浅谈建筑中的老虎窗

□□ 杨 晓 (山西职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

老虎窗又称为老虎天窗，是指一种开在屋顶上的天窗。也就是在斜屋面上凸出的窗，用作房屋顶部的采光和通风。

在建筑设计中，丰富建筑外立面的方式有很多，例如飘窗、阳台、穿插手法等，而对于坡屋面的处理，现代建筑中老虎窗越来越多地被采用。尤其是住宅、办公楼、宾馆等，可在坡屋面上设置老虎窗来丰富建筑的外立面。那么，在建筑设计以及结构设计中如何处理老虎窗的尺寸及荷载传递，才能得到更好的建筑立面效果和合理的传力途径呢?本文以山西襄汾正大电力有限公司办公楼为例，对建筑中的老虎窗进行简单分析。

1 建筑设计中的老虎窗

1.1 中国古建筑的屋顶

我国建筑的屋顶尤其是古代建筑的屋顶，在世界建筑历史的长河中就像一颗光彩夺目的明珠，散发出璀璨的光芒。

我国古代建筑的屋面在建筑的外立面效果中，起到了特别重要的作用。层层挑出的屋檐，优美的檐口弧度以及屋面在举架作用下形成的略显反曲的效果，俏皮的屋角轻轻地上挑，这些细节都显示出我国古代建筑屋顶的细腻和丰富。我国古建屋顶的形式丰富多彩，如硬山、歇山、悬山、攒尖、庑殿、十字脊、重檐、盝顶等，加之屋面上闪耀的琉璃瓦饰面，使得我国古建有一种很独特的艺术效果。在我国古代建筑的发展过程中，建筑师们对屋顶进行各种组合，使得建筑物的线条更加流畅，鸟瞰效果更是令人惊叹。因此，我国古代建筑的“第五立面”不止一次被喻为世界建筑中最具有魅力的屋面。

1.2 屋顶所开窗户的发展

在我国古代建筑中，坡屋面占了很大比例，其中，屋面的开窗形式对屋面效果的影响非常大。我国古代建筑坡屋顶上开窗形式的发展主要经历了以下3个阶段。

第一个阶段，天井(构造最为简单)，采光面积大约为0.2 m2，这种做法常用于有外墙、较容易在外墙上开窗户，以便起到通风作用的房间，而位于中间的房间通常开设通气窗，既可起到采光的作用，又可在开窗后起到通风的作用。

第二个阶段，将闷顶的天窗尺寸增大，同时在窗的两边砌墙。这种做法最早出现在上海，随着其工业人口的增加，居住情况日渐拥挤，于是将闷顶用于居住，随之就出现了将原来的天井改造成与传统的窗户一样，即窗面与地面垂直的状态，以此来得到更大的居住面积。

第三个阶段，现在所用的老虎窗。事实上，老虎窗是音译而来的，是英语ROOF的沪语谐音读法。1843年上海开埠后，很多英国人来到了上海，同时引进了英国式的建筑。由于，位于北欧的英国为严寒地区，出于减少建筑物上的雪荷载，那里的建筑屋顶一般设计成坡屋顶或者尖顶形式。

设置老虎窗最初的作用是避免闷顶中潮湿的热气滞留，防止内部堆放的粮食发霉变质，同时也可以防止坡屋面所采用的木质结构构件腐烂变质，而降低结构的承载能力。这种做法现阶段在农村还大量被采用。

2 工程概况

襄汾正大电力有限公司办公楼工程，层高为3层，采用砖混结构，无地下室，基础采用的是砖砌条形基础，砌体施工质量等级要求达到B级。建筑物设计标高±0.000 m，相对于绝对标高401.753 m。该工程地下部分的环境为二b类，其余为一类。

该办公楼结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。建筑抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为丙级。场地地震基本烈度为8度，抗震设防烈度为8度(0.20g)，设计地震分组第一组，场地类别为Ⅲ类。该工程场地标准冻结深度为0.58 m。

3 建筑图中的老虎窗

3.1 老虎窗的窗扇

图1所示为襄汾正大电力有限公司办公楼局部屋面平面图，屋面采用坡屋面，闷顶上部的老虎窗一个位于C轴－F轴与3轴－4轴处，一个位于C轴－F轴与5轴－6轴处。从图1可以看出，3轴、4轴及5轴上的承重构件为黏土砖墙，此处墙上部均设有圈梁。

图1 办公楼局部屋面平面图

现代建筑中的老虎窗除了采光和通风的作用外，还有很强的立面装饰效果。甚至于有一部分坡屋顶建筑的老虎窗前面的窗扇是固定的，不能开启，只起到装饰作用。当然，这样的建筑闷顶通常是不住人的，只是作为储藏室。该工程中所设的3个老虎窗，两个在建筑的背立面，前面的窗扇是1块不可开启的钢筋混凝土板。另一个在建筑外立面居中的位置，其体量较大，在该工程中以造型的角色进行处理，前面的窗扇位置仍采用钢筋混凝土薄板进行处理(见图2)。

