《建筑构造》第六章6-屋顶

第一节概述第二节平屋顶第三节坡屋顶我们日常所见的屋顶形式多种多样，如中国故宫的琉璃瓦大屋顶，澳大利亚悉尼歌剧院的薄壳双曲顶，现代住宅的平屋顶以及乡镇常见的坡屋顶等等。尽管它们千姿百态，但它们从根本上有着哪些共同点呢？第一节概述屋顶是房屋最上部起覆盖作用的外部围护构件，用以防御自然界的风、雨、雪、日晒、高温、低温和噪声。屋顶的不同形状还是体现建筑风格的重要手段。屋顶由四部分组成，即屋面、保温（隔热）层、承重结构和顶棚。有些建筑可不设置保温（隔热）层或顶棚。屋面是屋顶的面层，它暴露在外面，直接受自然界（风、雨、雪、日晒和空气中有害介质）的侵蚀和人为（上人和维修）的冲击与摩擦。因此，屋面材料和做法要求具有一定的抗渗性能、抗摩擦性能和承载能力。保温层是寒冷地区冬季防止室内热量过分散失而设置的构造层；隔热层是炎热地区夏季防止太阳辐射热进入室内而设置的构造层。保温层或隔热层应采用导热系数低的材料，其位置多设置在屋面与顶棚之间。承重结构是承受屋面上传来的荷载及屋面、保温（隔热）层、顶棚和承重结构本身自重的结构层。承重结构形式的选择是根据屋面防水材料特点、房屋空间尺度、结构材料的性能以及整体造型的需要而走。因而形成了平屋顶、坡屋顶、曲面屋顶等形式，这些形式又可通过梁板、屋架、网架、壳体、悬索等结构类型形成，不同的结构形式可采用木材、砖石、钢材、钢筋混凝土等材料制成。顶棚是屋顶的底面，有直接抹灰和吊挂两种，可根据房间的保温（隔热）、隔声、观瞻和造价要求选择顶棚形式和材料。屋顶的组成见图6-1。坡屋顶、平屋顶和曲面屋顶的构造组成有什么异同？二、屋顶的设计要求和坡度屋顶设计包括结构选型、确定排水坡度、选择屋面防水材料、选择保温或隔热做法、选择顶棚做法等内容。最佳的设计应是能满足坚固耐久、排水通畅、防漏可靠、保温或隔热达标、造型美观、室内视感舒适等。同时还应做到自重轻、构造简单、取材方便、便于施工和造价低廉。其中最主要的是排水方式的选择和防水构造的合理。说到底，任何形式的屋顶，首先不能漏雨。这方面虽然有施工质量的因素，问题是从设计上应首先在防止漏雨方面给予技术保证，也就是说，尽量不选择容易漏雨的屋顶形式和防水材料做法。屋面排水坡度的表示方法常用的坡度表示方法有角度法、斜率法和百分比法。斜率法以屋面倾斜面的垂直投影长度与水平投影长度之比来表示；百分比法以屋面倾斜面的垂直投影长度与水乎投影长度之比的百分比值来表示；角度法以倾斜面与水平面所成夹角的大小来表示。坡屋面多采用斜率法，平屋面多采用百分比法，角度法应用较少。屋面坡度的形成方法屋面坡度的形成有材料找坡和结构找坡两种做法。(1)材料找坡－－指屋面坡度由垫坡材料形成。平屋顶材料找坡宜为2%。(2)结构找坡－－是屋面结构自身应带有排水坡度，平屋顶结构找坡宜为3%。影响屋面坡度的因素屋面坡度是解决漏雨问题的关键之一。一般说，坡度大，排水通畅，积水少，不易漏雨。但坡度超过了限度，会使屋面材料下滑、开裂以致跌落；反之坡度偏小，屋面防水材料相对稳定，但排水不畅、积水多，极易在屋面防水材料的接缝处渗漏。所以说，屋面坡度的确定，是根据屋面防水材料的形状、幅面宽度、单片厚度、搭接长度、接缝做法、表面光滑程度等条件为依据。具体说，屋面防水材料单片的厚度愈小、幅宽或长度愈大，则搭接长度愈小，接缝做法愈封闭，表面愈光滑，其屋面坡度要求愈小。如油毡的幅宽约为1000mm。其单片厚度仅为1～2mm，搭接80～120mm，接缝处用沥青粘合，这种屋面的坡度仅为1%～5%。其中，油毡上铺设面砖时，捧水通畅，坡度可为1%～2%；如铺设小石子时，排水受阻，坡度应为2%～5%。油毡屋面如果坡度大于10%，则由于阳光曝晒，屋面温度提高，将引起沥青融化，油毡下滑而相互脱节，引起渗漏；如果屋面坡度小于限定数值，则会造成排水不畅，积水过多，也是造成渗漏的隐患。机制平瓦屋面的结构坡度是根据机制平瓦的特点而确定的。机制平瓦的单片长度为400mm左右，搭接长度不小于70mm，每片瓦的有效长度仅为230mm，而其厚度却是20mm左右。