建筑材料与构造第六章屋顶.

第六章屋顶第六章屋顶屋顶是房屋的重要组成部分，也是建筑构造的重点章节之一。本章根据屋顶的使用功能介绍厂屋顶的设计要求、尺度和类型及屋顶排水方式和排水组织设计，重点介绍了平屋顶、坡屋顶和大跨建筑屋顶的特点，屋顶的防水、排水、保温、隔热的构造原理和常用构造方法及细部构造。6.1概述6.1.1屋顶的设计要求屋顶是房屋最上层的水平围护结构，主要功能是能抵御雨雪、日晒等自然界的影响，以使屋顶下的空间有一个良好的使用环境，其中防水、排水是屋顶首要解决的问题，根据地区的不同，保温或隔热则是屋顶设计中必须解决的主要内容。屋顶也是房屋的承重结构，承担自重及风、雨、雪荷载，施工荷载及上人屋面的荷载，并对房屋上部起水平支撑作用，所以应具有足够的强度和刚度，并应防止因结构变形引起的屋面防水层开裂漏雨。另外屋顶的形式对建筑造型有重要影响，连同细部设计都是屋顶设计中不可忽视的内容。6.1.2屋顶的组成与类型1.屋顶的组成屋顶主要由屋面和支承结构组成，屋面应根据防水、保温、隔热、隔声，防火、是否作为上入屋面等功能的需要，而设置不同的构造层次，从而选择合适的建筑材料；另外在屋顶的下表面考虑各种形式的吊顶。2.屋顶的类型(1)根据屋面防水材料的不同分类。1)柔性防水屋面，用防水卷材或制品做防水层，如沥青油毡、橡胶卷材、合成高分子防水卷材等，这种屋面有一定的柔韧性。2)刚性防水屋面，用细石混凝土等刚性材料做防水层，构造简单，施工方便，造价低，但这种做法韧性差，屋面易产生裂缝而渗漏水，在寒冷地区应慎用。3)瓦屋面，用粘土瓦、小青瓦、筒板瓦等按上下顺序排列做防水层。这·种屋面防水材料一般尺寸不大，需要有一定的搭接长度和坡度才能使雨水排除，排水坡度常在50％左右。4)波形瓦屋面，有石棉水泥波瓦、镀锌铁皮波瓦、铝合金波瓦、玻璃钢波瓦及压形薄钢板波瓦等。他们尺寸稍大，一般宽度为600～1000mm。由于每张瓦的覆盖面积较大，排水坡度比瓦屋面小些，一般在25％～40％之间。5)金属薄板屋面，用镀锌铁皮、涂塑薄钢板、铝合金板和不锈钢板等做屋面，常采用折叠接合，使屋面形成一个密闭的覆盖层。该屋面的坡度可小些，在10%～20%之间，可用于曲面屋顶。6)涂料防水屋面，屋面板采用涂料防水，板缝用嵌缝材料防水的一种屋面。7)粉剂防水屋面，是用一种惰水、松散粉末状防水材料做防水层的屋面，具有良好的耐久性和应变性。8)玻璃屋面，采用有机玻璃、夹层玻璃、钢丝网玻璃、钢化玻璃等做为防水屋面，屋顶具有采光的功能。(2)根据屋顶的外形和坡度可分为(图6.1)。图6.1屋顶的形式1)平屋顶，指屋面坡度小于10％的屋顶，常用坡度为2％一5％，优点是节约材料，屋面可以利用，如做成露台、活动场地，屋顶花园、甚至游泳池等，应用极为广泛。2)坡屋顶，屋面坡度大于10％的屋顶，由于坡度较大，防水、排水性能较好，坡屋顶在我国历史悠久，选材容易，应用很广。3)曲面屋顶，随着建筑事业发展，建筑大空间的需要，出现许多大跨度屋顶的结构形式，例如拱结构屋顶、薄壳结构屋顶、悬索结构屋顶、逢布结构屋顶、充气建筑等，这些建筑的屋顶造型各异，各具特色，使建筑屋顶的外形更加丰富。6.1.3屋顶的坡度1.形成坡度的原因屋顶是建筑的围护结构，在有降雨时屋面应具有防水的能力，并应尽快在短时间内将雨水排出屋面，以免发生漏水，因此屋面应具有一定的坡度。坡度的确定受多种因素影响，坡度太小易漏水，反之会浪费材料和空间，必须根据采用的屋面防水材料和当地降水量以及结构形式、建筑造型、经济条件等因素来考虑。2.影响坡度的因素(1)屋面防水材料与坡度的关系。屋面防水材料接缝较多的，漏水可能性大，应采用大坡度，使排水速度加快，减少漏水机会，所以瓦屋面常采用较陡的屋面形式。整体的防水层接缝较少，屋面坡度可以小一些，如卷材屋面和混凝土防水屋面常用平屋顶形式。恰当的坡度既能满足防水要求，又做到经济适用。图6.2表示各种屋面材料与坡度大小的关系。(2)降雨量大小与坡度的关系。降雨大的地区，为防止屋面积水过深，水压力增大引起渗漏，屋顶坡度应大些，使雨水迅速排除。