平改坡”[N].中国建设报,2010-8-11(8).

[4]赵忠颖.民用建筑坡屋顶设计原则与方法浅析[J].价值工程,2011,30(12):144.

[5]曾伟杰.浅析坡屋顶在住宅建筑中的设计应用原则[J].黑龙江科技信息,2011(20):244.

[6]齐冷枫.寒冷干旱地区屋顶生态技术研究[D].西安:长安大学,2011.

[7]林亦婷,李振兴.寒地村镇住宅屋顶设计的气候适应性研究[J].低温建筑技术,2011，33(12):19-20.

(责任编辑：乔翠平)

Application of Sloping Roof in the Architectural Engineering Design

YANG Hua

(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China)

Abstract:With the economic and social development, people′s requirements for residential housing are not limited to the interior comfort, but also the external appearance has been put forward a higher requirement. Sloping roof is the main form of China′s ancient architectural roof, not only due to moisture-proof, heat insulation, thermal insulation, also beautiful and generous architectural modeling. In this paper, the different types, slopes, weight bearing and cost calculation of different forms of sloping roof are analyzed, and then the applications of sloping roof in the construction engineering design in different regions are studied. Finally, the key technical problems which should be noted in the application process are described.

Keywords:sloping roof; architecture design; slope; design principles

文献标识码：A

文章编号：1002-5634(2015)06-0040-03

中图分类号：TU231

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.06.010

作者简介：杨桦(1987—),女,河南焦作人,硕士研究生,主要从事建筑规划设计方面的研究.

收稿日期:2015-10-15