上下行瓦搭接时形成倒坡10%左右，而机制平瓦的吸水率较大，必须具有30%以上的坡度方能便于排水，防止积水渗透。因此，机制平瓦应铺设在不小于40%坡度的基层上，这就决定了屋顶结构（如屋架上弦）的最小坡度。如果坡度过大（如超过60%）则将导致机制平瓦的下滑、脱落，不得不增设锚固装置。所以，机制平瓦的结构坡度宜在40%—50%（即1/2.5～1/2）之间。介于油毡和机制平瓦屋面之间的屋面材料，如薄金属、水泥石棉瓦等，其最佳坡度介于10%～30%之间。不同屋面材料的屋面基层坡度范围见图6-2。三、屋顶的形式屋顶的形式决定于屋面材料和承重结构形式，占今中外的建筑屋顶形式随地域、民族、宗教、时代和科技水平的区别与进展，形成千姿百态、数不胜数的形式。归纳起来大致可分为三大类，即平屋顶、坡屋顶和曲面屋顶。其中平屋顶并不是绝对水平的，也必须具有一定的坡度以利排水，当屋面坡度小于5%时，即为平屋顶。坡屋顶的屋面，一般由斜面或折板斜面组成，在古式建筑中多用曲线，它仅仅是造型和构造上的变化，仍属于坡屋顶范畴。曲面屋顶是指由各种薄壁壳体或悬索结构形成的空间结构力系，如筒拱形、球形、双曲面等。这种结构的内力分布均匀合理，节约用材，适用于大跨度、大空间和造型特殊的建筑屋顶。屋顶形式种类见表6-1。对表6-1所示各种屋顶形式，说出你见过哪几种？常用的有哪几种？你还可以补充哪几种？第二节平屋顶平屋顶的屋面一定是水平的，对吗？为什么？屋面坡度小于5%的屋顶称为平屋顶。由于钢筋混凝土梁、板的普遍应用和防水材料不断革新，平屋顶已被广泛采用。它与坡屋顶相比，具有节约木材、减少建筑体积、提高预制装配程度、便于屋顶上人使用与维修等诸多优越性。但平屋顶对丰富建筑造型方面受到局限，多以挑檐、女儿墙、挑檐带女儿墙和盒顶等作为形式变化的手段。一、平屋顶的组成1、承重结构多采用钢筋混凝土板，提倡使用预制板，现场装配，如空心板、槽形板等。它们可以直接搁置在承重墙上，或搁置在梁上。2、保温层或隔热层一般宜设在结构层与屋面之间，多采用无机粒状散料或块状制品，如水泥珍珠岩、水泥蛭石、浮石砂、加气混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料等。3、面层以防水为主要目的选择不同的防水材料作为屋顶面层。防水材料分柔性防水和刚性防水两种。柔性防水材料具有较好的延展性，当屋面基层（楼板）变形时不致严重拉裂漏水。柔性防水材料包括卷材类和膏状类。卷材类主要有油毡，膏状类主要有橡塑膏等。刚性防水材料主要有防水砂浆和高密度混凝土，其使用年限较长。但因受屋面基层变形影响而易开裂漏雨，不易补救。柔性防水屋面适用于寒冷和温热地区；刚性防水屋面适用于炎热地区。4、顶棚有板底直接抹灰和吊挂顶棚两类，吊顶不仅可美化房间，还有保温、隔热、隔声等作用。图6-3所示平屋顶的排水坡度是怎样形成的？二、平屋顶的排水1、排水坡度的形成绝对水平的屋面是不能排水的，乎屋顶的屋面应有1%～5%的排水坡。排水坡可通过构造垫置或结构搁置两种方法形成。(1)构造垫置也称构造找坡或材料找坡。它是在水平搁置的屋面板上用轻质价廉的材料（如水泥焦渣）垫置成所需要的坡度，然后再在上面作保温（或隔热）层和防水层。也可以直接用保温（或隔热）材料找坡。这种方法的坡度不宜过大，以减轻屋顶的自重（图6-3a）。(2)结构搁置也称结构找坡。它是将屋面板按所需的坡度倾斜搁置，上面直接作保温（或隔热）层和防水层，可以省掉垫坡所需的工料，也减少了屋顶的自重。这种方法的室内顶板是倾斜的，给人以不舒适的感觉，故多用于生产性建筑，或者加设吊顶予以补救（图6-3b）。2、排水方式(1)无组织排水雨水经屋檐直接自由落下，称无组织排水，也称自由落水。这种排水方式要求屋檐挑出外墙面，以防雨水顺外墙面漫流而浇湿和污染墙体。无组织排水构造简单，造价低廉，不易漏雨和堵塞。缺点：外墙脚易被飞溅雨水浸蚀，降低外墙的坚固耐久性，影响交通。