降雨小的地区，屋顶坡度可小些。我国南方地区年降雨量较大，一般在1000mm以上，北方地区较小，一般在700mm以下。小时降雨量各地也不一样，有的地区达到100mm以上，有的仅5mm，一般在20—90mm之间。(3)建筑造型与坡度的关系。使用功能决定建筑的外形。结陶形式的不同也体现在建筑的造型上，最终主要体现在建筑屋顶形式上。如上入屋面，坡度就不能太大，否则使用不方便。结构选型的不同，可决定建筑屋顶形成较大坡度甚至反坡等。如拱结构建筑常为较大的屋顶坡度．悬索结构建筑甚至可以形成反坡。图6.2屋顶常用坡度范围3、坡度形成的方法屋顶的坡度形成有结构找坡和材料找坡两种方法：结构找坡，指屋顶结构自身有排水坡度。一般采用上表面呈倾斜的屋面梁或屋架上安装屋面板，山可采用在顶面倾斜的山墙上搁置尾面板，使结构表而形成坡面，这种做法不需另加找坡材料，构造简单，不增加荷载，其缺点是室内的天棚倾斜的，空间不够规整，有时需加设吊顶。某些坡屋顶、曲面屋顶常用结构找坡。材料找坡，是指屋顶坡度由垫坡材料形成，—般用于坡度较小的屋面，通常选用炉渣等。找坡保温屋面电可根据情况直接采用保温材料找坡。4、屋顶常用坡度范围及表示方法各种屋面的坡度，由各种因素决定。屋面材料、地理气候、屋顶结构形式、施工方法、构造组合方式、建筑造型要求以及经济等方面的影响都有一定的关系。不同的防水材料具有各自的排水坡度范围，屋面坡度常采用脊高与相应的水平投影长度的比值来标定，如获至宝：2、1：2.5等，较大坡度也用角度法如30°、45°等表示；较平坦的坡度常用百分比法，如2%、5%等来表示（图6.2)6.2平面屋顶6.2.1平屋顶的特点、组成及排水1、平屋顶的特点平屋顶的支撑结构常采用钢筋混凝土梁板，构造简单，建筑外观简洁；如果采用预制钢筋混凝土构件，可提高预制安装程度，加快施工速度，降低造价等。但平屋顶坡度较小、排水慢慢，屋面积水机会多，易产生渗漏现象。因此屋面排水和防水是平屋顶的主要设计内容。2、平屋顶的组成平屋顶设计中主要解决防水、排水、保温、隔热和结构承载等问题，一般做法是结构层在下，防水层在上，其他层次位置视具体情况而定。（1）平屋顶的支承结构。平屋顶的结构层要承担屋面上的全部荷载，应具有足够的强度和刚度。现在主要采用钢筋混凝土结构，分现浇和预制两种，屋面板的结构形式与楼板通常相同。（2）平屋顶的防水具现在常采用的防水层主要的刚性防水屋面和柔性防水屋面两大类，在寒冷地区以柔性防水屋面居多；现在研制出的新防水材料，在其形式与施工方法上都有所改善，使屋面防水效果更好。（3）平屋顶的保温层。在寒冷地区屋顶需设保温层，以使室内有一个便于人们生活的工作的环境。保温层有铺于结构层上或吊于结构层下等不同构造方法，其厚度按热工计算而定。保温材料应选用轻质材料。屋面的找坡可利用保温层进行找坡，也可以另设其他轻质材料。3、平屋顶的屋面排水（1）排水方式的选择。平屋顶的屋面排水方式分为无组织排水和有组织排水两大类。1）无组织排水。指雨水经檐口直接落至地面，屋面不设雨水口、天沟等排水设施，也称自由落水。该排水形式节约材料，施工方便，构造简单，造价低，但当建筑物高或降雨多的地区不宜采用。2）有组织排水。指屋面设置排水设施，将屋面雨水进行有组织地疏导引至地面或地下排水管内的一种排水方式，这种排水方式构造复杂，造价高，但雨水不浸蚀墙面的影响人行道交通。有组织排水分内排水、女儿墙内檐沟排水和挑檐沟外排水。①内排水。大面积、多跨、高层以及特种要求的平屋顶常作成内排水方式，雨水经雨水口流入室内落水管，再排到室外排水系统[图6.3（a）]。②外排水。雨水经雨水口流入室外排水管的排水方式。女儿墙内檐排水：设有女儿墙的平屋顶，在女儿墙里面设内檐沟或垫坡，落水管可设在外墙外面，将雨水口穿过女儿墙[图6.3（b）]。挑檐沟外排水：设有檐沟的平面屋，檐沟内垫出的纵向坡度，将雨水引向雨水口，进入落水管[图6.3（c）]。（2）排水的设计。平屋顶的排水组织设计就是为使屋面排水路线简捷顺畅，快速将雨水排出屋面。