图2 A－A剖面图

3.2 泛水做法

老虎窗与坡屋面交接处的谷线处应做泛水，此处结构层中的钢筋可按折板来做。

泛水做法一:泛水可用304不锈钢来做，其上做保护层(涂刷防锈漆)，水泥砂浆找平，上覆盖瓦片即可。

泛水做法二:将坡屋面上的卷材防水层上翻到老虎窗侧墙上，并在垂直墙体与坡屋面交接的谷线处加铺防水卷材1道。其上做水泥砂浆找平层，再附面层(可采用瓦片)。同时，注意缝隙处的油膏嵌实(见图3)。

图3 老虎窗泛水

4 结构计算

4.1 软件中老虎窗荷载的输入

若是采用水平投影面积较小的老虎窗，即在同一个计算单元中，可手工计算老虎窗屋面荷载及墙荷载，加到下部受力构件上即可。若是老虎窗水平投影面积较大，跨越了计算单元，下部就需要加设梁来承受上部荷载。按实际情况手工计算荷载后，分别输入到下部所设的梁上。

现阶段，PMPK结构计算软件中的PMCAD还没有办法确切地模拟老虎窗的模型，所以，通常采用简化荷载的输入方式。

4.2 结构设计中的老虎窗

由图1可见，3轴、4轴以及5轴上的圈梁为QL4，圈梁可起到增加砌体结构整体性的作用。该建筑所在地为襄汾，抗震设防烈度8度(0.20g)，根据原GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》的要求，可得QL4配筋为4根Φ 12 mm(见图4)。6轴上没有承重墙，所以设梁来承受上部老虎窗传来的荷载(见图5)。此处，L2的配筋需进行计算。

4.3 荷载计算

根据建筑设计说明，屋面做法(由上到下)为:SBS改性沥青防水层4 mm厚(带铝箔保护层);20 mm厚水泥砂浆找平层;1∶6水泥焦渣砂浆找2%排水坡，最薄处30 mm厚;80 mm厚聚苯泡沫塑料板保温层。

图4 QL4配筋

图5 L2配筋

L2截面设计尺寸为:b×h=240 mm×550 mm，板厚110 mm，层高3.3 m，梁上有240 mm厚砖墙。

SBS改性沥青防水层4 mm厚(带铝箔保护层):0.04 ×13.4=0.54(kN/m2)

20 mm厚水泥砂浆找平层:0.02×20=0.4(kN/m2)

1∶6水泥焦渣砂浆找2%排水坡，最薄处30 mm厚:14 ×(10.5 ×2%+0.03)=3.36(kN/m2)

80 mm厚聚苯泡沫塑料板保温层:0.08×0.5=0.04(kN/m2)

合计:4.34 kN/m2(取 4.4 kN/m2)

(1)恒荷载计算:

线荷载:①墙自重:(3.3－0.05)×(0.04 ×17+0.24 ×19)=14.41(kN/m2)

②梁自重:0.24 ×0.55 ×2=3.3(kN/m2)

合计:17.71 kN/m2

面荷载:①板自重:0.11 ×25=2.75(kN/m2)

②梁自重:4.4kN/m2

合计:7.15 kN/m2

(2)活荷载:2.0 kN/m2

(3)计算范围:3.6/2=1.8(m)

(4)线荷载:q1=17.71 ×1.2=21.26(kN/m2)

板传来荷载:q2=7.15×1.8×1.2+2×1.8 ×1.4=20.484(kN/m2)

(5)内力计算:

M1=ql2/8=21.26 ×6.24 ×6.24/8=103.477(kN·m)

M2=ql2(3－4a2/l2)/24=75.75(kN·m)

所以，取最大弯矩值为200.05 kN·m。

受力钢筋配筋为4根Φ 25 mm的二级钢筋(见图6)。

图6 老虎窗扇板配筋

5 结语

随着经济的不断发展和生活水平的提高，人们已不满足于仅仅拥有一处住所，而且对建筑周边配套设施的完善程度，对声环境以及建筑外立面是否别致新颖，有了越来越多的细节要求。在众多的因素中，一个小区的周边环境、一幢建筑的外立面会给人以最直观的感觉。所以，建筑师们在建筑外立面设计上费尽心思，力求夺人眼球。而在建筑外立面的影响因素中，屋顶的处理和造型是非常具有影响力的。近年来，建筑的仿欧风正在盛行，很多建筑纷纷采用了坡屋顶，并通过加设老虎窗来吸引人们购买顶层建筑。老虎窗常常与露台配用，这种做法在高层建筑中显示出独特的作用。很多顶层住户回到家中，无需下楼即可在露台上享受室外的空旷和新鲜的空气。可以相信，老虎窗以其特有的轻巧和空间延伸作用，会在未来的建筑中成为一个靓点。

［1］潘谷西.中国建筑史［M］.第5版.北京:中国建筑工业出版社，2003.