用于三级及三级以下或檐高小于等于10m的中小型建筑物或少雨地区建筑。无组织排水就是不必考虑排水问题的意思，对吗？无组织排水是指它不需设置天沟、雨水口和雨水管，而对排水方向和挑檐的设置也需合理设计，即应根据屋面的形状、宽度、地面水排除条件等因素作周密安排。图6-4所示分别为单向、双向、三向、四向排水的屋面排水平面图和示意图；图6-5所示为无组织排水组合。(2)有组织排水当建筑物较高或年降雨量较大时，如仍采用无组织排水，将会出现房檐雨水势如瀑布凌空而降，不仅噪声很大，且雨水四溅危害墙身和环境，因而应采用有组织排水。有组织排水是在屋顶设置或垫置天沟，将雨水导入雨水竖管排出建筑以外。这种做法避免了上述缺点，但构造较复杂，造价较高，且易堵塞和漏雨，因此必须保证施工质量和加强使用时的维护和检修（图6-6）。选用有组织排水方案还是无组织排水方案的依据见表6-2。一般可按下述原则进行选择：①高度较低的简单建筑，为了控制造价，宜先选用无组织排水；②积灰多的屋面应采用无组织排水；③在降雨量大的地区或房屋较高的情况下，应采用有组织排水；④有腐蚀性介质的工业建筑也不宜采用有组织排水；⑤临街建筑雨水排向人行道时宜采用有组织排水。有组织排水应根据屋顶的形状、尺寸、地面排水方向或地下排水管位置以及建筑周围环境等条件综合安排。屋面排水横坡宜在1%～5%之间，上人屋顶可选用1%～2%，不上人屋顶选用2%～5%；另外还应用纵坡导向雨水口，其坡度为0.5%～1%。雨水口的设置数量要根据屋面集水面积、不同直径雨水管的排水能力求得，雨水口的位置与间距要尽量使其排水负荷均匀且利于雨水管的安装和不影响建筑立面美观。按理论计算和实验经验，在年降雨量大干900mm的地区，每一直径为100mm的雨水管可排集水面积150㎡的雨水；小于900mm的地区，每一直径100mm的雨水管可排集水面积200㎡的雨水。雨水口的间距不宜超过18m，以防垫置纵坡过厚而增加屋顶或天沟的荷载（图6-7）。有组织排水按雨水管是在建筑物的外侧还是在内部分为外排水和内排水。外排水的构造简单，造价较低，渗漏的隐患较少且维修方便，是常见的一种有组织排水方式；内排水则构造复杂，造价较高，渗漏的隐患较多，且维修不便，只宜在特殊情况下采用。(a)外排水图6-8所示为不同檐口形式的外排水做法。(1)外排水方案外排水是指雨水管装在建筑外墙以外的一种排水方案，优点是雨水管不影响室内空间的使用和美观，使用广泛，尤其适用于湿陷性黄土地区，因为可以避免水落管渗漏造成地沉陷。外排水方案看归纳成一下几种：①挑檐沟外排水屋面雨水汇集到悬挑在墙外的檐沟内，再从雨水管排下。②女儿墙外排水屋面雨水穿过女儿墙流至室外的雨水管。③女儿墙挑檐沟外排水女儿墙作蓄水壁，挑檐沟则用来汇集从蓄水池中溢出的多余雨水。④长天沟外排水在多跨建筑中，为了解决中间跨的排水，可以沿纵向天沟向房屋两端排水，形成长天沟外排水。⑤暗管外排水把雨水管隐藏在假柱或空心墙中。用平面图说明不上人屋面有组织排水的檐沟外排水做法。(b)内排水有以下情况宜采用或必须采用内排水：多跨结构找坡的屋顶；屋面宽度过大不宜垫坡太厚；严寒地区屋顶融化雪水易在外排水管冻结、外排水管有碍建筑立面美观和高层和超高层建筑等。图6-9所示为不同情况的内排水做法，图6-10所示为有组织排水组合示例。三、柔性防水屋面柔性防水材料可分两大类，即卷材防水材料和膏状类防水材料。常用的材料有沥青油毡、改性沥青油毡、聚氯乙烯、再生胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙丁基橡胶、三元乙丙橡胶等。膏状类防水材料有橡塑膏、建必特等。1、柔性防水屋面组成按功能要求，可分为几种类型，即：有找坡层（垫置坡）与无找坡层（搁置坡）；有保温（隔热）层与无保温（隔热）层；有隔汽层与无隔汽层；上人屋顶与不上人屋顶；有架空通风层与无架空通风层等。现以有找坡、有保温、不上人油毡防水屋面为例，剖析它的构造组成（图