设计方法是使雨水管负荷均匀，把屋划分为若干排水区，一般按一个雨水口负担150—120㎡（屋面水平投影面积）。排水坡面取决于建筑的进深，进深较大时采用双坡排水或四坡排水，进深较小的房屋和临街建筑常采用单坡排水。合理设置天沟，使其具有汇集雨水和排除雨水的功能，天沟的断面尺寸净宽应不小于200mm，分水线处最小深度应大1:80mm，沿天沟底长度方向设纵向排水坡，称天沟纵坡；沟内最小纵坡：卷材防水面层大J：10％自防水面层大于3吼，砂浆或块材面层大于5％。，雨水管常用直径75～l00mm，间距不宜超过24m。雨水管有铸铁、镀锌铁皮、石棉水泥、塑料和陶土等几种。镀锌铁皮易锈蚀，不宜在潮湿地区使用；石棉水泥性脆不宜在严寒地区使用(图6.4)图6.3有组织排水图6.4屋面排水组织设计6.2.2柔性防水平屋顶构造是用柔性防水卷材以胶结材料粘贴在屋面上，形成一个大面积封闭的防水覆盖层。它具有一定延伸性，能较好的适应结构温度变形，因此称柔性防水屋面，也叫卷材防水屋面。1.柔性防水屋面的材料多年来，我国一直沿用石油沥青油毡为屋面的主要防水材料，它是由特制纸胎在热沥青中经两遍浸渍而成。这种防水屋面造价低，但需热施工，低温脆裂，高温流淌，常需重复维修，在寒冷地区这种材料已很少使用。现在推广采用了一批新的卷材或片材防水材料，即近年来广泛使用的一种合成高分子防水卷材，是以合成橡胶、合成树脂或两者共混体为基料，加入适量化学助剂和填充料经塑炼混炼、压延或挤出成型，具有拉伸强度高、断裂伸长率大、耐老化及冷施工等优越性能，如三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、铝箔塑胶、橡塑共混等高分子防水卷材。这些材料能冷施工，弹性好，寿命长。另外还有一种新型的高聚物改性沥青防水卷材，即用改性的沥青做基料，用高密度聚氯乙烯膜、无纺聚脂毡或玻纤毡做胎体，聚乙烯薄膜覆盖面，经滚压水冷成型的卷材，如以麻代纤维布为主胎体，橡胶、塑料改性石油沥青为浸渍材料的s型和XS型热融油毡防水卷材。这些新型防水材料与沥青卷材相比，具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延伸率大、抗老化、粘结力强、施工方便的优点，特别适合寒冷地区的防水屋面。目前三元乙丙橡胶防水卷材得到广泛的推广应用，这里主要论述其屋面构造方法。2.柔性防水屋面的防水构造(1)柔性防水屋面防水基本构造(图6．5)。图6.5柔性防水屋面1)找平层，结合层。找平层的作用是保证防水层的基层表面平整。一般用l:3或1:2.5水泥砂浆做找平层，厚20mm，抹平收水后应二次压光。在找平层上面均匀地涂刷一层与三元乙丙橡胶卷材配套的胶粘剂，做为结合层。2)防水层。采用氯化聚乙烯、三元乙丙橡胶共混防水卷材做为防水层，一般选用一层设防，在屋面易漏水的部位如天沟、泛水、雨水口与屋面阴阳角等处凸凹部位均需附加一层同类卷材。采用油毡卷材做为防水层，一般选用二毡三油，寒冷地区和屋面易漏水的部位选用三毡四油。在做防水层时应注意，防水卷材要干燥，铺卷材之前必须保证找平层干透，如果找平层含有一定水分，做上防水层后，在太阳的照射下，水就会变成水蒸气，当上面受到防水层的阻挡，水蒸气无法排出，就聚集形成一定的体积，使屋面防水层鼓泡，易造成防水层破裂．使屋面漏水(图6.6)。因此为在防水层和找平层之间有一个能让水蒸气扩·散流动的场所和渠道，常将防水层采用点铺，条铺(俗称花铺法)。当屋面坡度小于3％时，卷材宜平行于屋脊铺贴，屋面坡度大于3％时，卷材可平行或垂直于屋脊铺贴，满搭接缝宽度不少于80mm；空铺、点铺、条铺时，搭接宽度为100mm。3)保护层。对于非上人屋屋面由于防水层是氯化聚乙烯、三元乙丙共混防水卷材均是非硫化型材料，强度较好．屋面可以不铺设保护层-采用油毡做防水层时．最上面的沥青在阳光和大气长期作用下会失去弹性而变脆开裂，其表面有呈黑色．夏季表面温度可达60一70(以卜，沥青可能流淌，使油毡滑移脱落。为防止老化和流淌现象．从而导致