绍兴传统民居屋顶构造分析

李 娟 刘业金 康 宝 沈建海 童宏伟

(1.绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴 312000；2.绍兴职业技术学院，浙江 绍兴 312000；3.长业建设集团有限公司，浙江 绍兴 312000；4.浙江环宇建设集团有限公司，浙江 绍兴 312000)

0 引言

传统民居有着悠久的历史，在中国建筑史上占有十分重要的地位.屋顶是房屋形态构成中的基本元素.刘加平教授运用气候学和建筑物理学对传统建筑屋顶的坡度与气候的关系进行了定量的研究，建立了瓦屋面坡度计算的物理模型[1]1-2.郑力鹏在相关研究中论述了坡屋顶由缓变陡并不降低其防风性能，且有利于防水；坡屋顶加檐墙的做法有其防风防火的作用[2].亚历山大曾高度评价了屋顶对于建筑的象征意义.他写道:“屋顶在人们的生活中扮演了重要的角色，最原始的建筑可以说除了屋顶之外而一无所有,如果屋顶被隐起来而看不见的话，或者没有加以利用，那么人们将难于获得一个赖以栖身的掩蔽体的基本感受”[3].

《营造法原》记载传统民居屋顶坡度的构建利用提栈实现，本文通过实地测绘求证绍兴传统民居屋顶提栈做法，并针对其屋顶构造层次具体做法进行验证，以期在绍兴传统民居保护和修缮中，在提栈起坡和屋顶构造方面提供数据参考.另外，绍兴地处夏热冬冷地区，绍兴传统屋顶挑檐在遮阳和避雨等方面起到非常重要的作用，但相关参数化的研究较少，本文旨在该方面进行探索，以期对新建传统建筑挑檐设计方面起到借鉴作用.

1 绍兴地区传统民居形式

1.1 硬山

绍兴地区的传统民居遗存甚多，大部分为清末时期的建筑，基本为台门建筑.根据绍兴市规划局与绍兴文理学院联合进行的历史建筑普查结果分析，绍兴地区传统民居屋顶多为硬山(如图1)，其最大的特点就是屋面呈反曲的弧线[4]，硬山顶前后两个坡面，左右两端不挑出山墙，等级较低，主要适用于民居建筑，有一部分山墙高于屋顶形成马头墙.

图1 硬山屋顶

1.2 小式做法

通过笔者对绍兴传统民居的走访，发现其中的硬山建筑基本以小式为主(如图1).硬山建筑以小式为最普遍，清《工程做法则例》列举了七檩小式、六檩小式、五檩小式几种小式硬山建筑的例子，这几种也是硬山建筑常见的形式[5].硬山建筑也有不少大式的做法，比如宫殿、寺庙的附属用房大部分采用硬山的形式.大式硬山建筑与小式硬山的区别如表1.

表1 大式硬山建筑与小式硬山的区别

建筑做法区别 大式硬山小式硬山建筑尺度面宽、柱高、进深较大面宽、柱高、进深较小屋面做法如屋面多施青筒瓦,置脊饰吻兽或使用琉璃瓦小青瓦建筑装饰梁枋多施油彩画装饰简单素雅

2 屋顶构造

绍兴地区的传统民居构造层次一般为房梁上设檩条，檩条上密铺椽子，以承受屋顶的望板和瓦等构造层次.椽子上层做法分为两种，一种是木基层，叫望板；一种是砖基层，叫望砖.屋面的坡度上陡下缓，借助提栈形成.

2.1 提栈

“提栈”源于《营造法源》，在清工部《工程做法则例》中称为举架，在宋《营造法式》中名为举折.提栈主要用于南方地区民间建筑.提栈的方法与举架基本相同，也是从檐檩推算至脊檩，只是用词和坡度换算系数不同.檐部提栈的起算系数一般等于界深的1/10，然后考虑房屋的檩数，依次递增每进一界的提栈系数[6].为了更好地探究绍兴传统民居屋顶提栈做法，本文对仓桥直街的青藤书屋等建筑运用红外线测距仪、伸缩棒和卷尺进行了相关数据的测量.青藤书屋属于不对称屋面(如图2)，屋顶坡面长度不相同，属于八界提栈，其界深为3.6尺，所以其起算系数为1/10的界深，即0.36，与《营造法原》规定第一界取0.35非常接近.

图2 青藤书屋提栈示意图

2.2 屋顶构造层次

绍兴地区传统民居屋顶构造用望砖居多，一般很少使用望板.究其原因，乃因为绍兴地区潮湿，年降雨量大，雨水很容易由于毛细作用渗透进屋面构造层次中的泥背和望板，而木材的防水、防腐性能不佳，从而导致望板非常容易腐朽、发霉，造成资源浪费和翻修困难.同时泥背太过潮湿，瓦不可能很牢固地贴在泥背上，有被破坏的风险，因此绍兴地区屋面构造多采用望砖的形式.

2.2.1 木基层屋顶构造

木基层屋顶构造：梁架—檩条—椽子—望板—泥背—小青瓦.

木基层屋顶属于较高等级的传统民居屋顶构造做法.木基层亦即木望板，由若干一定厚度的木板整齐细致的拼接，覆盖整个屋面；望板上铺设泥背，泥背是泥土和秸秆的混合物，厚度大概十几厘米到二三十厘米.泥背的作用主要是防水、隔热，同时也有粘合剂的作用，固定瓦片.泥背上铺瓦片，瓦片竖向由高到低铺设，为了起到防水的作用，采取上瓦压下瓦的形式，横向多采取正反交替的铺法，形成凹凸的屋面形式，一列凸起的瓦盖住一列凹瓦，很好地解决了瓦缝的防水问题.凸瓦端部以勾头收头，凹瓦的端部设滴水.

2.2.2 砖基层屋顶构造

砖基层屋顶构造：梁架—檩条—椽子—望砖—油毡—石灰泥浆竹篾—小青瓦.

对于砖基层而言，就是用砖铺设在椽子上面(如图3).上层防水层一般采用普通油毡，目前有些修缮工程中也会采用防水卷材.最上面一层是瓦作，分为底瓦和面瓦，以两块面瓦中间夹一块底瓦的形式搭放，上搭下呈现逐渐下降的趋势.换种说法就是将微弯的板瓦凹面向上，顺着屋顶的坡放上去，上一块压着下一块的十分之七，摆成一道沟.沟和沟并列着，沟与沟之间的缝隙，若是小式，则用同样的板瓦覆盖，若是大式，则用半圆筒形的筒瓦，凹面向下覆盖，使雨水自板背或筒背上落到沟中，顺沟而下[7].瓦作一般为小青瓦，呈半月形.一般而言瓦作下面有一层竹篾，这是为了使小青瓦能稳定地盖在屋顶上，如若不设竹篾， 则刷层浅浅的石灰泥浆， 传统做法是用草筋灰，以固定瓦片.为了美观和防水，望砖可以用石灰石刷成白色.通常在屋顶最前端边沿，瓦片前面常设一条压檐木条，使椽子保持平整，同时起着竹篾的作用，用于防止瓦片向前倾覆.

图3 砖基层屋顶(西小路54号民居)

当然也会出现少量椽子上直接铺瓦的情况.其只是在椽子上面铺设油毡，上面直接盖瓦片，并没有砖基层或木基层.这是最简陋的做法，一般这种传统民居的居民由于经济拮据， 但这样的做法油毡易受损伤，不利防水，所以现在一般的传统民居的修缮中已不采用这种做法.

3 挑檐

绍兴属于亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和干燥，全年雨量充沛.绍兴传统民居经过悠长岁月的适应与生长，形成挑檐的形式，其成因主要与避雨和遮阳因素相关.

3.1 避雨

为了解决屋面排水的需求，绍兴传统屋顶屋脊处角度最大，其值接近45°；挑檐处坡度最小，其值接近20°；中部屋顶坡度取二者之中，《营造法原》形制为逐级递加1/10.这种屋面曲线与最速降线的吻合度很高，故有人说是排水工程做法的要求.“上尊而宇卑，则吐水疾而溜远”(指屋顶上部陡峭,檐部平缓,屋檐反翘,排水又快又远.)表述了传统建筑屋顶便利的排水性能.

根据飘雨角计算公式[1]30-31，可以检验绍兴传统民居挑檐的避雨性能：

式中,Vwin：年平均风速；

Vrain：雨滴到达地面表面的速度，为8.5 m/s.

绍兴市年平均风速为2.0～2.9 m/s，取2.9 m/s代入公式计算，cosr=0.32，飘雨角r等于19°.实际情况完全满足该角度，周家老宅的飘雨角为25.7°，大于最小飘雨角6.7°，之所以差值较大，原因是周家老宅檐下立柱的做法使房屋挑檐更加深远，更好地满足了挡雨的效果(如图4).挑檐有效的阻挡了雨水对墙体以及门窗的侵袭，避免木质构件因潮湿而形成的破坏.

图4 飘雨角示意图

3.2 遮阳

传统民居挑檐处坡度最缓，略微起翘，一方面有利于阻挡夏季日晒，另一方面有利于冬季采光的需求，“上反宇以盖戴，激日暴而纳光”(反曲的屋顶有利于防雨及采光.)形容了传统屋顶良好的采光性能.

屋檐的出挑宽度与当地太阳高度角有直接的关系.正午太阳高度角最大时是夏至日(太阳直射北回归线——北纬23°26′)，正午太阳高度角最小时是冬至日(太阳直射南回归线——南纬23°26′).绍兴的纬度是北纬29°42′02″至30°19′15″，计算过程取值30°，夏至那天的太阳高度角是90-(30-23.5)=83.5°，冬至的太阳高度角是90-(30+23.5)=36.5°.如图5所示，L1为冬至日太阳光线，光线穿过窗户照射到房屋中部位置，使房屋辐射得热，有利于提高室内温度.L2为夏至日太阳光线，光线被挑檐遮挡，投影与檐柱底部，避免太阳直射对建筑室内温度的影响，同时也起到保护木质门窗以及外墙的作用，延缓建筑材料的老化，增加建筑的使用寿命.

4 结论

首先，绍兴地区的传统民居一般为硬山形式，屋顶呈现曲线坡状，屋面的坡度上陡下缓，借助提栈形成， 屋顶提栈基本符合 《营造法原》 所载型制.

图5 太阳高度角示意图，夏至83.5°，冬至36.5°

其次，绍兴传统民居屋顶形式的构造层次一般是：

木基层屋顶构造：梁架—檩条—椽子—望板—泥背—小青瓦；

砖基层屋顶构造：梁架—檩条—椽子—望砖—油毡—石灰泥浆竹篾—小青瓦；

泥背、油毡、石灰泥浆竹篾等起到保温和防水的作用.

第三，绍兴传统民居经过悠长岁月的适应与生长，挑檐的形式与避雨和遮阳因素相关，通过飘雨角和太阳高度角的计算，得出周家老宅的飘雨角为25.7°，夏季太阳高度角为83.5°，冬季太阳高度角为36.5°，阐述了挑檐有避雨和遮阳的作用.